Еще одна причина осторожных высказываний Холдейна заключается в возможной токсичности кислорода. Вот что он писал:
«Необходимо принимать во внимание возможную опасность длительного вдыхания чистого кислорода и сопоставлять ее с риском от прекращения кислородной терапии. Никаких общих правил здесь не существует. Ход лечения должен быть выбран врачом на основании тщательного обследования пациента с привлечением всего имеющегося опыта и знаний».
Понятно, что врачи предпочитают быть осторожнее, но в чем же, собственно, состоит риск? Возможно, сдержанное высказывание Холдейна воспринимается как сухая теория, однако кислород, особенно под давлением, может вызывать серьезные физиологические реакции, что было известно Холдейну на oсновании практики глубоководных погружений.
В обычных условиях токсичность кислорода проявляется медленно и скрыто. Многие пациенты в больницах получают кислородную терапию, проводят сутки или даже недели в кислородных палатах или вдыхают кислород в барах без каких-либо негативных последствий для здоровья. Космонавты часто дышат чистым кислородом на протяжении недель, хотя давление воздуха в кабине космического корабля составляет лишь треть атмосферного давления, так что дыхание чистым кислородом в космосе соответствует вдыханию 33% кислорода. Связь давления и концентрации кислорода в атмосфере объясняет гибель в огне трех американских астронавтов во время наземных испытаний корабля «Апполон-1» в 1967 г. В космосе в кабине корабля всегда поддерживается повышенное давление по сравнению с окружающим вакуумом, поэтому ракеты конструируют таким образом, чтобы они могли выдерживать большой перепад давления. По этой причине в кабине «Аполлона-1» даже во время тренировок создавалось повышенное давление. К сожалению, кабину заполняли не воздухом, а чистым кислородом. Это означает, что содержание кислорода составляло не 33, а 130%. Искра в электропроводке в этой обогащенной кислородом среде немедленно вызвала сильнейший пожар, и за считанные минуты температура повысилась до 2500 °С.
Но кислород не только горюч, он токсичен при вдыхании. Токсичность зависит от концентрации кислорода и длительности процедуры. Обычно люди могут дышать чистым кислородом сутки или двое, но более длительное воздействие бывает опасным. Если же концентрация кислорода растет за счет повышения давления, токсическое действие может оказаться очень серьезным.
О токсичности кислорода стали говорить в конце XIX в., когда появилось первое снаряжение для водолазов. Водолазы погружались в воду вместе с дыхательными аппаратами, обычно наполненными чистым кислородом. Под давлением воды кислород компрессировался, и вдыхание чистого кислорода на глубине ниже восьми метров вызывало состояние, напоминающее эпилептический припадок, а потеря сознания под водой может закончиться трагически.
Кислородные конвульсии подробно описал французский физиолог, профессор Сорбонны Поль Берт. В знаменитой монографии, опубликованной в 1878 г., Берт обсуждал влияние давления кислорода на состояние животных, помещенных в барокамеру. При очень высокой концентрации кислорода через считанные минуты у животных начинались конвульсии и наступала смерть. Еще через десять лет, в 1899 г., шотландский физиолог Джеймс Лоррен Смит показал, что такой же смертельный, хотя и отсроченный, эффект может наблюдаться даже после вдыхания кислорода в более низкой концентрации. У животных, помещенных в cpeду с 75% кислорода и выше, даже при нормальном атмосферном давлении через некоторое время начинались очень серьезные воспалительные процессы в легких, отчего животные погибали через несколько дней. По этой причине концентрация кислорода в больничном оборудовании всегда очень строго контролируется. Однако для водолазов конвульсии и повреждение легких по-прежнему остаются реальной угрозой. Имена Поля Берта и Джеймса Лоррена Смита навсегда сохранились в терминологии аквалангистов
[4].
Многие дайверы с баллонами, наполненными чистым кислородом, остерегаются погружаться на очень большую глубину, однако у моряков иногда нет выбора. В опубликованных в 1942 г. «Правилах аварийной эвакуации с подводных лодок Королевского военного флота» были перечислены симптомы кислородного отравления:
«покалывание в пальцах рук и ног и подергивание мышц (особенно рта); конвульсии и потеря сознания, вслед за которыми, если не приняты меры, наступает смерть».
Военные аквалангисты во время войны выдумали ужасного монстра по имени Кислород Пит, который прятался на дне и поджидал неосторожных ныряльщиков. На языке моряков «встретить Пита» означало отравиться кислородом.
Очевидно, необходимо было более детально прояснить суть кислородного отравления и строго определить пределы человеческих возможностей и оптимальный состав газовых смесей. Королевский морской флот Великобритании поручил Дж. Б. С. Холдейну продолжить дело, начатое его отцом. Холдейн всегда предпочитал ставить эксперименты на самом себе, и в данном случае он подвергал себя и своих коллег воздействию разной концентрации кислорода при разном давлении и замечал время до начала конвульсий
[5]. Вдыхание чистого кислорода под давлением в семь атмосфер вызывало конвульсии уже через пять минут. Позднее Холдейн писал:
«Конвульсии очень сильные, и в моем случае повреждение спины было настолько серьезным, что спина болит до сих пор, спустя год. Конвульсии длятся около двух минут и сменяются слабостью. Я нахожусь в состоянии крайнего ужаса, в котором все мои попытки выбраться из стальной камеры совершенно бесполезны».
Усилия Холдейна дали результат. Королевский военный флот разработал несколько секретных азотно-кислородных смесей («найтрокс»), снижавших риск кислородного отравления и азотного наркоза. Эти смеси использовались британскими коммандос, защищавшими Гибралтар во время Второй мировой войны, и хранились в таком секрете, что даже военный флот США раскрыл их только в 1950-х гг. Благодаря «найтроксу» британские аквалангисты могли работать на большой глубине. Их стратегия заключалась в том, чтобы заманивать противника на такую глубину, где он погибал от конвульсий. Поцелуй кислорода! Вот уж действительно коварный Альбион!
Очевидно, что вдыхание кислорода в высокой концентрации опасно. Под давлением выше двух атмосфер чистый кислород вызывает конвульсии и иногда приводит к смерти. Кислород создает примерно пятую часть общего атмосферного давления, так что при вдыхании чистого кислорода под давлением две атмосферы в легкие попадает примерно в десять раз больше кислорода, чем в обычных условиях. В более низкой концентрации кислород редко вызывает конвульсии, но все же вдыхание чистого кислорода при нормальном атмосферном давлении (что в пять раз выше нормы) на протяжении нескольких дней может спровоцировать опасное для жизни повреждение легких. При таком воспалении легких человек не может нормально дышать, кислород не попадает в кровь, и смерть наступает от недостатка кислорода в остальных частях тела. При еще более низкой концентрации кислорода (40-50%, что примерно вдвое выше нормы) легкие функционируют нормально, но при длительном воздействии все же могут повреждаться. В таких условиях организм потихоньку адаптируется, снижая частоту сердечных сокращений и производство эритроцитов. Эти изменения противоположны тому, что происходит при недостатке кислорода на больших высотах. В результате в обоих случаях ткани получают столько же кислорода, сколько и раньше, — не меньше и не больше. Такие адаптации подчеркивают важность поддержания постоянного уровня кислорода в тканях. Они также показывают, что мы не можем извлечь какую-либо долгосрочную выгоду от вдыхания воздуха с низким или высоким содержанием кислорода, за исключением тех случаев, когда мы больны и по этой причине испытываем недостаток кислорода
[6].
