Кессоны, изобретенные примерно в 1840 г. французским инженером Триже, использовались для строительства фундаментов под опоры мостов. Кессон представляет собой открытую снизу стальную трубу с двойной водонепроницаемой обшивкой, и в конечном итоге эта труба становится частью мостовой опоры. Через внутреннюю часть трубы осуществляется доступ рабочих и вывоз грунта, она заполняется сжатым воздухом, чтобы препятствовать проникновению воды, а в пространство между внутренней и внешней стенками постепенно, по мере того, как кессон уходит в речное дно, заливается сверху цемент. Для более простых работ в речных руслах и гаванях по-прежнему использовались водолазные колокола. Их опускали на дно вместе с сидящими внутри рабочими, и сжатый воздух обеспечивал возможность трудиться в сухости. Если необходимо было свободно перемещаться под водой, задействовали автономных водолазов. Кроме того, сжатый воздух закачивали в тоннели во время строительства, чтобы вода не просачивалась внутрь сквозь пористую породу. Таким образом, очень многие из работающих на строительстве мостов и тоннелей трудились при сжатом воздухе, иногда по восемь часов в день.
Практически с самого начала у тоннельных и кессонных рабочих после возвращения в условия обычного атмосферного давления стали появляться недомогания. Чаще всего рабочие жаловались на кожный зуд. Реже появлялись сильные боли в суставах и мышцах, не дающие распрямиться (поэтому рабочие прозвали эту болезнь «корчами»). Боли эти никогда не возникали при работе под давлением, только при возвращении в нормальные условия (французские врачи Поль и Вателль в первом описании кессонной болезни назвали это явление on ne paie qu'en sortant – расплата на выходе). Риск и симптомы усиливались с увеличением давления и времени пребывания, поэтому водолазы, неизбежно подвергавшиеся воздействию высокого давления, страдали чаще, чем кессонные рабочие. В наиболее серьезных случаях при подъеме на поверхность человек испытывал головокружение, затем наступал паралич, потеря сознания и смерть – и все это в считаные минуты.
Пузырьки в крови
Причину кессонной болезни выявил в 1878 г. французский ученый Поль Бер. Он доказал, что «корчи» наступают, когда водолаз или кессонный рабочий, дышащий сжатым воздухом, слишком быстро поднимается на поверхность, и тогда газы, растворенные в крови и тканях, высвобождаются в форме пузырьков, перекрывая кровеносные сосуды. Вдыхаемый под давлением газ растворяется в жидкостях организма в большем объеме: например, на каждые 10 м спуска поглощается дополнительный литр азота (как мы увидим ниже, процесс этот не быстрый). Пока газ присутствует в жидкостях и тканях в растворенном состоянии, избыток его не создает проблем. Трудность возникает из-за недостаточной скорости вывода растворенного газа во время декомпрессии. Если ныряльщик поднимается на поверхность медленно, избыток газа, растворенный в крови, выбрасывается легкими при выдохе и не представляет опасности, но если подъем происходит быстро, легкие просто не успевают вывести газ наружу, поэтому ткани и кровь оказываются перенасыщенными и в какой-то момент газ вырывается из раствора в виде пузырьков
{13}. Этот феномен знаком любому, кто открывал бутылку газированной воды (или шампанского): как только исчезает давление, цепочки пузырьков устремляются наружу. Если крышку сорвать резко (быстрая декомпрессия), эффект будет более впечатляющим, чем при плавном откручивании крышки и медленном выпуске газа. Однако если в газированной воде и шампанском растворен углекислый газ, то у ныряльщиков, дышащих сжатым воздухом, пузырьки в крови образует прежде всего азот, поскольку содержание углекислого газа крайне мало, а кислород быстро потребляется тканями.
Почему кашалоты не страдают кессонной болезнью
Многие морские млекопитающие способны погружаться на недоступную человеку глубину. Мертвого кашалота однажды обнаружили на глубине 1134 м, где он зацепился нижней челюстью за трансатлантический кабель. Морские слоны – еще более искусные ныряльщики, рекордная достигнутая ими отметка – 1570 м, на этой глубине давление в 150 раз превышает давление на поверхности. Это далеко за пределами человеческих возможностей. Кроме того, морские слоны могут нырять многократно, не испытывая при этом никаких пагубных последствий. На самом деле морского слона правильнее было бы назвать «всплывальщиком», а не ныряльщиком, поскольку 90 % времени он проводит под водой. Один из слонов за 40 дней наблюдения провел на поверхности не более шести минут. Как же удается кашалотам и морским слонам избежать кессонной болезни?
Все дело в том, что морские млекопитающие выработали способ сокращать количество азота, растворенного в тканях организма. В отличие от человека, морские слоны и кашалоты выдыхают перед погружением. Таким образом они ограничивают запас воздуха, который берут с собой, поэтому где-то на глубине 50 м альвеолы уже полностью сжимаются и никакие дополнительные газы в кровоток не проникают. Давление на глубине заставляет полностью сжаться и сами легкие кашалота, вытесняя весь воздух в верхние дыхательные пути, укрепленные круглыми хрящевыми дисками и менее поддающиеся сжатию. Приток крови к легким тоже значительно сокращается. Таким образом, во время погружения газ практически не поступает из легких в кровь, а остаточное количество азота растворяется в жидкостях организма, поэтому при всплытии образование пузырьков в крови млекопитающему не грозит.
Образование пузырьков в крови чревато серьезными последствиями. Сформировавшись, они продолжают расти за счет новых порций газа. В итоге они разрастаются до таких размеров, что закупоривают тончайшие кровеносные сосуды и препятствуют поступлению крови к тканям, вызывая нехватку кислорода и питательных веществ. В результате клетки умирают. Кроме того, воздушные пузырьки могут активизировать работу клеток крови, реагирующих на приток воздуха, например, тромбоцитов, которые участвуют в образовании тромбов. И наконец, образование пузырьков внутри тканей может привести к деформации или разрыву клеток ткани и нарушить их функции.
У ныряльщиков сложилась богатая терминология, описывающая симптомы появления пузырьков в разных тканях. «Удушье» – перебои с дыханием, когда крупные пузыри застревают в капиллярах легких, сокращая необходимую для газообмена поверхность и вызывая ощущения, сходные с асфиксией. «Шатание» возникает из-за пузырьков в вестибулярном аппарате, отвечающем за равновесие. Пузырьки в коленных и плечевых суставах (наиболее уязвимых для кессонной болезни местах) приводят к «корчам». Находясь в спинном мозге, они приводят либо к затеканию конечностей, либо к параличу, а в самых серьезных случаях могут спровоцировать дистрофию нервных волокон. Появление их в головном мозге ведет к расстройствам речи и зрения, иногда неустранимым.
Известна одна курьезная история (возможно, вымышленная) о том, как при рытье одного из первых тоннелей под Темзой руководство решило отметить проход до серединной отметки званым обедом непосредственно в тоннеле. Поскольку строительство еще не было завершено, в тоннель подавался сжатый воздух, и обедать приглашенным пришлось «под давлением». К их большому разочарованию, шампанское при открытии не выстрелило и не «играло», поскольку давление в бутылке оказалось таким же, как в тоннеле. И все же шампанское выпили. «Заиграло» выпитое шампанское уже потом, когда руководители с гостями вышли на поверхность…
