PORTALITE, PORTALITE APPLICATIONS
Авторы: Dr. Chris McKnight, Eric Mulder MSc. and Mathijs Bronkhorst MSc.
В 2016 году др. Крис Макнайт обратился к компании Artinis, производителю NIRS (спектрометры ближней инфракрасной области) с идеей провезти измерения с помощью NIRS на диких животных под водой. Первоначально был некоторый скептицизм, так как устройства не предназначены для подводных измерений, не говоря уже о диких животных. Однако, сама задумка понравилось, это был новый вызов, поэтому вместе с Исследовательским отделом морских млекопитающих (SMRU) Университета Сент-Эндрюса команда Artinis создала погружной NIRS-датчик специально для морских тюленей.
Мы начали разработку прибора PortaLite специально для тюленей. Мы не долго задумывались над названием, поэтому прибор получил название PortaSeal. Это устройство имеет значительно меньший размер сенсора, что позволяет минимизировать его влияние на естественное поведение морских животных в привычной им среде обитания. Кроме того, были изменены оптические свойства датчика, чтобы иметь возможность проводить исследования через толстый жировой подкожный слой тюленей. Проведя совместную испытательную работу со специалистами SMRU, сенсор PortaSeal был впервые гидроизолирован и успешно прошел первые испытания на погружение. Первоначально были подмечены некоторые забавные сбои, одной из причин которых являлась сама подопытная особь – тюлень практически срывал головку сенсора с блока управления. После проведения ряда испытаний выяснилось, что почти каждый компонент датчика, за исключением корпуса, был заменен хотя бы один раз. Это пример недюжинного упорства инженеров и сотрудников из SMRU, которое они проявили, прежде чем начать проводить инновационные исследования. Усилия стоили того, как только были получены первые данные, стало ясно — результаты ошеломляющие. Степень оксигенации и реоксигенации тканей морских котиков чрезвычайно высока, а PortaSeal отлично справляется с задачей.
Данные, полученные с помощью PortaSeal, были опубликованы в рецензируемых изданиях PLOS Biology и в NewScientist. С помощью устройства PortaSeal были исследованы процессы оксигенации тюленей, показав, что тюлени могут инициировать внутренние реакции в тканях, наблюдающиеся при погружении животных без необходимости самого процесса погружения под воду. Данные показали, что морские тюлени находятся в режиме сохранения кислорода еще до момента погружения под воду, поскольку они проводят около 90% своего времени под водой, задержав дыхание.
Последние месяцы проф. McKnight работая вместе с проф. Erika Schagatay и магистром Eric Mulder, провели ряд исследований с целью сравнения реакции мозга на погружение у тюленей с мировыми рекордсменами по фридайвингу в рамках большого проекта в Университете Mid Sweden University. Известно, что лучший фридайвер в мире способен нырнуть на глубину 130 метров (текущий мировой рекорд) на одном дыхании. Понять, как дайверы справляются с чрезвычайной ненасыщенностью крови кислородом (сатурация) – это одна из интереснейших областей изучения. Для изучения дайверов был создан принципиально новый датчик на основе дизайна PortaSeal, который получил название PortaDiver. Система PortaDiver была адаптирована специалистами из SMRU для установки в водонепроницаемый корпус и теперь может включаться и управляться с помощью магнитных переключателей. Было доказано, что система способна работать при подводном давлении, эквивалентному 100 метрам.
В последствии размеры и вес датчика PortaDiver были еще больше уменьшены, чтобы сделать его максимально удобным для дайверов. Кроме того, система PortaDiver может сохранять данные во внутренней памяти и впоследствии передавать их по Bluetooth после завершения тестов погружения. На фотографиях виден датчик, надетый на голову Мигеля Лозано и Алексея Молчанова, непосредственно сам блок управления крепится сзади гидрокостюма дайверов.
Фридайверы стремятся достичь заданной глубины под водой на одном дыхании воздуха, ориентируясь по вертикальной линии, используя один из следующих методов: ныряние с плавником или без него, второй вариант — это свободное погружение, когда дайвер использует свои руки для перемещения вдоль троса. В начале погружения фридайверы активно плывут или спускаются вниз с помощью рук, по прошествии времени дайвер становится отрицательно плавучим, после этого начинается свободное «падение» дайвера на дно. Достигнув глубины около 100 метров, дайвер разворачивается и начинает медленно всплывать. Исследовательская группа университета Швеции Mid Sweden University под руководством профессора Erika Schagatay работает с фридайверами уже несколько десятков лет. В настоящее время группа работает с лучшими фридайверами, такими как нынешние рекордсмены мира Alexey Molchanov и Miguel Lozano.
PortaDiver дает представление о способности человека к фридайвингу и, кроме того, о возможной высокой толерантности к гипоксии у людей, занимающихся фридайвингом. В видеоролике представленном ниже, представлены мировые рекорды по фридайвингу во время чемпионатов мира AIDA (AIDA world championships), а также мировой рекорд Алексея в погружении на 130 метров.
Чемпионат мира AIDA 2019 года в Вильфранш-сюр-Мер. В дисциплина с постоянным весом. https://www.aidainternational.org
Задержка дыхания неизбежно ведет к десатурации артериальной крови, что может привести к потере сознания у дайвера, так называемому «затемнению». Риск потери сознания повышается при гипервентиляции легких перед погружением, поскольку учащение дыхания невозможно из-за снижения уровня СО2 (рис. 3). Во время подъема из глубокого погружения, атмосферное давление уменьшается, одновременно с этим легкие, которые были сжаты под воздействием давления, возвращаются к своим нормальным размерам. Такое увеличение объема легких приводит к тому, что парциальное давление кислорода очень быстро уменьшается, особенно во время последних метрах подъема, и именно здесь риск «отключиться» является наиболее острой проблемой. Международные чемпионаты всегда проводятся вместе с тренированными дайверами и медицинским персоналом готовым оказать первую помощь, если фридайвер потерял сознание и начал тонуть.
Ежегодно утопают около 140 000 человек, причем около 20% из них случаются из-за потери сознания под водой [1]. Целью проекта университета Mid Sweden University является улучшение понимания физиологии погружения фридайверов и уменьшение риска потери сознания, система PortaDiver может предоставить ученым уникальные данные о церебральной перфузии во время погружений под воду с задержкой дыхания.
Литература:
[1] Brothers, Alex (2018). Shallow Water Blackout (SWB). Swimming Canada Natation.
