Мост Идса в Сент-Луисе, при сооружении опор которого случаи кессонной болезни исчислялись десятками
31 марта 2017 года, 19:02
Комментировать
Читать еще:
Декомпрессионная болезнь
31 марта 1870 года в Сент-Луисе на строительстве моста через Миссисипи началась борьба с мало исследованной болезнью, которая свирепствовала в кессонах на дне реки. Работы шли под беспрецедентным давлением, декомпрессия при выходе из кессона была смертельно опасна. Когда выяснили причину болезни и научились её лечить, мосты через великие реки стали технической реальностью. А также тоннели метро в водоносных грунтах, не говоря уже о дайвинге.
Иосиф Христианович Гамель (1788—1862) – русский врач, технолог, историк. Автор идеи лечения в барокамере. Также первый русский фотограф. После изобретения дагерротипии и печати на фотобумаги командирован в 1839 году в Европу, откуда прислал фотоаппарат, реактивы, описание процесса и пробные снимки.
Первый врач, обративший внимание на последствия работы под давлением, был из России. Иосиф Христианович Гамель (1788-1862) — сын полицмейстера Сарепты. Эта колония немецких протестантов-гернгутеров ныне стала районом Волгограда. Община производила первую русскую горчицу и весьма на ней разбогатела. Доходы поступали в фонд, за счёт которого братья-гернгутеры давали самым способным молодым людям высшее образование. Гамель выбрал Медико-хирургическую академию в Петербурге. Во время Отечественной войны хорошо себя проявил и по окончании боевых действий был командирован в Британию для знакомства с новыми методами лечения.
Летом 1816 года в путешествии по Ирландии Гамеля сопровождал академик Уильям Уолластон, который открыл металл палладий и ультрафиолет. Они посетили приморский городок Хоут, где сооружалась искусственная гавань. Фундаменты её молов выкладывали прямо на дне с помощью водолазного колокола. Это железный ящик, в который паровая машина нагнетала сжатый воздух. Колокол погружался на 9 метров до самого дна, создавая там совершенно сухое помещение, где можно было работать как на земле, только под давлением в 2 атмосферы.
При спуске Гамель почувствовал острую боль в ушах. Стал делать массаж, пытаясь открыть евстахиевы трубы, по которым воздух из носоглотки может пройти в полость среднего уха, чтобы уравновесить давление на барабанную перепонку. Уолластон подсказал, что нужно сглотнуть слюну, открывая клапан в евстахиеву трубу.
Посмотрев на работу каменщиков, Гамель на обратном пути ощутил похожую боль, теперь уже изнутри. Было ясно, что делать: опять сглотнуть, чтобы сжатый воздух вышел из евстахиевой трубы. Этот же совет дают пассажирам самолетов, быстро набирающих высоту. Гамелю пришла в голову мысль, что повышенным давлением можно лечить глухоту, если она вызвана закупоркой евстахиевых труб. Сначала сжатый воздух пробьет себе путь снаружи, потом изнутри.
Русский гернгутер сочинил письмо в «Философикал мэгэзин» с предложением устроить барокамеры в больницах. Идею Гамеля заметили. У дорогих врачей завелись для элитных пациентов барокамеры с давлением до 1,75 атмосферы, где лечили глухоту, насморк и охриплость. Когда Англию посещал брат Александра I — будущий царь Николай — знакомил его с достижениями английской техники именно Гамель. Николаю Павловичу русский немец угодил, был удостоен бриллиантового перстня и гранта на исследование декомпрессии в горах.
С барометром новейшей конструкции Гамель прибыл в Шамони, щедро заплатил тамошним альпийским проводникам и двинулся к вершине Монблана. Успешных восхождений насчитывалось тогда уже 9, без единого несчастного случая.
«Несчастная экспедиция господина Гамеля на Монблан». Раскрашенная старинная литография. Восхождение Гамеля закончилось первым несчастным случаем в истории Монблана.
В пути их застигла вьюга. Дойдя до хижины, построенной отцом альпинизма Соссюром (высота 2750 метров), остановились. Троих послали вниз для пополнения запасов продовольствия. Сутки просидели в домике. Следующее утро было ясным, но гиды знали, что ничего хорошего солнце после снегопада не сулит. Они требовали переждать. Гамель топал ногой, клял их трусами, и взял на слабо. Тронулись в путь, вполне закономерно попали в лавину, причем троих проводников из восьми сбросило в расселину и накрыло двумястами метрами снега. Старший группы Матьё Бальма, потерявший в этой катастрофе брата, сказал Гамелю: «Ну что ж, месье, посмотрим, трусы мы или нет. Пошли дальше. Вы готовы?» Доктор заподозрил недоброе и предпочел вернуться.
История вышла громкая и некрасивая. «Любой ценой, император приказал» — после краха Наполеона европейцев такое не вдохновляло. Гамеля отозвали в Россию. Однако по его способу во Франции продолжали лечить глухоту. Среди пациентов был граф Эмманюэль де Лас Каз (1766-1842).
Граф, конфидент Наполеона, поехал с ним в ссылку на остров Святой Елены, где усердно фиксировал воспоминания своего кумира. Через пару лет после смерти «корсиканского чудовища» Лас Каз издал эти записи книгой, которая принесла ему громадное состояние. Именно к Лас Казу пришел горный инженер Жак Триже, у которого родилась прекрасная идея, но не было денег.
Чертеж, изображающий кессонные работы при сооружении опор железнодорожного моста в деревне Аржантёй, 1859-1861. Линия c-d показывает уровень воды в реке Сена. Снаружи опора обделана чугунными кольцами, которые соединены болтами. Воздух нагнетается через шахтную трубу в центре, там же лестница для проходчиков, и бадья для подъёма выбранного грунта. Пространство между чугунным кожухом и шахтной трубой заполнено бетоном. Наверху слева – входной шлюз, справа – выходной.
Триже решил добыть сокровище, известное со времен Жанны д’Арк — угольные пласты в пойме реки Луары. Залегали они всего в 19 метрах от поверхности, но это были 19 метров зыбучих песков. Откачать из них воду так же невозможно, как вычерпать саму Луару. Воду можно выдавить сжатым воздухом, если опустить в плывун ящик вроде водолазного колокола. Такое сооружение, на дне которого прямо в сжатом воздухе работают люди, Триже назвал словом «кессон», то есть «ящик» по-французски.
В Лас Казе инженер нашел инвестора, который верил, что человек может жить под повышенным давлением, потому что сам провел немало времени в барокамере. Правда, в Шалоне-на-Луаре предстояло пройти 19 метров песка и 6 метров угольного пласта. Давление, которое останавливает воду на такой глубине — три с половиной атмосферы. Но это не смущало Триже, который вошел в свой кессон первым.
Сначала всё казалось забавным, так что в «ящик» водили экскурсии. При давлении в три атмосферы не свистнешь, все говорят пискляво и в нос, а задутые было свечи зажигаются снова, как по волшебству. Случился даже казус: бывший солдат Флок, оглохший при осаде Антверпена в 1832 году, в кессоне слышал лучше всех. Вообще внизу, если бы не копоть от свечей и теснота, неплохо, а по лестнице подниматься даже легче, чем на открытом воздухе. Но, как заметили горняки, расплата наступает на выходе.
После смены рабочие ощущали зуд, который называли «почесухой», боли в животе и мышцах, онемение конечностей, а то и паралич, иногда стойкий.
В 1847 году доктора Поль и Ватель на севере Франции в Лурше констатировали два смертельных случая при строительстве шахт под давлением 4 атмосферы. Поль сам чуть не погиб, пережив паралич. В результате была установлена 4-часовая смена с получасовой декомпрессией (сейчас такая смена ограничена 1 часом 45 минутами, причём декомпрессия после неё должна продолжаться 4 часа).
Клод Моне, «Железнодорожный мост в Аржантёйе». Благодаря мосту через деревню прошла железная дорога на север Франции, и это место стало дачным, так что там поселились художники. При возведении моста кессонные работы шли на рекордной для тогдашней Франции глубине до 23 метров.
И это ещё было довольно гуманно, потому что на строительстве моста через Сену в деревне Аржантёй у врача-социалиста Эдуара Фолея люди после смены при 3,5 атмосферах проводили в шлюзе всего 2 минуты 30 секунд. Фолей считал рабочих друзьями, сам часто спускался в кессон. Он знал по себе, как хочется скорей покинуть шлюз, наполненный ледяным туманом оттого, что воздух при падении давления сильно охлаждается.
Возникли две школы кессонных врачей: одни считали, что надо медленно повышать давление, другие — что надо его медленно снижать. Правы были вторые, но поскольку они тоже не знали причин болезни, их декомпрессия продолжалась слишком недолго, так что урон для пациентов был сравнимый.
Скафандр Рукейроля-Денейруза образца 1878 года. С кораблем наверху акванавт соединен страховочным поясом и полой разговорной трубкой.
На помощь проходчикам явились водолазы. Возникли они так: горный инженер Бенуа Рукейроль (1826-1875) придумал снабжать горняков баллонами со сжатым воздухом для дыхания на случай пожара. Когда этот аппарат увидел флотский лейтенант Антуан Денейруз (1837-1883), родился автономный скафандр. Воздуха хватало всего на полчаса, потому что тогдашние компрессоры сжимали его только до 40 атмосфер. Но за эти полчаса можно опуститься на 20-30 метров и там собирать губки либо крепить крюки кранов для подъёма затонувших кораблей.
На Всемирной выставке 1867 года в Париже аппарат взял золотую медаль. Один посетитель — Жюль Верн, придумал скафандр капитана Немо. А другой посетитель — американец Джеймс Идс — решил стоить мост через Миссисипи в родном Сент-Луисе.
Состояние Идса сделано на подъёме грузов затонувших в бурной Миссисипи судов. Во время Гражданской войны он принял сторону северян и построил для них обшитые бронёй мониторы, неуязвимые для береговой артиллерии. Эти мониторы прошли всю реку до самого устья, уничтожив речной флот южан и разрезав Конфедерацию пополам.
Теперь Идс решил построить и спроектировать мост именно потому, что мостов ещё никогда не строил. За образец взял немецкий мост через Рейн в Кобленце: три арочных пролета опираются на два быка, которые кессонщики поставили на скальном основании, пройдя придонный ил. Но Миссисипи — не Сена и даже не Рейн. Это громадная река с толстым слоем песка на дне. Здесь скальные породы начинаются на глубине 34 метра. Необходимое давление достигало 4,5 атмосфер: в таких условиях ещё никто не работал. К тому же опоры моста имели колоссальную площадь, и требовались сотни людей.
Джеймс Бьюкенен Идс в 1865 году.
Идс как исполнительный директор и главный инженер лично спускался в кессоны, потому что стройка — это место, где живут обманом, и нужен хозяйский глаз. Поэтому безопасностью работ занимался личный врач Идса — француз Альфонс Жамине, хорошо знавший всё, что написали его соотечественники о кессонах.
Какая из двух школ права, Жамине не знал. Испытав на себе острую форму болезни, он постиг, что пострадавшему нужен покой и обильное питьё. Когда 31 марта 1870 года Жамине стал главным врачом стройки, погибших насчитывалось четверо.
Первым делом запретили заходить в кессон пьяным. Поскольку строителям без посещения салуна жизнь была немила, они уже 1 апреля объявили забастовку. Но платили хорошо — доллар за час — и 4 апреля все вернулись к работе. В шлюзе их ждал люковой — рабочий, нанятый специально для управления воздушным клапаном. Так прекратилось хулиганство, когда проходчики по своему усмотрению резко впускали в шлюз сжатый воздух, чтобы дать новичку по ушам, или сокращали декомпрессию, стремясь скорей в салун.
Теперь погибали только нарушители инструкций: те, кто не лежал по полчаса после смены, не обедал, работал спьяну или недолечив ранее полученное онемение. Не веря на слово, Жамине осматривал каждого кессонщика раз в шесть часов, ежедневно. Вся его жизнь стала непрерывным медосмотром. Стоило только отвернуться, как пациенты не выполняли рекомендаций: кто пропустит обед, потому что предпочитает пиво, кто попарит себе ноги, чтобы облегчить боль в мышцах. Боль проходила, но наступал полный паралич ног и мочевого пузыря впридачу.
Кессон, устроенный при сооружении опоры Бруклинского моста в Нью-Йорке. Конструкция скопирована у Идса. Слева людской шлюз. Воздушным клапаном управляет люковой. Справа: вход в шлюз из кессона, где идут работы. Выбранную породу на тачках везут в соседнюю камеру, откуда она поднимается наверх грунтососом. Иллюстрация из «Сайнтифик Америкен», 12 ноября 1870 года.
И так вели себя вполне разумные взрослые люди, все до единого умевшие читать, по простой причине: доктор не мог обосновать своих предписаний.
Физиолог Поль Бер (1833-1886), объяснивший основные причины возникновения декомпрессионной болезни.
Помог на следующий год французский физиолог Поль Бер. К нему обратился лейтенант Денейруз, когда у него на глазах погибли 30 греческих собирателей губок в исправных скафандрах.
Эндрю Хеерманс Смит (1837-1910), главный кессонный врач на постройке Бруклинского моста в Нью-Йорке. Учёл данные Жамине и Берта. В 1873 году придумал первую конструкцию рекомпрессионной барокамеры для лечения пострадавших от кессонной болезни.
Бер уже знал, что виной слишком быстрая декомпрессия: если открыть бутылку газировки, растворенный газ тут же собирается в пузыри. Вот так же вскипают кровь, лимфа, жидкость в суставах и спинном мозге при слишком быстром падении давления.
Бер подверг декомпрессии несчетное количество воробьев, крыс и собак. Оказалось, в их крови кипит не просто газ, а азот, которым при повышенном давлении насыщаются ткани. Измерив, сколько азота растворяется в тканях при разных величинах давления, стало возможно точно вычислить время декомпрессии для профилактики. Мало того, теперь можно было спасать пострадавших: достаточно поместить их под давление в барокамеру. С которой история кессона и началась.
Бруклинский мост, каким его видели авторы проекта в 1874 году. Строительство шло в 1870-1883 годах. При сооружении его опор от компрессионной болезни погибло три человека. Анализируя из историю болезни, Смит установил, что они изначально не годились для кессонных работ, поскольку имели значительный лишний вес, а жировая ткань лучше других удерживает поглощенный из крови азот.
Источники и дополнительные материалы:
— Hamel, Joseph. On the Diving-Bell, as a means for curing Deafness. (Сообщение Иосифа Гамеля о болезненных проявлениях, наблюдаемых у рабочих в водолазном колоколе) The Philosophical Magazine and Journal: Comprehending the Various Branches of Science, the Liberal and Fine Arts, Agriculture, Manufactures, and Commerce, vol. 48, июль 1816
— Dumas, Alexandre. En Suisse, chapitre 12. Marie Coutet. Александр Дюма-отец о неудачном восхождении группы Гамеля на Монблан. Из путевых заметок "В Швейцарии", глава 12. 1832
— Triger, Jacques. Mémoire sur un appareil à air comprimé, pour le percement des puits de mine et autres travaux, sous les eaux et dans les sables submergés (Доклад изобретателя кессона инженера Жака Триже о добыче угля в Шалоне и физиологических явлениях, наблюдаемых у шахтеров-кессонщиков) Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, T. XIII, №18, заседание академии наук 2 ноября 1841
— Pol, B., Watelle, T.-J.-J. Mémoire sur les effets de la compression de l'air appliqué au creusement des puits a houille. (Доклад Поля и Вателя, зачитанный во врачебном обществе округа Души в 1847 и опубликованный 7 лет спустя. Первое описание декомпрессионной болезни как особой нозологии). Annales d'hygiène publique et de médecine légale. — 1854. — série 2, n° 01
— The great suspension bridge between New York and Brooklyn. Progress of the work. Its present condition. Some account of the method of procedure. (Иллюстрированная заметка в журнале “Сайнтифик Америкэн” о кессонных работах при строительстве Бруклинского моста в Нью-Йорке) Scientific American, vol. 23, №20, 1870
— Jaminet, Alphonse. Physical Effects of Compressed Air: And of the Causes of Pathological Symptoms Produced on Man, by Increased Atmospheric Pressure Employed for the Sinking of Piers, in the Construction of the Illinois and St. Louis Bridge Over the Mississippi River at St. Louis, Missouri. (Книга Альфонса Жамине с историями болезни рабочих, которых он лечил в ходе строительства моста через Миссисипи) 1871
— Smith, Andrew Heermance. Effects of high atmospheric pressure, including the caisson disease. (Книга Эндрю Смита, где вводится термин “кессонная болезнь” и описывается медицинская барокамера для её лечения) 1873
— Bert, Paul. La pression barométrique : recherches de physiologie expérimentale. (Капитальный труд Поля Бера, где болезнь названа декомпрессионной, и разъяснены её важнейшие физиологические причины) 1878
— Jackson, Robert Wendell. Rails Across the Mississippi: A History of the St. Louis Bridge. (Историческая монография о строительстве моста Идса) 2001
— Смолин, Владимир Васильевич, Соколов, Геннадий Михайлович, Павлов, Борис Николаевич. Декомпрессионная болезнь. (Наиболее полная — 651 страница — монография о декомпрессионной болезни, созданная тремя выдающимися водолазными врачами) Калининград, 2010.
— The summer of Eads, part I. Блог американского краеведа Кэмерона Коллинза (“алкогольный блог, у которого проблемы с историей”) – об Идсе и строительстве моста через Миссисипи. 3 июня 2014
