Экологический наркоз
Думаю, мало кто из людей, непричастных профессионально к медицине или экологии, когда-либо задумывался над тем, какой ущерб наносят окружающей среде препараты, используемые в анестезиологии. Между тем, масштабы этой проблемы весьма значительны: в Германии различного рода хирургическим операциям под общим наркозом ежегодно подвергается почти каждый десятый житель. В современной медицине используется, как правило, комбинированный ингаляционный наркоз, основанный на вдыхании пациентом смеси из двух или нескольких газов. Сотрудник отделения кардиоанестезиологии Университетской клиники в Ульме, приват-доцент Томас Арцт (Thomas Arzt), поясняет:
Пациент помнит только укол. По сути дела, эти уколы нужны лишь для того, чтобы пациент быстро и легко уснул. А затем уже наступает очередь газовых и летучих средств, которыми, собственно, и поддерживается общий наркоз на протяжении всей операции. Эти газы – как, впрочем, и уколы, – блокируют определённые рецепторы в клетках головного мозга и угнетают функции нервной системы. Правда, пока никто точно не знает, какие именно рецепторы блокируются наркозом, ведь их в головном мозге многие миллионы. Теорий и предположений высказывается много, а окончательной ясности нет. Но так или иначе, основное назначение используемых в анестезии препаратов – вызвать у пациента состояние искусственного сна с частичным или полным выключением сознания и потерей болевой чувствительности.
Большинство применяемых сегодня анестетиков для ингаляционного наркоза – энфлуран, изофлуран, галотан, трихлорэтилен и так далее – представляют собой в химическом отношении галогенизированные углеводороды. Они практически полностью вытеснили такие ещё совсем недавно широко применявшиеся легко воспламеняющиеся и взрывоопасные препараты как циклопропан или этиловый эфир. В то же время они и сами не свободны от недостатков, как медицинского, так и экологического характера. Так, галотан обладает кардиодепрессивным действием. Однако самый главный недостаток таких соединений – это их негативное воздействие на окружающую среду и на здоровье медперсонала в операционной. Фторуглеводороды, как известно, способствуют парниковому эффекту, а фторхлоруглеводороды разрушают озоновый слой. Кроме того, считается, что соединения этого класса вызывают генетические мутации, и особенно опасны для беременных. Следует учесть также, что эти субстанции используются в анестезиологии, как правило, в смеси с закисью азота, известной также под названием «веселящий газ», а он тоже относится к парниковым и разрушает озоновый слой. Поскольку в одной только Германии в процессе анестезии при проведении хирургических операций в окружающую среду ежегодно выделяется 40 миллионов литров галогенизированных углеводородов и 4 миллиарда литров закиси азота, острая потребность в более экологичном анестетике не вызывает сомнений. Активные работы в этом направлении ведутся с 1992-го года. И вот теперь специалисты Университетской клиники в Ульме, похоже, нашла решение задачи. Они предложили в качестве наркозного газа использовать ксенон. Томас Арцт поясняет:
Одна причина заключается в том, что ксенон, насколько известно – а этот газ изучается очень давно, – не вызывает у пациентов никаких побочных реакций. Скорее наоборот, он, похоже, даже защищает головной мозг от некоторых негативных внешних воздействий. А второе преимущество ксенона состоит в том, что он, в отличие от всех прочих используемых сегодня анестетиков, будь то газы для ингаляции или препараты для внутривенного введения, не наносит ущерба ни окружающей среде, ни здоровью медперсонала. Для точного дозирования газовых и летучих средств анестезии и для искусственной вентиляции лёгких пациента во время операции используются специальные аппараты – наркозные испарители. Но добиться их полной герметичности практически невозможно, так что сидящий рядом врач-анестезиолог волей-неволей тоже постоянно вдыхает эти газы. И так день за днём, по 8 часов в день. А ведь всё это – высокоэффективные медикаменты. Доказано, что у беременных галогенизированные углеводороды могут вызывать выкидыши, есть данные и о канцерогенности этих газов.
Ксенон – это один из так называемых благородных, или инертных газов. Именно вследствие своей инертности, то есть крайней химической пассивности, ксенон экологически нейтрален. Он содержится в атмосфере – правда, в чрезвычайно малой концентрации: на 10 кубометров воздуха приходится чуть меньше одного миллилитра ксенона. Это делает его получение сложным и дорогостоящим, что до сих пор препятствовало широкому распространению этого альтернативного анестетика в хирургической практике: ведь для двухчасового ингаляционного наркоза необходимо примерно 12 литров ксенона, а такое количество газа стоит никак не меньше 500 евро. Поэтому главным достижением ульмских медиков следует считать не столько разработку методики применения ксенона в качестве наркозного газа, сколько создание устройства для его рециклинга и повторного применения. Иными словами, перед анестезиологами открывается возможность использовать одну и ту же порцию ксенона многократно. Томас Арцт говорит:
Большое преимущество ксенона состоит в том, что он легко, практически уже при комнатной температуре, поддаётся сжижению. Отработавшая газовая смесь, остающаяся после наркоза, состоит из кислорода, азота и ксенона. Для сжижения кислорода его надо охладить до минус 183-х градусов Цельсия, у азота температура кипения ещё ниже – минус 196 градусов Цельсия. А ксенон сжижается уже при температуре плюс 16 градусов. В разработанной нами установке отработавшая наркозная смесь закачивается под давлением в сосуд и охлаждается до нуля градусов Цельсия. При этом ксенон сжижается, а азот и кислород остаются в газообразном состоянии. То есть разделение фракций не составляет большого труда. Добиться стопроцентной эффективности нам, правда, пока не удалось, но мы вместе с другими европейскими университетами активно работаем над совершенствованием этой технологии.
В экспериментах на животных исследователям удалось таким образом вновь добыть для повторного применения более двух третей исходного количества ксенона. Это делает его использование вполне оправданным и с экономической точки зрения. Жаль только, что этот газ не годится на роль универсального анестетика. Некоторые физические свойства ксенона – в частности, высокая плотность, – негативно отражаются на функции лёгких и не позволяют применять его, например, в детской хирургии. Томас Арцт говорит:
На сегодняшний день ксенон может занять, конечно, лишь определённую нишу в анестезиологии – например, у очень тяжёлых больных, при операциях на сердце. Там каждый день пребывания в стационаре стоит огромных денег, а ксенон – это хорошо известно – помогает существенно сократить период интенсивной терапии. Все документы, необходимые для того, чтобы наша методика была допущена к клинической практике, мы уже подали и ожидаем положительного решения со дня на день. Затем заявка будет направлена в Лондон в европейское ведомство, так что ещё через год мы, скорее всего, получим допуск в рамках всего Евросоюза.
Впрочем, поиск других альтернативных анестетиков продолжается. Тем более, что от них требуется не только экологичность, но и экономичность. По мнению экспертов, только за счёт того, что ксенон ускоряет процесс послеоперационной реабилитации и выздоровления больных, его широкое внедрение в клиническую практику в одних только США позволит экономить 8 миллиардов долларов в год.
А теперь – совсем другая тема. Вопрос захоронения радиоактивных отходов во всём мире стоит весьма остро и требует быстрого решения. Германия, например, направляет отработавшее ядерное топливо со своих атомных электростанций на переработку во Францию (Ла-Хаг) или в Великобританию (Селлафилд). Там оно компактируется, кондиционируется, перегружается в специальные контейнеры «Castor» и доставляется обратно в Германию, где попадает во временное хранилище. Специалисты уже давно ломают голову над проблемой устройства надёжных могильников, способных обеспечить практически вечное хранение, но предложить концепцию, которая получила бы широкое признание, пока не могут. В Германии к решению проблемы долговременного захоронения радиоактивных отходов, по сути дела, ещё и не приступили, хотя жаркие дебаты и бурные дискуссии идут уже давно. Правда, ещё в 1999-м году по инициативе Федерального министерства экологии была образована рабочая группа из 16-ти экспертов – представителей различных ведомств, университетов и научно-исследовательских институтов. Но эти эксперты не ищут подходящие места для могильника. Их главная задача состоит в другом: в выработке тех критериев, которыми следует руководствоваться при оценке местности для размещения будущего могильника, тех условий, которым должен отвечать этот самый могильник, и тех процедур, которые необходимо будет соблюдать при согласовании этого вопроса в инстанциях и с местным населением. Собственно, требования немецких экспертов к безопасности формулируются крайне просто: могильник должен обеспечивать надёжное хранение отходов на протяжении миллиона лет. Насколько реалистичны подобные требования, никто не знает. Многие специалисты полагают, что осуществить такое практически вечное захоронение можно лишь в плотных однородных геологических структурах площадью не менее 12-ти квадратных километров. При этом массив должен быть такой толщины, чтобы могильник можно было разместить на глубине от 500 метров до 1,5 километров. Это не только надёжно защитит местное население от излучения, но и сделает радиоактивные отходы недоступными для террористов. Однако наиболее распространённая глубинная горная порода – гранит, – по мнению немецких экспертов, мало подходит для этой цели, поскольку склонна к растрескиванию, так что изоляция могильника, способная предотвратить проникновение влаги извне и просачивание опасных веществ наружу, обошлась бы слишком дорого. Поэтому внимание немецких экспертов сосредоточено на соляных формациях и залежах глин. Есть и ещё одна проблема: до сих пор Министерство экологии исходило из того, что для всех радиоактивных отходов страны будет достаточно одного могильника. Между тем, эксперты с этим не согласны. Так, Вернт Бревитц (Wernt Brewitz), руководитель научно-исследовательского отдела Общества по обеспечению безопасности промышленных установок и реакторов, говорит:
Мы – я имею в виду специалистов в области защиты от излучения и кондиционирования радиоактивных отходов – испытываем серьёзные сомнения в том, что касается безопасности захоронения газообразующих низко- и среднеактивных отходов в очень плотных горных породах. Мы считаем, что в результате выделения газов самими отходами в могильнике может произойти значительное повышение давление. Для такой ситуации компьютерные модели, на основе которых мы прогнозировали надёжность и безопасность захоронения, уже не пригодны, а достоверными данными, позволяющими произвести новые расчёты, мы не располагаем.
Иными словами, высокоактивные отходы не должны храниться вместе с низко- и среднеактивными, а значит, могильников в стране должно быть, как минимум, два. Впрочем, пока могильник для окончательного захоронения радиоактивных отходов во всём мире имеется лишь один – в Финляндии. Он расположен в гранитной породе на глубине в 500 метров. Швеция тоже сделала ставку на гранит и намерена построить могильник к 2010-му году. Бельгия отдала предпочтение глине, но планирует завершить могильник лишь к 2035-му году. Франция пока не сделала выбор между глиной и гранитом, а Великобритания приняла решение на ближайшие 50 лет ограничиться временными хранилищами. Однако именно в Великобритании совсем недавно выдвинута идея, не только принципиально отличающаяся от всех предложенных до сих пор концепций захоронения радиоактивных отходов, но и во многом идущая с ними вразрез. Автор идеи – Фергус Гибб (Fergus Gibb), научный сотрудник университета в Шеффилде, – поясняет:
Большинство стран с высокорадиоактивными отходами хотели бы захоронить их в массиве той или иной горной породы на глубине около полукилометра. Это решение имеет один существенный недостаток: с геологической точки зрения, 500 метров – совершенно недостаточная глубина. Такой могильник окажется вблизи грунтовых вод, которые где-то выходят на поверхность, и это может создать серьёзные проблемы.
Тем более что никто не в состоянии поручиться за герметичность контейнеров с радионуклидами спустя сто или двести тысяч лет. Поэтому Фергус Гибб считает такие проекты могильников неудовлетворительными:
Решение, которое я предлагаю, состоит в том, чтобы уйти гораздо глубже, на 4 или даже 5 километров, пробурив для этого скважины в граните.
Такие захоронения в скважинах предназначены, по мысли Гибба, не для всей массы радиоактивных отходов, а лишь для двух категорий радионуклидов. Во-первых, это изотопы с очень большим периодом полураспада, измеряемым миллионами лет, – такие как кюрий, нептуний или плутоний. Во-вторых, это изотопы, выделяющие большое количество тепла, – например, стронция или цезия. Именно из-за этих радионуклидов сегодняшние хранилища приходится делать очень просторными, чтобы обеспечить между контейнерами свободное пространство, необходимое для отвода тепла. Гибб учитывает в своём проекте этот эффект и даже находит ему полезное применение. Ведь тепловыделяющие радионуклиды будут разогревать окружающую горную породу – с типичных для такой глубины 120-ти градусов до 9-ти тысяч:
Гранит – весьма подходящая порода. Идея состоит в том, что эта жара расплавит гранит, находящийся в непосредственной близости от контейнеров с радиоактивными отходами. Максимум температуры будет достигнут уже примерно через год, а лет через 20-30, когда большая часть тепловыделяющих радионуклидов распадётся, порода начнёт остывать, гранит затвердеет и замкнёт отходы, образовав вокруг них своего рода каменную капсулу.
Таким образом, прочность созданных людьми металлических контейнеров перестаёт играть столь уж важную роль, их заменит гранит, а он долговечнее радионуклидов. Проект Гибба позволяет также обойтись и без долгосрочного промежуточного хранения отходов: уже через год после извлечения твэлов из реактора из них можно выделить те фракции, которые предназначены для захоронения в скважинах.
Если атомная промышленность проявит готовность разделять и сортировать отходы, это позволит существенно упростить их захоронение. Ведь наиболее опасные из них, те, что должны навсегда исчезнуть в скважине, составляют лишь 10 процентов от общей массы отходов. Остальные 90 процентов можно поместить в могильники на глубине в 500 метров, потому что они перестанут представлять опасность уже спустя относительно небольшой промежуток времени.
Любой стране вполне хватит одной такой скважины, – полагает Гибб. А главное, такой могильник не подвержен воздействию грунтовых вод:
Это довольно значительная глубина, и там нет грунтовых вод, имеющих выход на поверхность. Если там и есть какая-то влага в породах, то ей на то, чтобы распространиться всего на метр, нужны тысячелетия. И она не идёт наверх, она течёт только вниз или вбок, потому что содержит много соли, а значит, имеет высокую плотность. Такая вода чрезвычайно стабильна. Даже если мы её «потревожим» бурением, она не поднимется наверх.
Идеей Гибба уже заинтересовались многие страны. Одних – например, Литву, – привлекает дешевизна проекта, другие – например, Япония, – на первое место ставят вопрос сейсмобезопасности. Однако будет эта смелая идея реализована, пока неясно.