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.

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.

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…