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自然科普:你能在液体里呼吸吗?

发表于 2023-02-03 02:33:49 来源:ADRIAN网

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© Looper

利维坦按:

固然说只要短短一小时(且所呼吸的呼吸是特定液体PFC),但如此效果清楚是科普令人快乐的。只不过这似乎距离直接在水中呼吸的体里幸福未来仍有不小差距——假设可以也许处置二氧化碳架空的顺手标题,和某种靠得住的呼吸英镑三种不同价格汇率换算、能直接从海水或海水中猎取氧气的科普方法被提出,生怕真的体里很难想象当人们向大年夜深蓝里提高,会对全部文明构成多么剧烈的呼吸影响。

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在詹姆斯·卡梅隆执导并于1989年上映的科普水下惊悚片《深渊》(The Abyss)开头处,艾德·哈里斯(Ed Harris)扮演的体里钻井工人巴德·布里格曼(Bud Brigman)穿上了一套潜水服。

他呼吸的呼吸是一种非凡的含氧液体,而非空气,科普是体里以,他能幸免水下极大年夜压强带来的呼吸致命性反感染,下沉至深海海沟底部,撤除核弹头。你一定会想,这只是令人难忘的片子情节,这类技艺一定只存在于科幻作品中。真是如此吗?

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© 豆瓣片子

毕竟和你的设法能够有所进出。

片子中可供呼吸的液体——含氧的全氟化碳液体是真实存在的。虽然哈里斯在拍摄穿戴潜水服的场景时是屏息憋气的,但在片子前面局部,马来人民币汇率换算老鼠在液体中自在呼吸的场景倒是真实的。《深渊》无疑是描画液体呼吸技艺最有名的片子,而这一技艺已被研讨了一个多世纪。虽然人们还没法将它用于深海潜水,它仍有能够在医药范围大年夜展身手、抢救生命。

一战后不久,人们末尾做与液体呼吸相关的实验,事先大年夜夫末尾研讨含氧盐溶液,以治疗肺部被毒气损伤的战士。但直到暗斗最一触即发的20世纪50年代早期,真实的研讨才得以展开,美国水兵试图找到船员逃脱漂浮的潜水艇且幸免患上潜水病的不二窍门。

潜水减压病又称为潜水夫病,是在一定深度的水下(高气压)呼吸招致的疾病。潜水员下潜时,跟着水压促进,愈来愈多的氮气消融于身体结构中。假设他们快速上浮至水面,压力的俄然变卦会招致氮气从消融状况逸出,构成微小的气泡,能够招致严重的关节痛、空气栓塞症、韩元和人民币的汇率换算卒中和死亡。

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© New England Journal of Medicine

是以,潜水员必需缓慢上浮,并屡次停上去减压,让氮气逐渐从身体中架空。然则,假设潜水员或逃离潜水艇的人可以也许呼吸含氧液体,而非空气,就不用减压。

液体呼吸技艺还可以也许增添甚至肃清深潜的其他风险,比如醉氮(这也被称为“陆地深处的狂喜”,是在高气压状况下吸入氮气招致的醉酒般的中毒反响)。在一定深度下,氧气自身也能够形成风险,比如氧中毒。

为了不这些状况,潜水员运用各类气体组合用于深海呼吸,如氦氧异化气或氧氮氦异化气体。虽然如此,也只能在一定水平上发扬感染。例如,在水下160米处,呼吸氦气能够激起严重的汇率换算桂花树落叶正常吗颤栗,还有高压神经综合征等神经疾病。潜水员携带紧缩气体可以也许下潜的最深深度为701米——这照样在陆基潜水舱里。

1962年,杜克大年夜学的约翰尼斯·克莱斯特拉(Johannes Klystra)博士率领团队,让老鼠和其他小型植物可以在160个大年夜气压(只要在如此高的气压才干在液体中消融充沛的氧气)下紧缩的含氧盐溶液中呼吸。实验延续了约一小时,但植物很快由于呼吸性酸中毒(即二氧化碳中毒)而死亡。

这表示出,液体呼吸技艺令研讨者忧?持久的一大年夜缺陷错误:虽然呼吸液体可以随便为身体供氧,但架空二氧化碳却远没那末高效。为了防止酸中毒,人们在运动状况时,平均每分钟需要让5升呼吸液体流经肺部,假设在活动状况下,每分钟则需要让10升呼吸液体流经肺部——人类肺部自身没法到达这一流速。是以,任何有效的液体呼吸体系必需高效地将液体泵入/出肺部,就像病院用的机械呼吸机一样。

1966年,美国研讨者利兰·克拉克(Leland Clark)和弗兰克·戈兰(Frank Gollan)在液体呼吸研讨上取得庞大年夜突破,他们将克莱斯特拉的含氧盐溶液换成了一种新的液体,即全氟化碳(PFC)。

(www.annalsthoracicsurgery.org/article/S0003-4975(02)03733-5/fulltext)

PFC是e人民币与日元汇率换算一种无色液体,由碳元素和氟元素构成,一末尾只是二战时代曼哈顿谋划的局部研讨效果。这两种元素的结合极为静谧,是以PFC特别很是静谧,不易分化。它的密度是水的两倍,但黏性只要水的一半,是以所贮存的氧气和二氧化碳几近是水所能存储的20倍。

(link.springer.com/article/10.1007/s00424-020-02482-2)

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© SpringerLink

恰是由于这类特质,PFC成为了一种梦想的液体呼吸资料。在克拉克和戈兰的初期实验中,他们仅仅是将小鼠和老鼠浸在含氧的PFC中,让其自在呼吸。虽然植物在这类高密度液体中呼吸起来不太顺畅,但都活上去了,在浸入20个小时后,没有一只出现不良反响。关于更大年夜型的植物,则需要运用强逼性架空设备来防止二氧化碳累积。针对麻醉状况下的狗的呼吸实验,进一步证了然PFC作为呼吸液体的有效性。

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© Science Direct

克拉克和戈兰关于PFC的研讨发明,很快又被克莱斯特拉超出了。后者在1969至1975年间完成了可谓史上最周全的液体呼吸研讨。他的实验对象包括植物和人类。在研讨进程中,美国水兵潜水员弗朗西斯·J. 法尔克(Francis J. Falejcyk)成为了第一个呼吸含氧盐溶液和PFC的人。

除了接纳局部麻醉以便于插管,他在全部进程中没有接纳其他任何医疗资助,且没有剧烈的不适感。不过,后来在抽吸肺部液体时出现了标题,他是以患上了肺炎。1971年,法尔克做了一场关于这些阅历的讲座,事先才17岁的卡梅隆也身处听众席中,这给了后者写短篇故事的灵感,并最终培育了《深渊》的脚本。

克莱斯特拉的研讨表示,在一样深刻状况下,人类最多可以呼吸PFC一个小时,且不会出现二氧化碳中毒现象,是以,这关于逃离漂浮潜艇的人来说,液体呼吸技艺是可行的。为了更普遍地运用这一技艺,克莱斯特拉还用PFC和氢氧化钠的乳化液停止了实验,这类物质能更好地从血液中接纳二氧化碳。

(www.scientificamerican.com/index.cfm/_api/render/file/?method=inline&fileID=C71A44ED-B140-4670-8AD72D6F46692A6E)

不过,到头来,这些技艺都还没有被实践运用。据报道,美国水兵海豹突击队曾在20世纪80年代做过液体呼吸的实验,但发明人在呼吸PFC时特别很是辛劳,几个潜水员在测试锻炼时因用力过猛,招致了肋骨扭伤及骨折。

针对酸中毒,一个建议的处置方法是为潜水员装备一个静脉分流装配,直接从血液中往除二氧化碳。不幸的是,这类方法自带相当大年夜的医疗和后勤包管标题,而液体呼吸技艺在正式用于深海潜水之前,还有很长的路要走。

不过,它也能够在医学范围发扬重要感染,特别是在早产儿的护理方面。

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© Wattpad

人类的肺约有5亿个肺泡,氧气经由进程这些微小的囊泡被血液接纳。为了防止肺泡像湿纸袋一样塌陷,身体会发生一种肺外不雅活性物质。这是一种脂质异化物,可以降低水的外不雅张力,使肺泡坚持开放。

但是,早产儿没法生成充沛多的肺外不雅活性物质,他们在出逝世后,大年夜局部肺泡会塌陷,形成呼吸艰辛。数十年来,传统的机械呼吸机资助早产儿顺利呼吸,但这些机械发生的高压会严轻损伤懦弱的肺部。假设将呼吸液体注入肺部,液体就可以重现子宫内的羊水状况,使肺泡翻开,大年夜大年夜促进气体交流的屈服。此外,大年夜夫还可以运用该技艺,直接在肺部给药。

费城天普大年夜学病院的J.S. 格林斯潘(J.S. Greenspan)是重生儿液体呼吸技艺的前驱。1989年,他将13个早产儿放入液体呼吸机,延续了24至96个小时。全部孩子后来都能顺利呼吸空气,个中11人的肺功用有清楚改良,不过有6人逝世于与实验有关的成分。

1995年,R.B. 赫希尔(R.B. Hirschl)在19小我身上做了相似的实验,这个中既有成年患者,也有幼儿和重生儿患者。末尾,11位病人肺部功用取得改良,并存活上去,这进一步证明了液体呼吸技艺的有效性。

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© The Safety Zone

不过,完成液体呼吸技艺的配套仪器特别很是复杂昂贵,是以,B.P. 福尔曼(B.P. Fulman)于1991年发了然复杂纯真版本的“局部液体呼吸”技艺,即PLV(partial liquid ventilation)。肺部只需局部装载呼吸液体,其他局部可经由进程惯例机械呼吸机输入空气。多么一来,可以开放约40%的肺泡,同时二氧化碳的架空也更高效。

另一种建议谋划是将呼吸液体变卦为含空气或氧气的喷雾剂,效果相似,且患者呼吸起来酣畅得多。1995年,迈克·达尔文(Mike Darwin)和斯蒂文·哈里斯(Steven Harris)演示了液体呼吸技艺若何用于激起治疗性低体温。

这是指在心脏骤停后经由进程降低人体温度,增添对大年夜脑和其他结构的破坏。两人经由进程使肺部充盈液态PFC,到达史无前例的每分钟降低0.5摄氏度的效果,这比我们现有的技艺都高效很多。在大年夜大年夜小小的突破今后,美国食物和药物管理局已准许液体灌注技艺进入“快速评审”通道,以尽快让这类能够抢救生命的技艺在临床上发扬感染。

所以,假设卡梅隆想在未来一段时辰内一探马里亚纳海沟,他仍得借助复杂的潜水艇。但前文所述的突破大年夜概能带来抚慰——少时曾付与他灵感的技艺,有能够在未来救援有数生命。

文/Gilles Messier

译/Yord

校订/药师

原文/

www.todayifoundout.com/index.php/2021/08/can-humans-breathe-liquid-like-in-the-abyss/




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