魚隻能在水中呼吸?人隻能在陸上呼吸?沒有這回事,事實上魚兒也能直接呼吸空氣,而人類也可以在液體中呼吸。
魚兒的呼吸器官是鰓,而人類的呼吸器官是肺,看似大不相同,但它們都可以分别從液體和氣體中獲取氧氣。魚兒離開水會死亡,而死亡的原因就是窒息,但窒息的原因并不是無法從空氣中獲取氧氣,而是鰓葉在離開水之後全部黏在了一起,無法有效地過濾空氣并汲取氧氣。當悶熱的夏季來臨,水中的含氧量會下降,所以魚兒都會浮到水面大口大口地喘氣,這就是在呼吸空氣,可見魚鰓是可以在空氣中呼吸的,所以即便魚兒離開了水,隻要你能保證它的魚鰓不會黏糊在一起,并提高空氣在魚鰓部位的流動速度,那麼它便不會窒息而死。
魚兒能夠直接呼吸空氣,這不算稀奇,但如果說人類也能夠在液體中呼吸,是不是就有些過分了?一點也不過分,人類的肺本來就可以從液體中汲取氧氣,而關于液體呼吸的研究也早從20世紀50年代就開始了。
人類為什麼要研究液體呼吸法?這還要從潛水病說起。潛水是一項極具危險性的活動,其主要危險并非來自于神秘莫測的大海,而是來自于潛水本身。在潛水時,随着深度的增加,壓力會随之增加,大概每下潛10米,就會增加1個标準大氣壓的壓力。随着壓力的升高,氣體也會随之被壓縮。
在2個大氣壓的環境下呼吸,每呼吸一口,氣體中所含的分子量就是水面上的2倍,而在3個大氣壓下,呼吸一次的氣體分子量就是水面上的3倍,所以潛得越深,氧氣消耗的速度就越快。
大量的氣體被吸入身體之後,會溶解在身體之中産生潛在的危害,如果氧氣多了會引發腦中毒,氮氣多了會造成氮麻醉。為什麼還有氮氣呢?因為人不能吸純氧,即便是醫院中的危重病人,吸氧濃度也不會超過50%,所以必須用氮氣稀釋。高濃度的氮氣進入身體後會溶解在體液中,在潛水員上浮的時候,由于壓力降低,所以氮氣會從體液中析出變為氣泡,引起栓塞,這就是潛水病。
所以潛水上浮的速度一定要慢,中途還必須停下來自由呼出被壓縮的氣體。
這就決定了潛水艇一旦沉沒,艇員是很難生還的。而如果潛水員使用液體來進行呼吸,而非使用氣體呼吸,那麼所有的問題就都不存在了,所以早在二戰之前,關于液體呼吸的研究就已經被提了出來,但真正開始相關研究還是在20世紀50年代。最早使用的呼吸液體是含氧鹽溶液,在約翰尼斯·克萊斯特拉博士的首次試驗之中,實驗動物在溶液中最長呼吸了一個小時,但最終還是死亡了,不過死亡的原因并不是窒息,而是酸中毒,也就是二氧化碳中毒,因為呼吸過程所産生的二氧化碳無法順利排出,最終在體内堆積引起中毒。
如果想要讓呼吸過程産生的二氧化碳順利排出,那麼每分鐘至少要有10升的呼吸液體流經肺部,這大大超越了人類肺部功能的極限。
為了解決酸中毒的問題,美國研究者克拉克和戈蘭将呼吸液體換成了全氟化碳,這種液體的密度是水的2倍,但黏度隻有水的一半,所以其氧氣和二氧化碳的存儲量可以達到水的20倍,理論上可以保證呼吸過程中二氧化碳的順利排出。後來克拉克和戈蘭使用小鼠和狗進行了實驗,在長達20小時的實驗過程中沒有一隻動物出現不适。受到了克拉克和戈蘭的啟發,1969年到1975年之間,克萊斯特拉博士又對呼吸液進行了改良,并開始了人類實驗。
最先接受液體呼吸實驗的是一位名為法爾克的美國海軍潛水員,實驗過程非常順利,且沒有出現任何不适,隻是在實驗過後清除肺部液體時除了一些問題,導緻法爾克患上了肺炎。
自此之後,關于液體呼吸的研究一直在不斷推進,也進行過很多相關實驗,不過實驗者都表示長時間在液體中呼吸是非常費力的,甚至有人因為呼吸用力過猛而出現了扭傷和骨折。理論上,液體呼吸是可行的,不過距離正式應用還有一定的距離。液體呼吸的意義不僅在于潛水,也可以應用于醫療領域,對于很多肺部疾病而言,口服和注射給藥遠不如直接呼吸含藥液體更加直接有效。
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