? Looper

利維坦按：

雖說只有短短一小時（且所呼吸的是特定液體PFC），但如此成果顯然是令人興奮的。只不過這似乎距離直接在水中呼吸的幸福未來仍有不小差距——假如能夠解決二氧化碳排出的棘手問題，以及某種可靠的、能直接從海水或者淡水中獲取氧氣的方式被提出，恐怕真的很難想象當(dāng)人們向大深藍里前進，會對整個文明形成多么劇烈的影響。

在詹姆斯·卡梅隆執(zhí)導(dǎo)并于1989年上映的水下驚悚片《深淵》（The Abyss）結(jié)尾處，艾德·哈里斯（Ed Harris）飾演的鉆井工人巴德·布里格曼（Bud Brigman）穿上了一套潛水服。

他呼吸的是一種特殊的含氧液體，而非空氣，因此，他能避免水下極大壓強帶來的致命性副作用，下沉至深海海溝底部，拆除核彈頭。你肯定會想，這只是令人難忘的電影情節(jié)，這種技術(shù)肯定只存在于科幻作品中。真是如此嗎？

? 豆瓣電影

事實和你的想法可能有所出入。

電影中可供呼吸的液體——含氧的全氟化碳液體是真實存在的。盡管哈里斯在拍攝穿著潛水服的場景時是屏息憋氣的，但在電影前面部分，老鼠在液體中自由呼吸的場景卻是真實的?！渡顪Y》無疑是描繪液體呼吸技術(shù)最著名的電影，而這一技術(shù)已被研究了一個多世紀。盡管人們還無法將它用于深海潛水，它仍有可能在醫(yī)藥領(lǐng)域大展身手、挽救生命。

一戰(zhàn)后不久，人們開始做與液體呼吸相關(guān)的實驗，當(dāng)時醫(yī)生開始研究含氧鹽溶液，以治療肺部被毒氣損害的士兵。但直到冷戰(zhàn)最劍拔弩張的20世紀50年代晚期，真正的研究才得以開展，美國海軍試圖找到船員逃脫沉沒的潛水艇且避免患上潛水病的不二法門。

潛水減壓病又稱為潛水夫病，是在一定深度的水下（高氣壓）呼吸導(dǎo)致的疾病。潛水員下潛時，隨著水壓增加，越來越多的氮氣溶解于身體組織中。如果他們快速上浮至水面，壓力的突然變化會導(dǎo)致氮氣從溶解狀態(tài)逸出，形成細小的氣泡，可能導(dǎo)致嚴重的關(guān)節(jié)痛、空氣栓塞癥、卒中以及死亡。

? New England Journal of Medicine

因此，潛水員必須緩慢上浮，并多次停下來減壓，讓氮氣逐漸從身體中排出。但是，如果潛水員或逃離潛水艇的人能夠呼吸含氧液體，而非空氣，就無須減壓。

液體呼吸技術(shù)還能夠減少甚至消除深潛的其他危害，比如醉氮（這也被稱為“海洋深處的狂喜”，是在高氣壓情況下吸入氮氣導(dǎo)致的醉酒般的中毒反應(yīng)）。在一定深度下，氧氣本身也可能造成危害，比如氧中毒。

為了避免這些情況，潛水員利用各種氣體組合用于深海呼吸，如氦氧混合氣或者氧氮氦混合氣體。盡管如此，也只能在一定程度上發(fā)揮作用。例如，在水下160米處，呼吸氦氣可能引發(fā)嚴重的戰(zhàn)栗，還有高壓神經(jīng)綜合征等神經(jīng)疾病。潛水員攜帶壓縮氣體能夠下潛的最深深度為701米——這還是在陸基潛水艙里。

1962年，杜克大學(xué)的約翰尼斯·克萊斯特拉（Johannes Klystra）博士帶領(lǐng)團隊，讓老鼠和其他小型動物可以在160個大氣壓（只有在如此高的氣壓才能在液體中溶解足夠的氧氣）下壓縮的含氧鹽溶液中呼吸。實驗持續(xù)了約一小時，但動物很快因為呼吸性酸中毒（即二氧化碳中毒）而死亡。

這顯示出，液體呼吸技術(shù)令研究者苦惱長久的一大缺點：盡管呼吸液體可以輕易為身體供氧，但排出二氧化碳卻遠沒那么高效。為了防止酸中毒，人們在靜止狀態(tài)時，平均每分鐘需要讓5升呼吸液體流經(jīng)肺部，若是在活動狀態(tài)下，每分鐘則需要讓10升呼吸液體流經(jīng)肺部——人類肺部自身無法達到這一流速。因此，任何實用的液體呼吸系統(tǒng)必須高效地將液體泵入/出肺部，就像醫(yī)院用的機械呼吸機一樣。

1966年，美國研究者利蘭·克拉克（Leland Clark）和弗蘭克·戈蘭（Frank Gollan）在液體呼吸研究上取得重大突破，他們將克萊斯特拉的含氧鹽溶液換成了一種新的液體，即全氟化碳（PFC）。

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

PFC是一種無色液體，由碳元素和氟元素組成，一開始只是二戰(zhàn)期間曼哈頓計劃的部分研究成果。這兩種元素的結(jié)合極為穩(wěn)固，因此PFC非常穩(wěn)定，不易分解。它的密度是水的兩倍，但黏性只有水的一半，因此所儲存的氧氣和二氧化碳幾乎是水所能存儲的20倍。

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

? SpringerLink

正是由于這種特質(zhì)，PFC成為了一種理想的液體呼吸材料。在克拉克和戈蘭的早期實驗中，他們僅僅是將小鼠和老鼠浸在含氧的PFC中，讓其自由呼吸。盡管動物在這種高密度液體中呼吸起來不太順暢，但都活下來了，在浸入20個小時后，沒有一只出現(xiàn)不良反應(yīng)。對于更大型的動物，則需要使用強制性排出設(shè)備來防止二氧化碳累積。針對麻醉狀態(tài)下的狗的呼吸實驗，進一步證明了PFC作為呼吸液體的有效性。

? Science Direct

克拉克和戈蘭關(guān)于PFC的研究發(fā)現(xiàn)，很快又被克萊斯特拉超越了。后者在1969至1975年間完成了堪稱史上最全面的液體呼吸研究。他的實驗對象包括動物和人類。在研究過程中，美國海軍潛水員弗朗西斯·J. 法爾克（Francis J. Falejcyk）成為了第一個呼吸含氧鹽溶液和PFC的人。

除了接受局部麻醉以便于插管，他在整個過程中沒有接受其他任何醫(yī)療幫助，且沒有強烈的不適感。不過，后來在抽吸肺部液體時出現(xiàn)了問題，他因此患上了肺炎。1971年，法爾克做了一場關(guān)于這些經(jīng)歷的講座，當(dāng)時才17歲的卡梅隆也身處聽眾席中，這給了后者寫短篇故事的靈感，并最終造就了《深淵》的劇本。

克萊斯特拉的研究顯示，在一般情況下，人類最多可以呼吸PFC一個小時，且不會出現(xiàn)二氧化碳中毒現(xiàn)象，因此，這對于逃離沉沒潛艇的人來說，液體呼吸技術(shù)是可行的。為了更廣泛地運用這一技術(shù)，克萊斯特拉還用PFC和氫氧化鈉的乳化液進行了實驗，這種物質(zhì)能更好地從血液中吸收二氧化碳。

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

不過，到頭來，這些技術(shù)都還沒有被實際運用。據(jù)報道，美國海軍海豹突擊隊曾在20世紀80年代做過液體呼吸的實驗，但發(fā)現(xiàn)人在呼吸PFC時非常費力，幾個潛水員在測試鍛煉時因用力過猛，導(dǎo)致了肋骨扭傷及骨折。

針對酸中毒，一個建議的解決措施是為潛水員配備一個靜脈分流裝置，直接從血液中去除二氧化碳。不幸的是，這種方法自帶相當(dāng)大的醫(yī)療和后勤保障問題，而液體呼吸技術(shù)在正式用于深海潛水之前，還有很長的路要走。

不過，它也可能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，特別是在早產(chǎn)兒的護理方面。

? Wattpad

人類的肺約有5億個肺泡，氧氣通過這些微小的囊泡被血液吸收。為了防止肺泡像濕紙袋一樣塌陷，身體會產(chǎn)生一種肺表面活性物質(zhì)。這是一種脂質(zhì)混合物，可以降低水的表面張力，使肺泡保持開放。

然而，早產(chǎn)兒無法生成足夠多的肺表面活性物質(zhì)，他們在出生后，大部分肺泡會塌陷，造成呼吸困難。數(shù)十年來，傳統(tǒng)的機械呼吸機幫助早產(chǎn)兒順利呼吸，但這些機器產(chǎn)生的高壓會嚴重損害纖弱的肺部。如果將呼吸液體注入肺部，液體就可以重現(xiàn)子宮內(nèi)的羊水環(huán)境，使肺泡打開，大大增加氣體交換的效率。此外，醫(yī)生還可以運用該技術(shù)，直接在肺部給藥。

費城天普大學(xué)醫(yī)院的J.S. 格林斯潘（J.S. Greenspan）是新生兒液體呼吸技術(shù)的先驅(qū)。1989年，他將13個早產(chǎn)兒放入液體呼吸機，持續(xù)了24至96個小時。所有孩子后來都能順利呼吸空氣，其中11人的肺功能有顯著改善，不過有6人死于與實驗無關(guān)的因素。

1995年，R.B. 赫希爾（R.B. Hirschl）在19個人身上做了相似的實驗，這其中既有成年患者，也有幼兒和新生兒患者。最后，11位病人肺部功能得到改善，并存活下來，這進一步證實了液體呼吸技術(shù)的有效性。

? The Safety Zone

不過，實現(xiàn)液體呼吸技術(shù)的配套儀器非常復(fù)雜昂貴，因此，B.P. 福爾曼（B.P. Fulman）于1991年發(fā)明了簡易版本的“部分液體呼吸”技術(shù)，即PLV（partial liquid ventilation）。肺部只需部分裝載呼吸液體，其余部分可通過常規(guī)機械呼吸機輸入空氣。這樣一來，可以開放約40%的肺泡，同時二氧化碳的排出也更高效。

另一種建議方案是將呼吸液體轉(zhuǎn)變?yōu)楹諝饣蜓鯕獾膰婌F劑，效果相似，且患者呼吸起來舒適得多。1995年，邁克·達爾文（Mike Darwin）和斯蒂文·哈里斯（Steven Harris）演示了液體呼吸技術(shù)如何用于誘發(fā)治療性低體溫。

這是指在心臟驟停后通過降低人體溫度，減少對大腦和其他組織的破壞。兩人通過使肺部充盈液態(tài)PFC，達到史無前例的每分鐘降低0.5攝氏度的效果，這比我們現(xiàn)有的技術(shù)都高效很多。在大大小小的突破之后，美國食品和藥物管理局已經(jīng)批準液體灌注技術(shù)進入“快速評審”通道，以盡快讓這種可能挽救生命的技術(shù)在臨床上發(fā)揮作用。

所以，如果卡梅隆想在未來一段時間內(nèi)一探馬里亞納海溝，他仍得借助復(fù)雜的潛水艇。但前文所述的突破也許能帶來慰藉——少時曾賦予他靈感的技術(shù)，有可能在未來拯救無數(shù)生命。

文/Gilles Messier

譯/Yord

校對/藥師

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

本文基于創(chuàng)作共享協(xié)議（BY-NC），由Yord在利維坦發(fā)布

原標題：《你能在液體里呼吸嗎？》

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