你能在液體里呼吸嗎？

● 北漠寒 編

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》結(jié)尾處，艾德·哈里斯飾演的鉆井工人巴德·布里格曼穿上了一套潛水服。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(qiáng)帶來(lái)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(huì)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？

含氧的全氟化碳液體真實(shí)存在

電影中可供呼吸的液體——含氧的全氟化碳液體是真實(shí)存在的。盡管哈里斯在拍攝穿著潛水服的場(chǎng)景時(shí)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(chǎng)景卻是真實(shí)的?！渡顪Y》無(wú)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(gè)多世紀(jì)。盡管人們還無(wú)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(kāi)始做與液體呼吸相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)醫(yī)生開(kāi)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(jì)50年代晚期，真正的研究才得以開(kāi)展，美國(guó)海軍試圖找到幫助船員逃脫沉沒(méi)的潛水艇且避免患上潛水減壓病的不二法門(mén)。

潛水減壓病又稱為潛水員病，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(shí)，隨著水壓增加，越來(lái)越多的氮?dú)馊芙庥谏眢w組織中。如果他們快速上浮至水面，壓力的突然變化會(huì)導(dǎo)致氮?dú)鈴娜芙鉅顟B(tài)逸出，形成細(xì)小的氣泡，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的關(guān)節(jié)痛、空氣栓塞癥以及死亡。

因此，潛水員必須緩慢上浮，并多次停下來(lái)減壓，讓氮?dú)庵饾u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(wú)須減壓。

《深淵》中布里格曼呼吸的是一種特殊的含氧液體

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?dú)鈱?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(yán)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·克萊斯特拉博士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，讓老鼠和其他小型動(dòng)物實(shí)現(xiàn)了在160個(gè)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(shí)驗(yàn)持續(xù)了約一小時(shí)，但動(dòng)物很快因?yàn)楹粑运嶂卸荆炊趸贾卸荆┒劳觥?/p>

在克拉克和戈蘭的早期實(shí)驗(yàn)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。

這顯示出，液體呼吸技術(shù)令研究者苦惱的一大缺點(diǎn)：盡管呼吸液體可以輕易為身體供氧，但排出二氧化碳卻遠(yuǎn)沒(méi)那么高效。為了防止酸中毒，人們?cè)陟o止?fàn)顟B(tài)時(shí)，平均每分鐘需要讓5升呼吸液體流經(jīng)肺部，若是在活動(dòng)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(wú)法達(dá)到這一流速。因此，任何實(shí)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(jī)械呼吸機(jī)一樣。

1966年，美國(guó)研究者利蘭·克拉克和弗蘭克·戈蘭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）。

PFC是一種無(wú)色液體，由碳元素和氟元素組成，一開(kāi)始只是二戰(zhàn)期間曼哈頓計(jì)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(chǔ)存的氧氣和二氧化碳幾乎是水所能存儲(chǔ)的20倍。

PFC是一種無(wú)色液體，由碳元素和氟元素組成，它的密度是水的兩倍，但黏性只有水的一半，因此所儲(chǔ)存的氧氣和二氧化碳幾乎是水所能存儲(chǔ)的20倍。

正是由于這種特質(zhì)，PFC成為一種理想的液體呼吸材料。在克拉克和戈蘭的早期實(shí)驗(yàn)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(dòng)物在這種高密度液體中呼吸起來(lái)不太順暢，但都活下來(lái)了，在浸入20個(gè)小時(shí)后，沒(méi)有一只出現(xiàn)不良反應(yīng)。對(duì)于更大型的動(dòng)物，則需要使用強(qiáng)制性排出設(shè)備來(lái)防止二氧化碳累積。針對(duì)麻醉狀態(tài)下的狗的呼吸實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明了PFC作為呼吸液體的有效性。

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。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(shí)驗(yàn)對(duì)象包括動(dòng)物和人類。在研究過(guò)程中，美國(guó)海軍潛水員弗朗西斯·法爾克成為了第一個(gè)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(gè)過(guò)程中沒(méi)有接受其他任何醫(yī)療幫助，且沒(méi)有強(qiáng)烈的不適感。不過(guò)，后來(lái)在抽吸肺部液體時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題，他因此患上了肺炎。1971年，法爾克做了一場(chǎng)關(guān)于這些經(jīng)歷的講座，當(dāng)時(shí)才17歲的卡梅隆也身處聽(tīng)眾席中，這給了后者寫(xiě)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(gè)小時(shí)，且不會(huì)出現(xiàn)二氧化碳中毒現(xiàn)象，因此，對(duì)于逃離沉沒(méi)潛艇的人來(lái)說(shuō)，液體呼吸技術(shù)是可行的。為了更廣泛地運(yùn)用這一技術(shù)，克萊斯特拉還用PFC和氫氧化鈉的乳化液進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，這種物質(zhì)能更好地從血液中吸收二氧化碳。

液體呼吸技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用

不過(guò)，到頭來(lái)，這些技術(shù)都還沒(méi)有被實(shí)際運(yùn)用。據(jù)報(bào)道，美國(guó)海軍海豹突擊隊(duì)曾在20世紀(jì)80年代做過(guò)液體呼吸的實(shí)驗(yàn)，但發(fā)現(xiàn)人在呼吸PFC時(shí)非常費(fèi)力，幾個(gè)潛水員在測(cè)試時(shí)因用力過(guò)猛，導(dǎo)致了肋骨扭傷及骨折。

針對(duì)酸中毒，一個(gè)解決措施是為潛水員配備一個(gè)靜脈分流裝置，直接從血液中去除二氧化碳。不幸的是，這種方法存在相當(dāng)大的醫(yī)療和后勤保障問(wèn)題，而液體呼吸技術(shù)在正式用于深海潛水之前，還有很長(zhǎng)的路要走。

不過(guò)，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(hù)理方面。

人類的肺約有5億個(gè)肺泡，氧氣通過(guò)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(huì)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(kāi)放。

然而，早產(chǎn)兒無(wú)法生成足夠多的肺表面活性物質(zhì)，他們?cè)诔錾螅蟛糠址闻輹?huì)塌陷，造成呼吸困難。數(shù)十年來(lái)，傳統(tǒng)的機(jī)械呼吸機(jī)可以幫助早產(chǎn)兒順利呼吸，但這些機(jī)器產(chǎn)生的高壓會(huì)嚴(yán)重?fù)p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(kāi)，大大增加氣體交換的效率。此外，醫(yī)生還可以運(yùn)用該技術(shù)，直接在肺部給藥。

費(fèi)城天普大學(xué)醫(yī)院的J.S. 格林斯潘是新生兒液體呼吸技術(shù)的先驅(qū)。1989年，他將13個(gè)早產(chǎn)兒放入液體呼吸機(jī)，持續(xù)了24至96個(gè)小時(shí)。所有孩子后來(lái)都能順利呼吸，其中11人的肺功能有顯著改善，不過(guò)有6人死于與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的因素。

1995年，R.B. 赫希爾在19個(gè)人身上做了相似的實(shí)驗(yàn)，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(lái)，這進(jìn)一步證實(shí)了液體呼吸技術(shù)的有效性。

利用液體呼吸技術(shù)幫助幼兒呼吸

不過(guò)，實(shí)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. 福爾曼于1991年發(fā)明了簡(jiǎn)易版本的“部分液體呼吸”技術(shù)，即PLV。肺部只需部分裝載呼吸液體，其余部分可通過(guò)常規(guī)機(jī)械呼吸機(jī)輸入空氣。這樣一來(lái)，可以開(kāi)放約40%的肺泡，同時(shí)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(lái)舒適得多。1995年，邁克·達(dá)爾文和斯蒂文·哈里斯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(guò)降低人體溫度，減少對(duì)大腦和其他組織的破壞。兩人通過(guò)使肺部充盈液態(tài)PFC，達(dá)到史無(wú)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(guó)食品和藥物管理局已經(jīng)批準(zhǔn)液體灌注技術(shù)進(jìn)入“快速評(píng)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(lái)一段時(shí)間內(nèi)一探馬里亞納海溝，他仍得借助潛水艇。但前文所述的突破也許能帶來(lái)慰藉——少時(shí)曾賦予他靈感的技術(shù)，有可能在未來(lái)拯救無(wú)數(shù)生命。