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新型潛水服:像魚一樣呼吸液態氧

2013-05-08

 

據英國《獨立報》報導,事實證明,人類很擅長學習其他動物的自然本能,現在我們已經學會像鳥兒一樣自由飛翔、像猴子一樣攀爬和像鼴鼠一樣挖洞,但是至今魚類仍是我們無法超越的動物。人類借助水肺能在水下呼吸,卻無法潛到很深的地方。由於無法克服這種局限性,目前在70米以下的深水中潛水仍很危險,只有少數專家才能做到。超深潛水具有致命危險,目前在月球表面行走的總人數,也比借助水肺潛到240米水下的人多。 找到深海潛水方法 現在美國一位發明家認為他找到了解決這個問題的辦法——讓人類像魚一樣呼吸液體,就能輕鬆潛入深海。美國退休心肺醫生阿諾德•蘭德已經為一種新型潛水服申請了專利,人們借助這種潛水裝置可以呼吸“液態空氣(liquid air)”,一種含有豐富氧分子的特殊溶液。人們通常以為吸入液體會窒息死亡,但是他認為人的肺完全有能力從液體裡攝取氧氣。79歲的發明家蘭德家住美國密蘇里州聖路易斯,他解釋說:“穿上這種潛水服後,首先你要學會克服吸入液體後產生的作嘔感,這樣你就能像呼吸空氣一樣自如吸入氧化液體了。” 蘭德對一種可讓潛水人員吸入含氧量很高的碳氟化合物(PFCs)的潛水服進行了研究,碳氟化合物是一種可以溶解大量氣體的液體。密封頭盔裡包含的這種液體將取代肺、鼻孔和耳朵裡的所有空氣。它通過附著在股靜脈的人造腮“過濾”血液裡的二氧化碳。通過攝取液體裡的氧氣,潛水人員不用再擔心會患上減壓病,這種情況通常具有致命危險,我們在深水處由於受壓過大,氮氣會溶入血液,當我們突然浮出水面時,氮氣就會大量釋放出來,引起減壓病。克服這個問題後,潛水人員或許就能潛入更深處。 液體通氣技術 液體通氣(Liquid ventilation)聽起來可能像是科幻故事裡的情節,它在詹姆斯•卡梅隆1989年執導的科幻影片《深淵(The Abyss)》裡起著重要作用,但是少數美國頂級醫院已經採用這項技術救治早產嬰兒。不足28周出生的嬰兒很難正常呼吸,這是因為他們的肺還沒發育健全,突然離開子宮裡的液態環境後,他們無法及時適應外界環境,吸入氣態空氣。發育不成熟的肺泡(為血液供氧的組織)缺少至關重要的表面活性物質,在我們呼氣時,這種物質能防止微小肺泡粘貼在一起。 醫生對含氧量很高的碳氟化合物進行試驗,也取得了類似成功。美國特拉華州的兒科專家湯瑪斯•沙弗爾教授自20世紀70年代末開始研究液態呼吸方式。工作早期他花很多時間用各種動物對氧化碳氟化合物進行試驗。把老鼠放入這種氧化液體後,它本能地立刻拼命掙扎起來。它會儘量避免尖叫,因為它認為那樣會吸入液體,讓它窒息死亡。當我們溺水時,有段時間我們避免呼吸液體的本能會被進行最後一次呼吸的本能所取代。這是為了獲得氧氣而不顧一切的最後一搏。如果我們身陷其中的液體所含的氧分子恰巧從這種溶液裡進入到我們的血液裡,我們的性命就能保住。溺水時,並不是水而是我們無法從水裡獲得氧氣殺害了我們。20世紀90年代中期,沙弗爾和其他一些醫生開始採用液體通氣技術救治早產兒,而且取得驚人成效。 目前潛水常用方法 沙弗爾解釋說:“我見到的大部分早產兒的倖存率都不超過5%,但是當我們採用液體通氣技術後,有60%的兒童健康存活下來。”然而,由於長期缺少投資,目前該技術還十分罕見。他說:“液體通氣方法並未被廣泛採用,因為醫藥公司在這方面提供的資助很少。早產兒不會說話,他們無法帶來經濟利益,因此沒人願意投資。不過這種方法確實有效。從生理學上來說,液體通氣技術是非常可行的。” 不過近期墨西哥灣發生的石油洩漏事故,可能會改變這種缺少投資的局面。儘管醫藥公司不願意對液體呼吸方法進行研究,但是“深水地平線”事件已經重新燃起人們對如何讓潛水人員安全下潛到極深處的問題產生興趣。現在潛水人員能在海洋深處長時間工作的唯一方法,就是採用遙控船或潛艇,或者採用飽和潛水法,這是一項極其複雜的技術,潛水人員必須借助加壓艙,用數周時間才能上升到水面。採用飽和潛水法最深能下潛701米。採用水肺設備最深只能下潛318米,這項紀錄是南非潛水人員努諾•戈麥斯在2005年創下的。他用14分鐘下潛318米,然後用12小時重返水面。 這些方法之所以要緩慢上升,是因為我們在水下需要依靠壓縮氣體進行呼吸。幾十億噸海水施加的重壓,會導致氮和氦等氣體溶解在我們的血液裡,這就如同二氧化碳溶解在瓶裝蘇打裡。上升就如同打開蘇打瓶蓋,溶液釋放出來的氣體會進入我們體內。如果我們不緩慢上升,給身體留出足夠時間排除這些氣體,我們就將一命嗚呼。 特種部隊進行試驗 蘭德最近把有關這項專利的論文遞交給在威尼斯舉行的應用仿生學和生物力學國際會議。他說:“你擁有的這種液體可以根據個人需要注入大量氧氣。” 沙弗爾以前曾在深水處對動物和碳氟化合物進行試驗,他發現這項技術確實有用。他說:“我曾親自把哺乳動物放在1000英尺(304.8米)的模擬深度,然後立刻給它們降壓,結果它們並未患上減壓病。”據傳聞,20世紀80年代早期美國特種部隊也對液體通氣技術進行了試驗,沙弗爾表示,他遇到的一位前特種部隊成員後來改行做了醫生,這個人以前就曾參與該試驗。他解釋說:“這位兒科醫生從未向外界透露他們為何要進行這項試驗。除了潛入深海,我不知道他們還想做什麼。” 由於液體比空氣的粘滯性更大,因此更難呼吸。據傳一些特種部隊成員為了迫使液體進入和流出肺部,導致肋骨出現應力性骨折(Stress Fracture)。但是蘭德採用了胸甲,這是一種按照老式盔甲命名的通氣裝置,它會給橫膈膜施壓,使它更容易呼吸液體。現在一切具備只欠東風,他只要找到願意檢測這一想法的開發者和人類豚鼠,就能進行下一步試驗了。他說:“我相信會有人願意這麼做。我們已經登上海拔最高的山、成功把人類送入太空。現在是時候尋找探索深海的方法了。”
 
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