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事实和你的想法可能有所出入。
电影中可供呼吸的液体——含氧的全氟化碳液体是真实存在的。尽管哈里斯在拍摄穿着潜水服的场景时是屏息憋气的,但在电影前面部分,老鼠在液体中自由呼吸的场景却是真实的。《深渊》无疑是描绘液体呼吸技术最著名的电影,而这一技术已被研究了一个多世纪。尽管人们还无法将它用于深海潜水,它仍有可能在医药领域大展身手、挽救生命。
一战后不久,人们开始做与液体呼吸相关的实验,当时医生开始研究含氧盐溶液,以治疗肺部被毒气损害的士兵。但直到冷战最剑拔弩张的20世纪50年代晚期,真正的研究才得以开展,美国海军试图找到船员逃脱沉没的潜水艇且避免患上潜水病的不二法门。
潜水减压病又称为潜水夫病,是在一定深度的水下(高气压)呼吸导致的疾病。潜水员下潜时,随着水压增加,越来越多的氮气溶解于身体组织中。如果他们快速上浮至水面,压力的突然变化会导致氮气从溶解状态逸出,形成细小的气泡,可能导致严重的关节痛、空气栓塞症、卒中以及死亡。
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因此,潜水员必须缓慢上浮,并多次停下来减压,让氮气逐渐从身体中排出。但是,如果潜水员或逃离潜水艇的人能够呼吸含氧液体,而非空气,就无须减压。
液体呼吸技术还能够减少甚至消除深潜的其他危害,比如醉氮(这也被称为“海洋深处的狂喜”,是在高气压情况下吸入氮气导致的醉酒般的中毒反应)。在一定深度下,氧气本身也可能造成危害,比如氧中毒。
为了避免这些情况,潜水员利用各种气体组合用于深海呼吸,如氦氧混合气或者氧氮氦混合气体。尽管如此,也只能在一定程度上发挥作用。例如,在水下160米处,呼吸氦气可能引发严重的战栗,还有高压神经综合征等神经疾病。潜水员携带压缩气体能够下潜的最深深度为701米——这还是在陆基潜水舱里。
1962年,杜克大学的约翰尼斯·克莱斯特拉(Johannes Klystra)博士带领团队,让老鼠和其他小型动物可以在160个大气压(只有在如此高的气压才能在液体中溶解足够的氧气)下压缩的含氧盐溶液中呼吸。实验持续了约一小时,但动物很快因为呼吸性酸中毒(即二氧化碳中毒)而死亡。
这显示出,液体呼吸技术令研究者苦恼长久的一大缺点:尽管呼吸液体可以轻易为身体供氧,但排出二氧化碳却远没那么高效。为了防止酸中毒,人们在静止状态时,平均每分钟需要让5升呼吸液体流经肺部,若是在活动状态下,每分钟则需要让10升呼吸液体流经肺部——人类肺部自身无法达到这一流速。因此,任何实用的液体呼吸系统必须高效地将液体泵入/出肺部,就像医院用的机械呼吸机一样。
1966年,美国研究者利兰·克拉克(Leland Clark)和弗兰克·戈兰(Frank Gollan)在液体呼吸研究上取得重大突破,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是一种无色液体,由碳元素和氟元素组成,一开始只是二战期间曼哈顿计划的部分研究成果。这两种元素的结合极为稳固,因此PFC非常稳定,不易分解。它的密度是水的两倍,但黏性只有水的一半,因此所储存的氧气和二氧化碳几乎是水所能存储的20倍。
(link.springer.com/article/10.1007/s00424-020-02482-2)
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正是由于这种特质,PFC成为了一种理想的液体呼吸材料。在克拉克和戈兰的早期实验中,他们仅仅是将小鼠和老鼠浸在含氧的PFC中,让其自由呼吸。尽管动物在这种高密度液体中呼吸起来不太顺畅,但都活下来了,在浸入20个小时后,没有一只出现不良反应。对于更大型的动物,则需要使用强制性排出设备来防止二氧化碳累积。针对麻醉状态下的狗的呼吸实验,进一步证明了PFC作为呼吸液体的有效性。
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克拉克和戈兰关于PFC的研究发现,很快又被克莱斯特拉超越了。后者在1969至1975年间完成了堪称史上最全面的液体呼吸研究。他的实验对象包括动物和人类。在研究过程中,美国海军潜水员弗朗西斯·J. 法尔克(Francis J. Falejcyk)成为了第一个呼吸含氧盐溶液和PFC的人。
除了接受局部麻醉以便于插管,他在整个过程中没有接受其他任何医疗帮助,且没有强烈的不适感。不过,后来在抽吸肺部液体时出现了问题,他因此患上了肺炎。1971年,法尔克做了一场关于这些经历的讲座,当时才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,并最终造就了《深渊》的剧本。
克莱斯特拉的研究显示,在一般情况下,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,因此,这对于逃离沉没潜艇的人来说,液体呼吸技术是可行的。为了更广泛地运用这一技术,克莱斯特拉还用PFC和氢氧化钠的乳化液进行了实验,这种物质能更好地从血液中吸收二氧化碳。
(www.scientificamerican.com/index.cfm/_api/render/file/?method=inline&fileID=C71A44ED-B140-4670-8AD72D6F46692A6E)
不过,到头来,这些技术都还没有被实际运用。据报道,美国海军海豹突击队曾在20世纪80年代做过液体呼吸的实验,但发现人在呼吸PFC时非常费力,几个潜水员在测试锻炼时因用力过猛,导致了肋骨扭伤及骨折。
针对酸中毒,一个建议的解决措施是为潜水员配备一个静脉分流装置,直接从血液中去除二氧化碳。不幸的是,这种方法自带相当大的医疗和后勤保障问题,而液体呼吸技术在正式用于深海潜水之前,还有很长的路要走。
不过,它也可能在医学领域发挥重要作用,特别是在早产儿的护理方面。