人类能液体中呼吸吗?《深渊》和《三体》深海技术又是怎么回事?

记得第一次看到液体中呼吸的是好莱坞大片《深渊》,这是大导演詹姆斯卡·梅隆的惊世之作,大意是艾德·哈里斯饰演的巴德在下潜到坠入深渊底部,拆除一颗已经进入了倒计时的核弹头,使用了一种可以呼吸的液体,因为这是一部科幻片,剧中超级文明可以在水的控制上出神入化,而最后连失事救援潜艇一同浮上海面的场景实在令人震撼,唯独没有人在意这液体呼吸技术是否是真实的。

存在可以携带氧气的液体吗?

其实可以携带的氧气的液体研究早在上世纪60年代中期就开始了,纽约州立大学布法罗分校的生理学家J. Kylstra发现盐水溶液在高压下可以携带大量氧气,并且在将盐水注入小白鼠肺部,实验结果显示小白鼠存活了18小时。但发现一个问题,盐水在溶解二氧化碳上存在不足,因此要应用于人体试验的话必须要找到一种二氧化碳和氧亲和性都很强的液体

在后来的研究中发现氟碳化合物可以有效的解决这个问题,但早期的氟碳化合物尽管溶解氧和二氧化碳的能力都很强,但仍然存在两个问题,一是二氧化碳积累中毒,而是液体对肺的损伤,参与实验的动物基本会在几周后因肺部感染死亡,前者通过降低液体温度得以缓解,但后者一直没有合适的方法解决。

到了上世纪九十年代初,通过改进二氧化碳的排放的全氟化碳液体技术,动物实验的存活率明显提升,也解决了使用环境要求低温的问题,最后结束时将液体排出肺部即可,在这样的技术下狗可以在全氟化碳液体中呼吸并存活2小时,但实验后会轻微缺氧,有一些轻度水肿和出血,跟早期的肺部损伤相比,效果已经明显改善。

《深渊》在1989年上映,从液体呼吸技术发展来看,早期的还不成熟,理论上可以支持人类的呼吸,但尚未经过验证,不过《深渊》是一部科幻片,能把液体呼吸这种前沿科技介绍给大众确实非常不易,并且即使是现在去观看《深渊》也并没觉得特效有多落伍,相比很多山寨片还赶不上这个水准。

肺部充满液体,人类怎么呼吸?

早期的动物实验中肺部损伤就是液体呼吸的最大弊病,因为液体和空气的粘滞度和密度都不一样,肺部需要更大的动力来维持呼吸,这将导致呼吸肌和肺泡等承受更大的压力,而肺损伤大都在这个过程中发生。

另外完成液体呼吸后的肺部液体去除不彻底也是另一个因素,这也是早期液体呼吸时后期的肺水肿和缺氧的主要原因,但在后期改进后的全氟化碳液体中都有所改善

当然与《深渊》中头盔内充满呼吸液体的方式不一样,液体呼吸并不能接触除了肺部器官以外的部位,因为脱落的皮屑以及鼻腔脏物都将导致严重的肺部感染,因此从技术上来看,液体呼吸需要准备的更复杂。

不过在高压环境下,理论上液体呼吸会支撑肺部更不容易塌陷,这是它的优势,另外在肺部疾病辅助治疗上也具有相当的优势,比如婴幼儿的肺部疾病与缺陷改善治疗

另外需要注意下的是,液体在肺部参与循环,也就是说它和气体呼吸一样,肺部会有吸入和排出的动作,并不是充满肺部即可,理论上需要一套循环泵来辅助呼吸,否则呼吸液体会比气体更容易疲劳而导致损伤过早出现。而且呼吸供氧的需求在以全氟化碳为介质时,人体肺部的自然循环不能满足需求。简单的说就是《深渊》中展现的技术不会在现实中出现。

和传说中的深海技术与这个有区别吗?

科幻小说《三体》中有一种深海技术,即在高G加速的环境中充满液体,乘员可以在内部呼吸与工作,其对抗惯性的原理其实也挺简单,液体是一种不易被压缩的物质,阻力也大,因此在高G加速环境中有一种全方位抗负荷的效果,就像泡在盐水中的咸鸭蛋连塑料瓶子一起在地上,你会发现鸡蛋很难摔破一样,人类在这个环境,抗过载能力将会大幅提升。

不过需要注意的是这个环节中有一个细节,人类可以泡在这种液体里,但呼吸时却必须隔离,因为再干净的舱室也会有杂质污物,所以两者必须分开,但为保证高G加速,两者压力必须平衡,而且要与人体全接触。

就现阶段来说,我们的航天技术还达不到必须使用液体呼吸才能对抗高G加速的环境,也许未来会有可能,但可能为时尚早。

一句话,液体呼吸和深海技术是可行的,但却不是想当然的概念。