有没有一种液体可以使哺乳动物在里面呼吸？ 第1页

题主提到的这种情况在医学研究中被称作「液体呼吸」（Liquid breathing）或「液体通气」（Liquid ventilation），即一种令原本正常呼吸空气的生物体在某种富氧液体中完成机体气体交换过程（吸收氧气排出二氧化碳）的特殊呼吸形式。实现这一过程需要富氧液体具备一系列特殊的性质，例如对与呼吸相关气体（O₂ 与 CO₂）的较大溶解度，合适的液体密度、粘度、蒸汽压与脂质溶解度，并且必需对生物体呈惰性无毒。

研究发现，一部分氟碳化合物（Perfluorocarbon，简称 PFC；下文均用简称）可以满足上述的要求^[1][2]。在体温条件 37 ℃ 及一个大气压的条件下，由于较弱的分子间相互作用，此类化合物对于 O₂ 和 CO₂ 的溶解度可分别高达 33–66 mL / 100 mL PFC 及 140–166 mL / 100 mL PFC，这超越了正常血液能够携带的 O₂ 和 CO₂ 量；

这些化合物的密度要明显大于水（1 g/mL）及正常人类血液（1.05-1.06 g/mL）的密度，达到 1.58–2.0 g/mL，与水混合时会发生显著的分层现象且位于下层^[3]；

不同氟碳化合物的黏度与蒸汽压变化相当大。其黏度值从 0.8 到 8 cP（厘泊，黏度单位）不等，作为对比，水在 37 ℃ 时的年度约为 0.7 cP，过高的液体黏度会使氟碳化合物在有机体中的吸入与排出过程变得困难；这些化合物的蒸汽压值变化则更为明显，范围可大至 0.2 - 400 mmHg。这两项物理性质上的巨大差异也使在不同医学应用中选用合适的 PFC 变得至关重要。

目前主要有三种氟碳化合物被应用于生物医学研究中，它们分别是^[4][5][6]：

• FC-75，分子式 C₈F₁₆O。主要在电子工业生产中作为惰性冷却剂使用。
• 全氟溴烷（Perflubron 或 perfluorooctyl bromide），分子式为 C₈BrF₁₇。此物质同时也是一种应用于核磁共振 / CT / 超声波成像中的造影剂，作此用途时使用商品名「Imagent」。
• 全氟萘烷（Perfluorodecalin），分子式为 C₁₀BrF₁₈。该物质在生物与临床医学研究中引发了研究者们最大的兴趣，已被用于增强细胞培养过程中的氧气输送，并且是两种「人工血液」产品「Fluosol」（上世纪 80 年代由 Green Cross 公司开发）与「Perftoran」（俄罗斯开发）中的主要成分之一。

补充：人工血液（Artificial blood），或称「血液替代品」（Blood substitute），是基于缓解与解决用血紧张、血源污染（HIV、丙肝等传染病）、免疫抑制（血型不匹配）以及某些宗教因素（例如，根据教规「耶和华见证会」信徒就不可输血）而开发的生物制品，目前主要包括基于血红蛋白的氧气载体（Haemoglobin-based oxygen carriers，HBOC）和基于 PFC 的氧气载体（Perfluorocarbon-based oxygen carriers，PFBOC）两大类型（另外，现已有基于干细胞生产人工血液这一新研发途径）。人工血液目前依然存在较多问题，因此尚未有得到医疗界广泛接受的产品。

液体呼吸被认为具有多种潜在用途，主要包括应用于医疗、潜水和未来的太空旅行中。

目前液体呼吸在医疗层面最有前景的一个应用方向是儿科领域中对早产儿的救治，早在上世纪 90 年代，联盟制药（Alliance Pharma）就开发了基于 PFC 的呼吸液用于正压机械通气（Mechanical ventilation），帮助有支气管肺发育不良等疾病的早产儿缓解病症^[7]。

因为液体呼吸需要使液体灌注填充肺部并直接与肺泡接触，也有专家认为包含药物纳米晶体的 PFC 悬浮液可成为一种肺部给药新途径。

在 1996 年，Mike Darwin 博士和 Steven B. Harris 博士还曾提出，利用冷却后的 PFC 对遭遇严重心脏外伤或颅脑损伤的病患执行液体呼吸，藉此在术中快速快速降低病人体温，起到降低人体基础代谢、保护组织器官的作用。实验已证实此方案可令大型动物达到 0.5 ℃/min 的高效体温冷却速度。不过出于种种原因，此方案尚未有应用于人体的临床试验报道^[8]。

在潜水领域，尽管目前已得到广泛应用的特殊混合呼吸气体，如氧氦氮混合气（Trimix）和氦氮混合气（Heliox）可有效减低潜水员罹患减压病（Decompression sickness，DCS；由于过快的压力变化，导致人体组织与血液中在较高压力条件下饱和的气体快速释放造成，包括一系列危险的症状：氮麻醉、氧中毒、空气栓塞、肺爆裂、肺塌陷、关节疼痛、瘫痪，乃至死亡）的风险^[9]，但这种保障不是绝对的，并且这些混合气各自也存在一定的固有缺陷，存储这些呼吸气体的刚性容器（气瓶）在潜水活动中同样显得笨重且体积庞大。

有学者认为，使用基于 PFC 的液体呼吸代替传统的气瓶可以有效解决这一问题。这不仅可以减少甚至直接消除潜水员在减压舱中缓慢减压的需要，同时因为呼吸液是液体，因此可用柔性容器而非传统的刚性容器进行携带（即用软袋代替笨重的压缩钢瓶），大大提高人员潜水活动时的灵活程度。

不过 PFC 的高黏度特性为这项实际应用带来了很大的障碍，因为难以确保在没有机械通气辅助的情况下让「呼吸」PFC 液体的潜水员获得足够的通气量以避免「酸中毒」（体内积累的 CO₂ 无法及时带出导致血液 pH 迅速上升的危险情况）。推算潜水员需要按 5 L/min 的流通速率（按密度是水的 1.5 倍计算，约相当于每分钟让接近 3 瓶 1.25L 装可乐的液体流过肺部）来「呼吸」PFC 液体才可满足人体静息代谢的需求，这非常困难或者可以说不大可能，而且显然这已经完全不考虑潜水员的舒适度了。

有关液体呼吸的一项具有科幻色彩的应用愿景是将其使用在未来的太空旅行中。

由于液体难被压缩的特性，可使力均匀地分布于浸没在密度与组织相同的液体中的人体的身体周围，保护人体免受极端加速度的影响（>10G）。理论上，如果令宇航员的肺部完全由密度类似于水的呼吸液填充并整体浸没填充此液体的「缓冲舱室」中，甚至可将加速度保护范围扩展到 20G 之上^[10][11]。

该设想早在 1975 年由 Joe Haldeman 所著的经典科幻小说《永远的战争》（The Forever War，1976 年雨果奖得主）中被提及。小说中液体呼吸与浸没缓冲是星际战争中一项至关重要的技术，其可允许太空战机驾驶员以高达 50G 的加速度执行超机动战斗。

大刘所著的《三体》系列小说中提及的「深海加速液」也是此技术的一项应用设想，书中描述进入「深海状态」的乘客可安全搭乘在全推进功率状态下具备 120G 恐怖加速度的飞船。

另一个与液体呼吸相关的非常知名的科幻作品例子出自庵野秀明执导的动画作品《新世纪福音战士》（Neon Genesis Evangelion，EVA）。片中主角们驾驶被称作「EVA」的生物基础机甲时需要待在名为「插入栓」的驾驶舱容器内，舱中后续会充满名为「LCL」的虚构橙色液体，其密度、透明性和粘度均接近空气，可直接向驾驶员供氧并缓冲机甲活动带来的一切震荡，同时令驾驶员与构成机甲基础的生物体间完成「精神同步」进行操纵。

尽管这些设想听起来都非常美妙，不过还是需要泼一些冷水。基于现有的研究，估计极难找到一种密度合适的液体呼吸介质（PFC 密度已达水的 1.5-2 倍）；并且人体的不同组织间本身就存在密度差异，即使成功应用液体呼吸和浸没缓冲技术，依然会存在一个加速度的保护上限（否则可能导致组织解体和骨肉剥离），无限提高加速度是不可能的。

参考

1. ^Liquid breathing - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_breathing
2. ^ Shaffer, T. H., Wolfson, M. R., & Clark Jr, L. C. (1992). Liquid ventilation. Pediatric pulmonology, 14(2), 102-109.
3. ^ Markou, D. (2012). Stabilized electronically modified oxygen derivatives in a bio inert PFC matrix. University of Illinois at Chicago. DOI: 10.13140/2.1.1910.8648
4. ^FC-75 - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/FC-75
5. ^Perflubron - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Perflubron
6. ^Perfluorodecalin - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Perfluorodecalin
7. ^ Shaffer, T. H., Wolfson, M. R., & Greenspan, J. S. (1999). Liquid ventilation: current status. Pediatr Rev, 20(12), e134-e142.
8. ^Tsiaras, A. Paediatric heart transplant: surgeon at work. Science Photo Library.  https://www.sciencephoto.com/media/277908/
9. ^Schochet, P. Z. & Lie, H. S. (2016). Diving Medicine.  https://www.pedilung.com/pediatric-lung-diseases-disorders/diving-medicine/
10. ^ Guyton, A. C. (1986). Aviation, space, and deep sea diving physiology. Textbook of Medical Physiology (7th ed.). W. B. Saunders Company. p. 533.
11. ^NASA. (2020, July). Apollo 15 - Launch and Reaching Earth Orbit. Apollo Fight Journal. https://history.nasa.gov/afj/ap15fj/01launch_to_earth_orbit.html

#液相呼吸#

这个问题其实蛮复杂的。

要做到这一点，要闯过四关：

第一关，需要在微观层面上有足够的血氧交换的效率。

这一关是有希望的。假设某个液体有足够的载氧量，能与空气匹敌，而且无碍与交换过程，这一点是有希望的。这是最容易的一关。

第二关，溶剂本身对人体内环境的安全性。

这一关就难了。因为肺和整个呼吸道显然不是塑料做的，而是非常湿润和高透过性的粘膜结构，这意味着几乎所有流动性好的小分子都是可以渗透过去的。

考虑到“长时间呼吸”这个题设，这就跟拿这个溶剂连续不断做静脉注射没什么本质区别。而能大量进入人体内环境，而且长期存在，并且不具有毒性的物质，目前看几乎只有水——还得是生理盐水。

第三关，呼吸动力问题。

人体自主呼吸的肌肉并不是很强健，并不能造成很大的呼吸动力。这个动力驱动空气是绰绰有余的，但要驱动密度大得多的液体就困难很多。这意味着如果要以液体来呼吸，这个液体也必须借助呼吸机一类的设备来提供外部动力。效果类似“灌进去、抽出来”。如果不是这样，很快呼吸肌群就会疲劳到积累过多代谢废物，发生剧烈酸痛甚至自主抽搐，导致呼吸紊乱。最终还是致命的。

第四关，呼吸模式转换时的路径障碍。

由液转气的过程中，会有一个半液半气的呼吸状态。因为肺泡不是什么会自我吞吐的结构，你也不能像拧毛巾一样把肺揪住“拧干”。这些液体显然有一个长期潴留的过程。

在这个过程里，这些液体的自身含氧量会迅速的被肺泡耗尽，而二氧化碳却会饱和。除非这种液体在体温状态下有足够的从空气中自然捕获氧气和释放二氧化碳的能力，强到能与空气本身的交换能力相当，否则这些液体一定会变成乏氧液体，并且变成肺泡与空气之间的阻隔。

这时候如果你不能足够快的把它们排除，人就要依赖仅露出几分之一交换面积的肺泡呼吸一段时间。这很危险，甚至能导致窒息而死。

除非你上ECMO，先把肺替代很长时间，长到能等肺把剩余的液体干脆吸收掉，这周期只怕要以天来计，前提还是这个液体对人体无毒。——但这意义何在呢？

所以综合起来说，这个是不太现实的。

换言之，科幻电影里的那种“装满营养液的人体培养皿”，如果没有配一根呼吸管，是根本不靠谱的。

其实临床上这样做的主要可能意义是患者有大面积烧伤这类问题，不宜与床接触，只好用液体悬浮这种更温柔的方式来休养。这种情况是没有必要连呼吸都替代掉的。泡归泡，为什么不配根氧气管呢？

对科幻作品，泡在液体里算是勉强可以对支撑人体对抗高G力起到一点积极作用。

但如果是“环太平洋”那样的动作投射机制，泡在液体里动作会很迟缓，没有实际意义——铁定会摔跟头摔死，因为姿势修正速度跟不上失衡的节奏。

而在EVA里面，你是神经联通意识同步机制，为什么不搞无线传输，要把人装在机身上去扛高G力？因为网络延迟太大？

真相是，庵野国贼根本不相信日本能在毁灭之前搞好5G！

必须天诛之！

有啊！

全氟溴烷，也被称为新型携氧溶液剂“LiquiVent”。LiquiVent是一种油性，透明的液体，密度是水的两倍。 它可以携带比空气多一倍的氧气（每单位体积下）。氟化碳惰性强，对肺部脆弱的气泡无毒害且沸点非常低，能够容易地并快速地从肺中蒸发出去。

这看上去似乎是不可思议的，科学家进行液体呼吸实验主要是希望在医学方面有进一步的突破，造福人类。

例如，早产儿的肺还未发育完全，而全氟溴烷可以携带比空气更多的氧气，从而缓解呼吸困难，直到他们的肺能够进行呼吸。

它也被用于拯救急性呼吸衰竭的病人，无论该病人是由烧伤，发炎，疾病，烟雾或其吸入其它有毒气体而发生呼吸衰竭情况。全氟溴烷液体能够使塌陷的肺泡打开、促进氧气的弥散。而且该种液体能够更均匀地分布在肺部组织之间，借此维持肺部功能性肺余容积（functional residual capacity, FRC），因而提高肺部气体交换的能力。

电影深渊里的红色液体！就是这个！