把小白鼠淹没在细胞培养液里，小白鼠会淹死吗？
将一只小白鼠置于细胞培养液中，它极有可能无法存活，并且很大程度上会因为窒息而死亡。这背后涉及几个关键的生理和物理因素，让我们细致地探讨一下。
首先，我们来谈谈细胞培养液本身。细胞培养液，顾名思义，是为了在体外为细胞提供适宜的生长环境而设计的。它的成分非常复杂，通常包含：
基础营养物质： 比如葡萄糖（提供能量）、氨基酸（构建蛋白质）、维生素（参与代谢）、无机盐（维持渗透压和电解质平衡）等。
血清（通常是胎牛血清）： 这是最关键的成分之一，提供了生长因子、激素、酶等多种活性物质，能够极大地促进细胞的增殖和存活。
缓冲系统： 例如碳酸氢盐CO2缓冲系统，用于维持pH值在生理范围（通常在7.27.4）。
抗生素和抗真菌剂： 用于防止培养过程中细菌和真菌的污染。
水： 作为溶剂，占据了大部分体积。
虽然细胞培养液模拟了细胞在体内的生存条件，但它与生物体内的环境有着本质的区别。最核心的区别在于氧气的溶解和输送。
为什么小白鼠会窒息？
1. 肺部气体交换功能被阻断： 哺乳动物，包括小白鼠，是通过肺部进行气体交换的。肺泡是气体交换的主要场所，这里充满着空气，氧气透过极薄的肺泡壁扩散到血液中，同时血液中的二氧化碳则扩散到肺泡中排出体外。
2. 细胞培养液的氧气溶解度： 细胞培养液虽然含有溶解的氧气，但其含量远不及空气中的氧气浓度。更重要的是，当小白鼠的肺部被液体灌满时，原本应该与空气接触的肺泡表面被培养液所取代。
3. 液体对肺泡的“压迫”： 肺泡是非常微小的、充满空气的囊泡，它们依靠维持适当的张力才能保持开放，以便进行气体交换。当肺部被液体淹没时，液体会填充肺泡。这种填充不仅阻止了空气进入，而且液体本身的表面张力以及液体对肺泡壁的压力，会使得肺泡难以扩张，即便有少量的氧气溶解在液体中，也难以有效地与血液进行交换。
4. 表面张力和液体性质： 细胞培养液的表面张力虽然可能不如纯水，但它仍然足以产生阻力。更关键的是，肺泡内壁分泌的表面活性物质（surfactant）是维持肺泡开放、降低表面张力的关键。这些表面活性物质在细胞培养液中可能不存在，或者由于培养液的成分和环境，其作用会大大减弱。一旦肺泡被液体填充，并且缺乏足够的表面活性物质，肺泡会更容易塌陷，进一步加剧气体交换的困难。
5. 二氧化碳排出受阻： 不仅氧气难以进入，血液中产生的二氧化碳也难以从血液中扩散到充满培养液的肺泡中排出体外。这会导致二氧化碳在体内积聚，引起严重的酸中毒，加速死亡。
6. 液体吸收： 尽管小白鼠的皮肤有一定程度的保护作用，但长时间浸泡在细胞培养液中，液体也可能通过皮肤、口腔、鼻腔等途径被吸收或进入体内，但这相比于肺部的窒息，是次要的致死原因。
死亡过程会是怎样的？
当小白鼠被放入细胞培养液中时，它会试图呼吸，但吸入的将是液体。一开始，它可能会剧烈挣扎，试图将液体排出肺部。鼻腔和口腔可能会有泡沫涌出，这是因为液体与体内分泌的粘液混合，并且肺部在试图交换气体时产生的压力。
随着液体不断进入肺部，氧气供应会迅速中断。小白鼠会表现出呼吸急促、挣扎加剧，然后是呼吸频率减慢、动作变得迟缓。心率可能一开始会加快，以试图弥补缺氧，但随着缺氧加剧，心率也会减慢。最终，由于大脑和身体其他重要器官严重缺氧，小白鼠会失去意识，呼吸停止，心脏衰竭，直至死亡。
总结来说，将小白鼠浸没在细胞培养液中，它会因为肺部无法进行气体交换而窒息死亡。培养液中的溶解氧含量远不足以维持其生命活动，并且液体本身的物理特性阻碍了肺泡的功能。 即使细胞培养液具有一定的营养价值，也无法克服其作为液体介质阻碍气体交换的致命缺陷。
首先，我们来谈谈细胞培养液本身。细胞培养液，顾名思义，是为了在体外为细胞提供适宜的生长环境而设计的。它的成分非常复杂，通常包含：
基础营养物质： 比如葡萄糖（提供能量）、氨基酸（构建蛋白质）、维生素（参与代谢）、无机盐（维持渗透压和电解质平衡）等。
血清（通常是胎牛血清）： 这是最关键的成分之一，提供了生长因子、激素、酶等多种活性物质，能够极大地促进细胞的增殖和存活。
缓冲系统： 例如碳酸氢盐CO2缓冲系统，用于维持pH值在生理范围（通常在7.27.4）。
抗生素和抗真菌剂： 用于防止培养过程中细菌和真菌的污染。
水： 作为溶剂，占据了大部分体积。
虽然细胞培养液模拟了细胞在体内的生存条件，但它与生物体内的环境有着本质的区别。最核心的区别在于氧气的溶解和输送。
为什么小白鼠会窒息？
1. 肺部气体交换功能被阻断： 哺乳动物，包括小白鼠，是通过肺部进行气体交换的。肺泡是气体交换的主要场所，这里充满着空气，氧气透过极薄的肺泡壁扩散到血液中，同时血液中的二氧化碳则扩散到肺泡中排出体外。
2. 细胞培养液的氧气溶解度： 细胞培养液虽然含有溶解的氧气，但其含量远不及空气中的氧气浓度。更重要的是，当小白鼠的肺部被液体灌满时，原本应该与空气接触的肺泡表面被培养液所取代。
3. 液体对肺泡的“压迫”： 肺泡是非常微小的、充满空气的囊泡，它们依靠维持适当的张力才能保持开放，以便进行气体交换。当肺部被液体淹没时，液体会填充肺泡。这种填充不仅阻止了空气进入，而且液体本身的表面张力以及液体对肺泡壁的压力，会使得肺泡难以扩张，即便有少量的氧气溶解在液体中，也难以有效地与血液进行交换。
4. 表面张力和液体性质： 细胞培养液的表面张力虽然可能不如纯水，但它仍然足以产生阻力。更关键的是，肺泡内壁分泌的表面活性物质（surfactant）是维持肺泡开放、降低表面张力的关键。这些表面活性物质在细胞培养液中可能不存在，或者由于培养液的成分和环境，其作用会大大减弱。一旦肺泡被液体填充，并且缺乏足够的表面活性物质，肺泡会更容易塌陷，进一步加剧气体交换的困难。
5. 二氧化碳排出受阻： 不仅氧气难以进入，血液中产生的二氧化碳也难以从血液中扩散到充满培养液的肺泡中排出体外。这会导致二氧化碳在体内积聚，引起严重的酸中毒，加速死亡。
6. 液体吸收： 尽管小白鼠的皮肤有一定程度的保护作用，但长时间浸泡在细胞培养液中，液体也可能通过皮肤、口腔、鼻腔等途径被吸收或进入体内，但这相比于肺部的窒息，是次要的致死原因。
死亡过程会是怎样的？
当小白鼠被放入细胞培养液中时，它会试图呼吸，但吸入的将是液体。一开始，它可能会剧烈挣扎，试图将液体排出肺部。鼻腔和口腔可能会有泡沫涌出，这是因为液体与体内分泌的粘液混合，并且肺部在试图交换气体时产生的压力。
随着液体不断进入肺部，氧气供应会迅速中断。小白鼠会表现出呼吸急促、挣扎加剧，然后是呼吸频率减慢、动作变得迟缓。心率可能一开始会加快，以试图弥补缺氧，但随着缺氧加剧，心率也会减慢。最终，由于大脑和身体其他重要器官严重缺氧，小白鼠会失去意识，呼吸停止，心脏衰竭，直至死亡。
总结来说，将小白鼠浸没在细胞培养液中，它会因为肺部无法进行气体交换而窒息死亡。培养液中的溶解氧含量远不足以维持其生命活动，并且液体本身的物理特性阻碍了肺泡的功能。 即使细胞培养液具有一定的营养价值，也无法克服其作为液体介质阻碍气体交换的致命缺陷。
网友意见
随便整个“细胞培养液”是会淹死哺乳类的。现在对哺乳类有效的液体通气介质只有碳氟化合物，但它的高粘度阻止哺乳类靠自己的体力呼吸它。
- 以人为例，你需要以约 70 毫升每千克体重每分钟（对体重 50 千克的人来说约 3.5 升每分钟）的速度交换进入人肺部的碳氟化合物来支持静息状态下人的新陈代谢，支持轻度身体活动需要加倍交换速度，人肺做不到这种事。
1962 年，实验证明小鼠会在肺部灌上含氧盐水数分钟后死于呼吸系统障碍和酸中毒[1]；碳氟化合物可以支持小鼠 20 小时，可以支持猫几个星期；硅油可以在一定程度上替代碳氟化合物，但呼吸硅油的哺乳类在重新呼吸空气时中毒[2]。1989 年，美国在费城做了液体通气的人体试验，将几名患有严重呼吸窘迫的濒死婴儿的肺部充满碳氟化合物，数据显示这可以支持一些气体交换，但未能挽救任何婴儿的性命。
将哺乳类“淹没”在碳氟化合物里呼吸，需要准确控制流入和流出该动物肺部的碳氟化合物的量，依赖膜式氧合器、加热设备（将低温的液体送进肺部会造成刺激）和不止一台泵——也就是需要适用于液体的呼吸机。尽管美国、加拿大、法国等多国都有科研人员在搞，现在还没有开发出可靠的设备。
- 用碳氟化合物填充肺部的 40%、以传统呼吸机送入气体的“部分液体通气”在二十世纪九十年代发展得略快一点，可以参与挽救新生儿急性呼吸窘迫综合征、胎粪吸入综合征、先天性膈疝、呼吸窘迫综合征患者，但其效果并不好于高频通气[3]。
- 美国有人为“将液体呼吸系统与连接到潜水员血液循环的二氧化碳洗涤器结合使用”的设计申请了专利，但没有成品。
- 碳氟化合物的密度大于水、大于人体，在承受加速度时，这密度差会影响浸泡在里面的人体的受力，碳氟化合物不能充当“将人浸泡在里面并充满体腔，以帮助人体承受巨大加速度”的手段。
淹死在碳氟化合物里的哺乳类的肺部会比淹死在水里少一些细胞层面的损伤。
参考
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