问题

如果一个细胞高速穿透人的脖子或者胸口,对人会毫无影响吗?

回答
不,这绝对不会对人毫无影响。一个细胞如果以高速穿透人体脖子或胸口,将会对人体造成极其严重、甚至致命的伤害。即使是单一个体细胞,其微小的体积也无法抵消其高速运动带来的巨大能量。

让我详细地解释一下为什么会这样:

1. 动能与穿透力:

动能公式: 动能 (KE) 的计算公式是 KE = 1/2 mv²,其中 m 是质量,v 是速度。
宏观物体与微观物体: 我们日常生活中接触到的宏观物体,例如子弹或石块,它们的质量相对较大,即使速度不是极高,也具有巨大的动能,可以轻易穿透人体组织。
微观细胞的巨大速度: 虽然一个细胞的质量 (m) 非常小(大约在纳克级别),但如果它以“高速”穿透,意味着它的速度 (v) 会非常高。根据动能公式,即使质量很小,但如果速度足够大,动能可以变得非常可观。
能量传递: 当一个高速移动的物体撞击到人体组织时,它会将自身的动能传递给这些组织。这种能量传递会以多种方式造成损害。

2. 对人体组织的损伤机制:

机械性损伤(物理破坏):
切割与撕裂: 即使是一个尖锐的细胞,以高速移动时也会产生巨大的剪切力和压力。它会像一个微型但极锋利的刀片,在穿过组织时切开细胞膜、细胞质、细胞器,甚至断裂血管和神经。
冲击波与空穴效应: 当高速物体穿过液体介质(人体组织主要是由水组成的)时,会产生局部的高压区和低压区。低压区可能导致空穴效应,即局部形成空隙,这会进一步撕裂和损伤周围组织。
碎片产生: 高速撞击可能会导致细胞本身或周围组织产生微小的碎片,这些碎片会进一步在组织中扩散,造成二次损伤。

生物化学损伤(细胞与分子层面):
细胞破坏: 这个高速穿透的细胞本身会被摧毁,但它释放出的能量足以破坏它所接触到的周围正常细胞。
蛋白质变性与DNA损伤: 高速撞击产生的巨大压力和热量(虽然微小但局部可观)可以导致周围蛋白质的结构发生改变(变性),从而失去功能。同时,细胞核内的DNA也可能被直接切割或被其他损伤机制破坏。
炎症反应的诱导: 任何组织损伤都会触发身体的免疫反应,导致炎症。对于如此剧烈的损伤,必然会引起严重的炎症反应,释放出细胞因子等物质,进一步加剧组织损伤。

3. 特定部位的严重性:

脖子: 脖子是一个高度集中的区域,包含许多关键结构:
颈动脉和颈静脉: 血管被破坏会导致大量出血,引起低血压和缺氧,可能迅速导致休克甚至死亡。
气管和食道: 被穿透会导致呼吸困难(窒息)和吞咽困难,增加感染的风险。
喉返神经、迷走神经等重要神经: 可能导致声音嘶哑、吞咽反射障碍,甚至影响心率和血压。
脊髓和椎动脉: 如果穿透颈椎区域,可能会导致瘫痪或致命的出血。

胸口: 胸口同样包含许多重要器官:
心脏: 任何对心脏的穿透都可能导致心包填塞(血液积聚在心包内压迫心脏)或心脏破裂,导致心脏骤停。
肺部: 穿透肺部会导致气胸(空气进入胸腔压迫肺部导致呼吸衰竭)或血胸(血液进入胸腔导致失血性休克)。
大血管(主动脉、肺动脉): 损伤这些血管会导致灾难性的出血。
食道和气管: 同样会引起呼吸和吞咽问题。

4. 速度的量级有多高才算“高速”?

“高速”是一个相对概念。对于一个细胞来说,哪怕是每秒几百米的速度,相对于其微小的质量,都可能产生足以造成显著损伤的动能。如果想象成一个微型的、以亚音速甚至超音速移动的“子弹”,那么它穿透的破坏力将是巨大的。

总结:

一个细胞以高速穿透人体脖子或胸口,绝不会毫无影响。它会以物理和生物化学的方式,对人体关键结构造成毁灭性的破坏,导致严重的出血、器官功能衰竭、神经损伤,并且极有可能迅速导致死亡。它的微小体积并不能弥补其高速运动所携带的巨大能量所造成的穿透和破坏力。

网友意见

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虽然这是一个很莫名其妙的问题,但我不知为啥来了兴趣。

我是不是可以把这题理解为:一个大小和人体细胞类似的子弹高速贯穿人体的过程?

讨论问题首先要定义并且建模。

大多数人体细胞直径仅有几个微米,有的可达100微米以上(数据来自百度百科),我们姑且按大多数算,也就是几个微米这个数量级的。这大概是什么概念?人的正常粗细的头发直径为60-90微米,还有一个临床上常用来穿刺人体的东西,一次性针灸针,常见的规格有0.4mm的和0.25mm的,换算过来就是400微米和250微米。

质地方面,如果能满足“贯穿人体”这个条件,那这个物体的外表一定很坚硬,至少比骨骼坚硬。

“高速”也是一个条件,虽然没有具体数值,但至少得比常见手枪子弹快吧,从物理学上讲,这样快的速度穿过人体,接触时因为摩擦会在局部形成一定的烧灼伤,并且会挤压周围组织形成一定的冲击作用力,这个具体我不懂,但有一点可以确定,就是高速这个条件意味着贯穿时实际受影响的范围是大于物体直径的。还有一点就是我们平时做针灸、静脉穿刺、腰椎穿刺、腹腔穿刺时,穿刺动作比较慢,因为这样很多人体组织(动脉、神经等)在鞘膜的保护下会划过针尖,避免被穿刺伤,而高速可能意味着这种保护机制不再能发挥作用

然后贯穿位置是脖子或胸口,这个位置的人体结构大概包括皮肤、肌肉、骨骼、腺体、气管、动静脉、神经等结构(心脏本身可以看做是一块特殊的肌肉+血管结构。

这样差不多定义完成了,也就是一个直径几微米的质地比骨骼坚硬的子弹贯穿皮肤、肌肉、骨骼、腺体、气管、动静脉、神经(包括脊髓)等结构的过程。

那么在贯穿的过程中,会留下一个直径超过几微米(我们估算十几微米吧)的损伤。

其中大部分结构应该都有一定的自我修复机制,即使修复的很慢,但因为损伤本身很小,人应该不会感到异样。

但有一个特殊的东西叫神经。

神经纤维的粗细在十分之几微米至100微米之间,也就是说一个十几微米的贯穿伤是可以使神经纤维断裂的。

并且神经损伤不可逆,一旦损伤恢复极慢,即使恢复了也不可能像以前那样完全吻合(困扰神经科最大的一座山)。

别的损伤都是在局部,十几微米的损伤一般不会有太大影响。但是如果神经损伤了,那么这部分神经纤维所支配的区域就有可能会受到可感知的影响,损伤程度会有数量级的增长

如果是心脏,不管是这个神经损伤也好还是应激作用力也好,都可能会诱发异位起搏,也就是房颤室颤这些,如果赶巧了整好伤到窦房结,可能会导致更严重或更广泛的心律失常。

如果伤到了运动感觉神经,那所支配区域的运动感觉系统都会受到影响,但具体多大影响就不好说了,如果伤到脊髓,神经纤维更致密,影响更大。有神经外科的朋友可以提供些进一步的数据,几微米的神经损伤可以形成多大的功能缺损。

另外直径十几微米的损伤会形成气胸吗?这个我不清楚了。

大概就是这样(。・ω・。)ノ♡,如有不对请指正。

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没想到一早上居然多了这么多赞,感谢大家对青蛙的厚爱

青蛙虽然高中物理学的不错,但是现在是医学背景,所以以下分析是非常简单的损伤模型,排除了很多因素(如阻力产热、冲击波、空气等),只考虑本身损伤的影响。如果有大佬愿意分享,可以在评论区提出意见,我们一起改回答0.0

以下原回答

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这个问题有意思

由于我做的动物细胞,所以以下讨论人的细胞

我们默认手枪的子弹速度算为高速

第一个假设:细胞为正常细胞

据了解, 92式手枪子弹加速瞬间受力有5926g,而细胞传代的时候离心力最好是100-200g。细胞形态主要由细胞骨架蛋白(如下图丝状荧光)变动决定,而细胞骨架蛋白无法承受太大的加速度,所以这一个加速度容易导致细胞崩解。由于皮肤分为表皮和真皮层,表皮的角质层死细胞相对来说比较坚硬,所以就算你加速成功,直接击中皮肤,会像“卵击石”,“嘭”的一下碎掉,黏在皮肤上面,根本感觉不出来

但是,当速度达到一定数值的时候,软绵绵的东西也可能产生非常巨大的杀伤力,比如飞机撞鸟会对机体造成非常大的伤害。这个比较复杂,就不讨论了

第二个假设:细胞为坚不可摧的小钢丸

那我们就需要研究细胞的大小了。 人体最大的细胞是成熟的卵细胞,直径约100μm;最小的细胞是小淋巴细胞,直径约6μm。

我们继续假设“小钢丸”穿透组织的时候不会受到阻力影响,不考虑产热与冲击效应。因为考虑因素太多,很难解释。比如,小钢丸加速到光速会有什么影响。实际情况是,摩擦生热会非常恐怖,可以在一瞬间让弹道汽化,热传导效应会让周围的组织继续汽化/碳化,具体造成多大范围损伤,损伤程度咋样,青蛙也不知道啊

1、首先我们测试最小的小淋巴细胞,直接为6μm的球状弹丸

我们开始,穿过皮肤。从表皮的死细胞(角质细胞)开始,慢慢穿过真皮层,再到皮下组织。都是组织的单个细胞被贯穿,影响不大。

①我们遇到了大动脉,颈部为颈总动脉,胸部为胸主动脉

动脉由三层组成

  • 外膜:由纵行排列的结缔组织构成
  • 中膜:环形排列的组织构成,血管平滑肌细胞为血管中膜的主要细胞成分
  • 内膜:由内皮细胞及纵行排列的结缔组织构成

由于间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2~3nm,6μm=6000nm。所以“坚不可摧’的淋巴细胞会直接击穿血管内皮细胞,在血管上打出微孔。

而人的红细胞为直径6-9μm,厚度1.5-2.5μm。血小板为直径1-4μm,所以以上两者有机会漏出。但是,我们血管中膜具有平滑肌细胞,会收缩,迅速止漏。其次,内皮细胞损伤会释放介质,迅速聚集血小板,形成局部血栓,加速止血。所以,基本没啥影响。

②我们往上一点,遇到心脏

可以看到,心肌纵横交错,而且厚度非常厚,简直比主动脉还安全

③我们遇到脊髓

脊髓分为灰质(下图黑色)与白质(下图灰白色),灰质中包含神经元胞体,白质中包含有髓神经纤维

1)我们假设穿透脊髓的灰质

由于神经元胞体在5~150μm之间,所以小淋巴细胞每次仅能穿透数个神经元。由于灰质中的神经元数量非常多,所以对功能影响极其有限

2)我们假设穿透脊髓的白质

白质中主要为有髓神经纤维,神经纤维直径约100nm至100μm左右。是不是看起来,可以穿透很多的神经纤维?其实不然,脊髓白质中除了神经纤维,尚有数量更多的神经胶质细胞。所以,对神经纤维的影响依然及其有限。

但是,损伤神经会使末稍释放P物质。P物质会迅速引起机体产生痛觉。

所以,小淋巴细胞穿透对神经损伤十分有限,但很可能产生痛觉

2、我们继续测试最大的细胞——卵细胞。这是一个直径100μm=100000nm的子弹,比身体所有的细胞都大。所以一定会直接击穿沿途的所有细胞

①我们再次遇到了大动脉与心脏

是不是以为很危险?

但是,我们临床常用吻合大血管、心脏的缝线以3-0到4-0为主,即150-250μm。这一直径的缝线吻合,并不会出现明显的渗血,所以少于这个范围都是安全的

②我们继续遇到脊髓

我们继续以缝线理论解释

外科吻合神经常用5-0至6-0缝线,也就是70-100μm。卵细胞直径稍大,穿透会造成更多的神经元和神经纤维损伤。但是,相对数量众多的神经元、神经纤维以及保护两者的胶质细胞,“卵弹’造成的伤害依然非常有限

因此,“卵弹”也是安全的


总结:细胞高速穿透人体,很可能会有痛感,并不会对机体功能有明显影响

(对肺的影响见评论区)


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