深海呼吸

深海呼吸

長久以來,海洋生物學家就對用肺呼吸的海洋生物的深潛功能與令人驚嘆的潛水時間困惑不解,因為這違反了動物的生理學規律。如果能夠解釋其中所蘊涵的秘密,對人類某些疾病的治療和預防定會有著十分重要的借鑑意義。

基本信息

原因介紹

研究發現,具有深海潛水本領的動物們,首先具有一個神奇的肺。即使是被壓扁變形收縮至原來體積的15%,對於它們也不會造成任何傷害,並且可以在短時間內自行恢復,而人類的肺卻無法做到這一點。在分析海豹的肺組織時發現,在它的肺部表面覆蓋一層由特殊化學物質構成的活性劑,正是因為它,海豹的肺才如此的柔韌有力,在輕鬆對付高壓的同時,還能自如地舒展恢復。其實人類的體內也有這種化學物質,但遺憾的是沒有長在肺部。醫學專家們正在提取深潛動物肺表面的活性劑,在搞清它的具體成分後,希望利用它來增強肺部手術患者的肺部柔韌功能,縮短他們術後的痊癒時間。

攝取和儲存氧氣的能力是決定生物能否長時間深潛的主要標誌。與陸地動物的區別是,潛水動物在屏住呼吸時主要依賴儲存在肌肉中的氧氣,而陸地動物卻是依靠停留於肺部的氧氣。實驗數據顯示,王企鵝在下潛至510米深時,可將體內全部氧氣的47%儲存在肌肉中。其餘的在血液和肺部循環。寬吻海豚在下潛同樣的深度時,自然能將體內39%的氧氣儲存在肌肉中。而我們人類卻不具備潛水途中儲存氧氣的能力,平時在我們肌肉中只能儲存體內15%的氧氣。

在海豚、海豹和抹香鯨等深潛高手們的肌肉中,肌紅蛋白的含量都格外高。肌紅蛋白是一種將血液中的氧吸收並儲存起來的蛋白質,它為肌肉提供以後可使用的能量。因此,它們的肌肉在不需要進行呼吸的情況下還能堅持長時間的工作。此外,為了節約能量,在下潛時它們還具有降低心率的神奇本領。在美國的加利福尼亞,7頭小海象最近被用感測器來研究它們的心跳。在陸地上它們平均心跳為每分鐘107次。當它們在海水中下潛時,心跳下降到平均每分鐘39次,下降了64%。美國加利福尼亞大學兩組科研人員得出結論頗為接近,在它們潛水的初期,心率一般急劇降低,接著隨著它們下潛的深度不斷加大,心率隨之緩慢下降。極限記錄是每分鐘3次。在對一隻斑海豹的測試中,兩次心跳的間隔竟是令人震驚的26秒。

心跳減慢,意味著整體新陳代謝的下降,這對合理分配有限的氧氣堅持長時間的潛水捕食是至關重要的。研究這些動物在含氧量低和血液循環減慢的情況下仍然能夠捕食生存,可能會為休克及中風病人找到更好的治療手段,這些病人在大腦缺氧時會遭到永久性的損傷;另外也可以找到選作器官移植用的器官的新的保存方法。

人類不能原因

1996年7月,古巴的著名潛水員弗朗西斯科,創造了深潛的世界紀錄。在不使用呼吸器幫助的情況下下潛了132.9米。觀察發現,在他潛至122米深時,他原本127厘米的胸腔竟被強勁的海水壓縮到50厘米。當然,還要注意減壓病的發生,稍不留意,就可能帶來終身的遺憾。

人在深潛過程中,容易發生減壓病。造成減壓病的原因是,在下潛時,越來越大的壓力會將他肺中的氮氣壓迫進他的血液或別的組織液中。當他快速返回水面時,氮就會驟然間從溶液中冒出來,這對於所有正常的生理活動都是毀滅性的打擊,包括神經功能和血液循環。所以,潛水者在從水下上升時,除必須遵守潛水錶或計算器數據要求外,每上升5米作幾秒鐘的安全停留,便可以避免減壓病的發生。

不得此病原因

哈佛大學的動物學家吉米·卡瑞恩,不久前揭示了這一謎底。卡瑞恩發現生活在南極洲附近的海豹,它們可以下潛到七八百米的深度。但不論它們下潛多么深,體內的氮的濃度基本不變。原因是它們的肺被強大的水壓迅速地壓扁了,一開始就阻止了大量的氮氣進入血液。所以深潛動物們免去了減壓病的煩惱。...

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