Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không?

Nếu có thể, du hành dưới đáy biển sẽ dễ dàng như đi bộ trong vườn nhà.


Cơ thể con người không được thiết kế để lặn xuống biển sâu mà không có đồ bảo hộ. Giới hạn tuyệt đối được đề xuất cho hoạt động lặn giải trí (sử dụng bình khí) là 40 mét, các hoạt động lặn chuyên nghiệp (với thiết bị chuyên dụng hơn như hỗn hợp khí heli, oxy và nitơ Trimix) là 100 mét.


Thậm chí, bạn sẽ không thể ở dưới độ sâu tối đa này quá 5 phút mà không bị ảnh hưởng bởi hội chứng giảm áp. Đó là điều tất yếu sẽ xảy ra, khi áp suất nước nén nitơ và đẩy khí này bão hòa vào máu. Nitơ dư thừa trong lòng mạch được giải phóng, khi thợ lặn trồi dần lên khỏi mặt nước, có thể làm ngưng trệ tuần hoàn thậm chí giết chết họ.


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 1.

Hội chứng giảm áp có thể giết chết một thợ lặn khi anh ta trồi lên khỏi mặt nước


Hãy tưởng tượng thợ lặn ở dưới biển sâu giống như một lon Coca-cola bão hòa khí CO2. Khi trồi lên mặt nước, máu của anh ta sẽ giống như lon nước được bật ra với vô số những bọt khí thi nhau thoát ra ngoài.


Điều thú vị là, nếu người thợ lặn ấy chỉ ở dưới biển sâu mà không trồi lên mặt nước, anh ta có thể ở đó vài ngày, vài tháng thậm chí mãi mãi mà không phải chịu tác động chết người từ hội chứng giảm áp (rõ ràng rồi, anh ta có lên khỏi mặt nước đâu mà áp suất giảm xuống).


Năm 2000, một số thủy thủ đoàn của chiếc tàu ngầm K-141 Kursk thuộc biên chế Hải quân Nga có lẽ đã sống sót tới vài ngày, sau khi chiếc tàu ngầm hạt nhân của họ bị nổ và chìm xuống độ sâu 108 mét ở vùng Biển Bắc nước này.


Bởi họ không được giải cứu để đưa lên mặt nước, tất cả đã không gặp phải hội chứng giảm áp mà chỉ chết ngạt vì thiếu oxy. Tai nạn đáng tiếc này đặt ra một câu hỏi: Giả sử các thủy thủ sử dụng kali peoxit để tạo ra đủ oxy và duy trì sự sống cho đến khi được giải cứu, liệu khi được đưa lên khỏi mặt nước, họ có lại chết vì hiệu ứng giảm áp hay không?


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 2.

Một cảnh trong bộ phim The Abyss năm 1989: thủy thủ có thể thở trong dung dịch hòa tan khí


Các nhà khoa học đang cố gắng suy nghĩ để giúp con người chống lại hiệu ứng giảm áp bằng nhiều cách. Một trong những ý tưởng đó đã xuất hiện từ bộ phim The Abyss năm 1989. Trong đó, các thủy thủ đã mặc một bộ đồ lặn chứa đầy chất lỏng thay vì không khí. Họ cố gắng hít thở thứ chất lỏng hòa tan oxy này vào phổi, để ngăn áp lực nén nitơ vào dòng máu.


Bây giờ, hóa ra một cảnh trong bộ phim năm 1989 lại gần với khoa học thực tế hơn là viễn tưởng. Con người thực sự đang tìm cách để có thể hít thở được chất lỏng ở dưới nước. Chất lỏng lý tưởng này thực chất là một perfluorocarbon (PFC), hydrocarbon fluoride tổng hợp ở dạng lỏng, không mùi, trơ về mặt hóa học và sinh học.


Với sức căng bề mặt thấp và khả năng hòa tan O2/CO2 cao, PFC có thể chứa gấp ba lần O2 và bốn lần CO2 so với máu người. Chúng cũng hoạt động như một chất trao đổi nhiệt rất hiệu quả. Điều này làm cho PFC trở thành một hợp chất lý tưởng để sử dụng làm chất lỏng dưỡng khí cho các ứng dụng y tế.




Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 3.

Với hội chứng giảm áp, thời gian là sự sống


Nghiên cứu về chất lỏng dưỡng khí (giúp bạn hít thở chất lỏng hòa tan oxy thay vì không khí) và PFC đã được khởi xướng một cách nghiêm túc ngay sau Thế chiến thứ nhất. Các bác sĩ khi đó đã thử nghiệm nước muối như một chất lỏng dưỡng khí, với mục đích điều trị cho các đối tượng hít phải khí độc (trong trường hợp này là những con chó).


Bản thân PFC cũng đã được phát triển vào đầu những năm 1940 như là một phần của Dự án Manhattan. Chúng được mệnh danh là "công cụ Joe".


Tuy nhiên, mãi đến những năm 1960, lĩnh vực này mới thực sự cất cánh. Nó được thúc đẩy bởi Chiến tranh Lạnh, khi quân đội Hoa Kỳ cần một cách để giúp các thủy thủ thoát ra khỏi tàu ngầm trong những tình huống khẩn cấp.


Năm 1962, Tiến sĩ Johannes A. Kylstra và nhóm của ông tại Đại học Duke đã thực hiện những thí nghiệm đầu tiên chứng minh chuột có thể hít dung dịch muối hòa tan oxy ở áp suất đến 160 atm (tương đương ở độ sâu hơn 1,6 km dưới mực nước biển).


Những con chuột đã sống được vài phút trước khi quá trình hô hấp bị nhiễm toan (ngộ độc CO2). Mặc dù không thành công, thí nghiệm này đã minh họa được một kỹ thuật như vậy thực sự hoạt động, dù cho nó chưa khả thi lắm.


Các thí nghiệm sau đó được thực hiện bởi Leland C. Clark, Jr. và Frank Gollan cho thấy chuột có thể hít PFC trong điều kiện khí quyển bình thường. Những con chuột có thể hít thở PFC như một chất lỏng dưỡng khí trong 20 giờ, và những con mèo có thể sống ngập đầu trong PFC hàng tuần.


Nghiên cứu của họ cũng sử dụng dầu silicon thay thế cho PFC nhưng, hóa ra, dầu silicon lại gây độc đối với động vật có vú (sau khi chúng trở lại hít thở không khí bình thường). Bởi vậy, cho đến giờ phút này, PFC vẫn là chất lỏng dưỡng khí duy nhất mà chúng ta tìm ra được.


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 4.

Những con chuột có thể hít thở PFC như một chất lỏng dưỡng khí trong 20 giờ


Năm 1989, những thử nghiệm PFC trên người đầu tiên được tiến hành ở Philadelphia. Một số trẻ sơ sinh bị suy hô hấp nặng đã được cho thở máy hoàn toàn bằng chất lỏng dưỡng khí. Phổi của những đứa bé này được bơm đầy PFC, sau đó đã cải thiện được chức năng và một số quá trình sinh lý.


Trẻ em có lẽ là đối tượng thử nghiệm tiềm năng nhất. Chúng ta biết rằng khi còn trong bụng mẹ, phổi của thai nhi cũng chứa đầy nước ối. Khi chúng được sinh ra, một chất hóa học hoạt động bề mặt đã ngăn ngừa phổi xẹp xuống khi không khí lần đầu tiên tràn vào đó.


Tuy nhiên, những đứa trẻ sinh thiếu tháng vẫn chưa phát triển đủ chất hoạt động bề mặt này, để ngăn phổi của chúng khỏi bị gấp hoặc dính lại. Vì vậy, khi được sinh non và bất ngờ tiếp xúc với không khí, những đứa trẻ thiếu tháng đều phải vật lộn mới có thể thở được.


Các thử nghiệm ở Philadelphia hướng đến mục đích tái tạo lại môi trường trong bụng mẹ cho những đứa trẻ này, với một chất lỏng dưỡng khí tạm thời giữ cho phổi của trẻ sinh thiếu tháng tiếp tục thở trong chất lỏng và phát triển đầy đủ chất hoạt động bề mặt trước khi tiếp xúc với không khí.


Mặc dù những nỗ lực này không đủ để cứu sống những đứa trẻ, nghiên cứu cho thấy hiệu suất phổi của chúng đã được cải thiện ngay cả sau khi đã tháo máy thở. Nghiên cứu này đã chứng minh chất lỏng dưỡng khí đúng là một liệu pháp hữu ích cho trẻ sinh non.


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 5.

Các nhà khoa học đã tạo ra được một thiết bị hô hấp với chất lỏng dưỡng khí một phần, chỉ lấp đầy khoảng 40% phổi của bệnh nhân bằng PFC, và 60% thể tích phổi còn lại được lấp đầy bởi không khí


Mặc dù thành công tương đối trong các thử nghiệm ở Philadelphia, các nhà khoa học vẫn chưa thể tạo ra một chất lỏng dưỡng khí hoàn hảo.


Để kiểm soát chính xác và an toàn khối lượng PFC chảy vào và ra khỏi phổi của bệnh nhân, các hệ thống chất lỏng dưỡng khí hoàn hảo cần có máy tạo oxy , lò sưởi và một loạt máy bơm để cung cấp PFC cùng một máy thở chất lỏng chuyên dụng.


Thật không may, một thiết bị rắc rối và đồ sộ như vậy vẫn chưa vượt qua giai đoạn thử nghiệm nguyên mẫu.


Các nhà khoa học đã tạo ra được một thiết bị hô hấp với chất lỏng dưỡng khí một phần, chỉ lấp đầy khoảng 40% phổi của bệnh nhân bằng PFC, và 60% thể tích phổi còn lại được lấp đầy bởi không khí từ máy thở khí thông thường.


Thiết bị hô hấp chất lỏng dưỡng khí một phần này thậm chí có thể được FDA phê duyệt để điều trị các tổn thương phổi cấp tính. PFC giúp đánh bật các mảnh vụn từ phế nang (giả sử, do hít phải khói thuốc), thông đường khí bị tắc và vận chuyển oxy sâu hơn trong khi bảo vệ phổi khỏi bị xẹp và giảm thiểu thiệt hại thứ cấp.


Có điều, chúng ta vẫn chưa khắc phục được vấn đề đã giết chết những con chuột của Kylstra. Độ nhớt cao của PFC vẫn ngăn không cho nó đi qua phổi đủ hiệu quả để hòa tan CO2 rồi đưa nó ra ngoài để ngăn ngừa nhiễm toan hô hấp.


Trong điều kiện đó, bạn sẽ phải bơm chất lỏng dưỡng khí qua phổi với tốc độ 5 lít/phút để duy trì sự sống cho một người đang ngồi im. Gấp đôi, 10 lít/phút nếu một thủy thủ đi lại hoặc vận động. Phổi của con người đơn giản là không thể chịu đựng những dòng chất lỏng với áp lực như vậy.


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không? - Ảnh 6.

Con người có thể du hành dưới đáy biển như đi bộ trong vườn nhà, trồi lên khỏi mặt nước mà không bị sủi bọt như thế này?


Suy cho cùng, chúng ta đã đạt tới một nửa con đường để biến The Abyss thành hiện thực. Các thủy thủ trong đó nên để một chút không khí sau lớp kính bộ đồ của mình, như vậy bộ phim sẽ trở nên thực tế hơn.


Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể đợi thêm một thời gian nữa, để khoa học hoàn thiện những dung dịch dưỡng khí toàn phần. Khi đó, The Abyss sẽ không còn là một bộ phim vô lý. Con người sẽ thực sự thở được trong chất lỏng, có thể du hành dưới đáy biển như đi bộ trong vườn nhà, trồi lên khỏi mặt nước mà không bị sủi bọt như một lon Coca-cola.


Tham khảo Gizmodo


Mang cá nhân tạo giúp con người có thể thở được dưới nước









Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong?


Neu co the, du hanh duoi day bien se de dang nhu di bo trong vuon nha.


Co the con nguoi khong duoc thiet ke de lan xuong bien sau ma khong co do bao ho. Gioi han tuyet doi duoc de xuat cho hoat dong lan giai tri (su dung binh khi) la 40 met, cac hoat dong lan chuyen nghiep (voi thiet bi chuyen dung hon nhu hon hop khi heli, oxy va nito Trimix) la 100 met.


Tham chi, ban se khong the o duoi do sau toi da nay qua 5 phut ma khong bi anh huong boi hoi chung giam ap. Do la dieu tat yeu se xay ra, khi ap suat nuoc nen nito va day khi nay bao hoa vao mau. Nito du thua trong long mach duoc giai phong, khi tho lan troi dan len khoi mat nuoc, co the lam ngung tre tuan hoan tham chi giet chet ho.


Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 1.

Hoi chung giam ap co the giet chet mot tho lan khi anh ta troi len khoi mat nuoc


Hay tuong tuong tho lan o duoi bien sau giong nhu mot lon Coca-cola bao hoa khi CO2. Khi troi len mat nuoc, mau cua anh ta se giong nhu lon nuoc duoc bat ra voi vo so nhung bot khi thi nhau thoat ra ngoai.


Dieu thu vi la, neu nguoi tho lan ay chi o duoi bien sau ma khong troi len mat nuoc, anh ta co the o do vai ngay, vai thang tham chi mai mai ma khong phai chiu tac dong chet nguoi tu hoi chung giam ap (ro rang roi, anh ta co len khoi mat nuoc dau ma ap suat giam xuong).


Nam 2000, mot so thuy thu doan cua chiec tau ngam K-141 Kursk thuoc bien che Hai quan Nga co le da song sot toi vai ngay, sau khi chiec tau ngam hat nhan cua ho bi no va chim xuong do sau 108 met o vung Bien Bac nuoc nay.


Boi ho khong duoc giai cuu de dua len mat nuoc, tat ca da khong gap phai hoi chung giam ap ma chi chet ngat vi thieu oxy. Tai nan dang tiec nay dat ra mot cau hoi: Gia su cac thuy thu su dung kali peoxit de tao ra du oxy va duy tri su song cho den khi duoc giai cuu, lieu khi duoc dua len khoi mat nuoc, ho co lai chet vi hieu ung giam ap hay khong?


Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 2.

Mot canh trong bo phim The Abyss nam 1989: thuy thu co the tho trong dung dich hoa tan khi


Cac nha khoa hoc dang co gang suy nghi de giup con nguoi chong lai hieu ung giam ap bang nhieu cach. Mot trong nhung y tuong do da xuat hien tu bo phim The Abyss nam 1989. Trong do, cac thuy thu da mac mot bo do lan chua day chat long thay vi khong khi. Ho co gang hit tho thu chat long hoa tan oxy nay vao phoi, de ngan ap luc nen nito vao dong mau.


Bay gio, hoa ra mot canh trong bo phim nam 1989 lai gan voi khoa hoc thuc te hon la vien tuong. Con nguoi thuc su dang tim cach de co the hit tho duoc chat long o duoi nuoc. Chat long ly tuong nay thuc chat la mot perfluorocarbon (PFC), hydrocarbon fluoride tong hop o dang long, khong mui, tro ve mat hoa hoc va sinh hoc.


Voi suc cang be mat thap va kha nang hoa tan O2/CO2 cao, PFC co the chua gap ba lan O2 va bon lan CO2 so voi mau nguoi. Chung cung hoat dong nhu mot chat trao doi nhiet rat hieu qua. Dieu nay lam cho PFC tro thanh mot hop chat ly tuong de su dung lam chat long duong khi cho cac ung dung y te.




Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 3.

Voi hoi chung giam ap, thoi gian la su song


Nghien cuu ve chat long duong khi (giup ban hit tho chat long hoa tan oxy thay vi khong khi) va PFC da duoc khoi xuong mot cach nghiem tuc ngay sau The chien thu nhat. Cac bac si khi do da thu nghiem nuoc muoi nhu mot chat long duong khi, voi muc dich dieu tri cho cac doi tuong hit phai khi doc (trong truong hop nay la nhung con cho).


Ban than PFC cung da duoc phat trien vao dau nhung nam 1940 nhu la mot phan cua Du an Manhattan. Chung duoc menh danh la "cong cu Joe".


Tuy nhien, mai den nhung nam 1960, linh vuc nay moi thuc su cat canh. No duoc thuc day boi Chien tranh Lanh, khi quan doi Hoa Ky can mot cach de giup cac thuy thu thoat ra khoi tau ngam trong nhung tinh huong khan cap.


Nam 1962, Tien si Johannes A. Kylstra va nhom cua ong tai Dai hoc Duke da thuc hien nhung thi nghiem dau tien chung minh chuot co the hit dung dich muoi hoa tan oxy o ap suat den 160 atm (tuong duong o do sau hon 1,6 km duoi muc nuoc bien).


Nhung con chuot da song duoc vai phut truoc khi qua trinh ho hap bi nhiem toan (ngo doc CO2). Mac du khong thanh cong, thi nghiem nay da minh hoa duoc mot ky thuat nhu vay thuc su hoat dong, du cho no chua kha thi lam.


Cac thi nghiem sau do duoc thuc hien boi Leland C. Clark, Jr. va Frank Gollan cho thay chuot co the hit PFC trong dieu kien khi quyen binh thuong. Nhung con chuot co the hit tho PFC nhu mot chat long duong khi trong 20 gio, va nhung con meo co the song ngap dau trong PFC hang tuan.


Nghien cuu cua ho cung su dung dau silicon thay the cho PFC nhung, hoa ra, dau silicon lai gay doc doi voi dong vat co vu (sau khi chung tro lai hit tho khong khi binh thuong). Boi vay, cho den gio phut nay, PFC van la chat long duong khi duy nhat ma chung ta tim ra duoc.


Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 4.

Nhung con chuot co the hit tho PFC nhu mot chat long duong khi trong 20 gio


Nam 1989, nhung thu nghiem PFC tren nguoi dau tien duoc tien hanh o Philadelphia. Mot so tre so sinh bi suy ho hap nang da duoc cho tho may hoan toan bang chat long duong khi. Phoi cua nhung dua be nay duoc bom day PFC, sau do da cai thien duoc chuc nang va mot so qua trinh sinh ly.


Tre em co le la doi tuong thu nghiem tiem nang nhat. Chung ta biet rang khi con trong bung me, phoi cua thai nhi cung chua day nuoc oi. Khi chung duoc sinh ra, mot chat hoa hoc hoat dong be mat da ngan ngua phoi xep xuong khi khong khi lan dau tien tran vao do.


Tuy nhien, nhung dua tre sinh thieu thang van chua phat trien du chat hoat dong be mat nay, de ngan phoi cua chung khoi bi gap hoac dinh lai. Vi vay, khi duoc sinh non va bat ngo tiep xuc voi khong khi, nhung dua tre thieu thang deu phai vat lon moi co the tho duoc.


Cac thu nghiem o Philadelphia huong den muc dich tai tao lai moi truong trong bung me cho nhung dua tre nay, voi mot chat long duong khi tam thoi giu cho phoi cua tre sinh thieu thang tiep tuc tho trong chat long va phat trien day du chat hoat dong be mat truoc khi tiep xuc voi khong khi.


Mac du nhung no luc nay khong du de cuu song nhung dua tre, nghien cuu cho thay hieu suat phoi cua chung da duoc cai thien ngay ca sau khi da thao may tho. Nghien cuu nay da chung minh chat long duong khi dung la mot lieu phap huu ich cho tre sinh non.


Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 5.

Cac nha khoa hoc da tao ra duoc mot thiet bi ho hap voi chat long duong khi mot phan, chi lap day khoang 40% phoi cua benh nhan bang PFC, va 60% the tich phoi con lai duoc lap day boi khong khi


Mac du thanh cong tuong doi trong cac thu nghiem o Philadelphia, cac nha khoa hoc van chua the tao ra mot chat long duong khi hoan hao.


De kiem soat chinh xac va an toan khoi luong PFC chay vao va ra khoi phoi cua benh nhan, cac he thong chat long duong khi hoan hao can co may tao oxy , lo suoi va mot loat may bom de cung cap PFC cung mot may tho chat long chuyen dung.


That khong may, mot thiet bi rac roi va do so nhu vay van chua vuot qua giai doan thu nghiem nguyen mau.


Cac nha khoa hoc da tao ra duoc mot thiet bi ho hap voi chat long duong khi mot phan, chi lap day khoang 40% phoi cua benh nhan bang PFC, va 60% the tich phoi con lai duoc lap day boi khong khi tu may tho khi thong thuong.


Thiet bi ho hap chat long duong khi mot phan nay tham chi co the duoc FDA phe duyet de dieu tri cac ton thuong phoi cap tinh. PFC giup danh bat cac manh vun tu phe nang (gia su, do hit phai khoi thuoc), thong duong khi bi tac va van chuyen oxy sau hon trong khi bao ve phoi khoi bi xep va giam thieu thiet hai thu cap.


Co dieu, chung ta van chua khac phuc duoc van de da giet chet nhung con chuot cua Kylstra. Do nhot cao cua PFC van ngan khong cho no di qua phoi du hieu qua de hoa tan CO2 roi dua no ra ngoai de ngan ngua nhiem toan ho hap.


Trong dieu kien do, ban se phai bom chat long duong khi qua phoi voi toc do 5 lit/phut de duy tri su song cho mot nguoi dang ngoi im. Gap doi, 10 lit/phut neu mot thuy thu di lai hoac van dong. Phoi cua con nguoi don gian la khong the chiu dung nhung dong chat long voi ap luc nhu vay.


Thay vi hit tho khong khi, con nguoi co the hit tho chat long duoc hay khong? - Anh 6.

Con nguoi co the du hanh duoi day bien nhu di bo trong vuon nha, troi len khoi mat nuoc ma khong bi sui bot nhu the nay?


Suy cho cung, chung ta da dat toi mot nua con duong de bien The Abyss thanh hien thuc. Cac thuy thu trong do nen de mot chut khong khi sau lop kinh bo do cua minh, nhu vay bo phim se tro nen thuc te hon.


Tuy nhien, chung ta cung co the doi them mot thoi gian nua, de khoa hoc hoan thien nhung dung dich duong khi toan phan. Khi do, The Abyss se khong con la mot bo phim vo ly. Con nguoi se thuc su tho duoc trong chat long, co the du hanh duoi day bien nhu di bo trong vuon nha, troi len khoi mat nuoc ma khong bi sui bot nhu mot lon Coca-cola.


Tham khao Gizmodo


Mang ca nhan tao giup con nguoi co the tho duoc duoi nuoc


Thay vì hít thở không khí, con người có thể hít thở chất lỏng được hay không?

Nếu có thể, du hành dưới đáy biển sẽ dễ dàng như đi bộ trong vườn nhà.
Giới thiệu cho bạn bè
  • gplus
  • pinterest

Bình luận

Đăng bình luận

Đánh giá: