谁在设定屏气极限 什么决定了我们能憋气能憋多久?通常的分析认为,这受制于大脑对氧气的需求,但实际上,通常早在大脑或身体消耗完所有氧之前,人就会喘气。这个问题困扰了科学家数十年,现在,科学家也许已经接近了答案。 撰文 迈克尔•帕克斯(Michael J. Parkes) 翻译 朱机 深吸一口气,然后屏住呼吸。其实,你正在做一个很不可思议的动作。平均而言,人类每分钟会不由自主地呼吸12次左右,这个呼吸周期和心跳一样是人体两大生物节律之一。大脑无需意识指挥就可以根据人体的需要调整呼吸节奏。同时,每个人都能在短时间内有意识地屏住呼吸。这种本事可以防止水或灰尘进入我们的肺,在肌肉活动之前维持胸腔大小,以及一口气说上一长串话。屏住呼吸对我们来说是轻松自然的事,没想到科学还没法对这种能力的生理机制作出合理解释。 (要是你还憋着,先松口气吧。) 我们先来考虑一个似乎很简单的问题:憋气能憋多久是由什么决定的?研究这个问题其实相当困难。虽说所有哺乳动物都会屏气,可谁也没法去跟实验动物说,你憋个几秒钟不要呼吸。所以,只能在人的身上研究屏气。屏气太久会造成大脑缺氧,随之可能会失去意识、导致脑损伤甚至很快死亡。正因为存在这些危险,很多可能提供有用信息的实验因不道德而不能开展。甚至,过去一些意义非凡的研究也因为违背现在人体实验的安全准则而无法重复。 不过,研究人员找到了别的途径,开始着手回答有关屏气的问题。他们的发现不仅能推动人体生理学发展,也许最终还能通过医学和法律措施来拯救生命。 屏气极点 1959年,美国纽约州立大学水牛城分校医学院的生理学家赫尔曼•拉恩( Hermann Rahn),采用了一系列独特的方法来屏住呼吸:减慢新陈代谢、过度呼吸、以纯氧充盈肺部等,最终屏气时间达到14分钟左右。爱德华•施耐德(Edward Schneider)也做过类似的事。他在纽约米切尔军事机场的航空医学军事技术学院工作,后来又去了卫斯理大学,是研究屏气的先驱之一。据他的描述,在20世纪30年代, 一位受试者曾在类似条件下屏气长达15分13秒。 科学研究及日常经验告诉我们,多数人在最大程度地吸入空气后,最多也只能屏气一分钟左右。为什么不能憋得更久呢?单靠肺部所能容纳的氧气可以支撑大约4分钟,但几乎没有人能在不经过训练的情况下,让屏气时间接近这个数值。同样,在一分钟这个限度,需要呼出的二氧化碳(细胞消耗营养物与氧气所产生的废气)在血液中也尚未积累到有毒浓度。 人浸没在水里可以憋气憋得比较久。一部分原因可能是,在水里有更强的动机来屏住呼吸:避免水进入肺部。水生哺乳动物和鸟类在潜水时会降低自身新陈代谢率,但人类是否也有这样的经典潜水反射还不清楚。不过,上面所说的规律仍然适用:潜水员屏住呼吸后,不到真正缺氧的地步就会感到迫切需要吸上一口气。 施耐德观察到,“实际上,就算在水里,人也几乎不可能由于主动憋气而憋到失去意识。”在非常环境中,或许偶尔会出现失去意识的情况,比如极限潜水比赛;也有奇闻轶事提到,有小孩因为憋气憋太久而晕过去。但实验室研究结果确认,正常情况下,成年人是不会因为自己屏住呼吸而昏迷的。氧气不足或二氧化碳过量会损伤大脑,但在那之前,就会有某些原因让我们到达研究人员所说的屏气极点(break point),从而忍不住喘气。 解释屏气极点,有一种合理的假设认为,体内有专门的感受器来监控屏气相关的生理变化,并在大脑“宕机”之前启动呼吸。根据这种假设,上述感受器要么可以察觉出肺和胸腔的扩张时间过长,要么可以监测出,血液(或大脑)中氧气浓度在下降(或二氧化碳浓度在上升)。但这些想法似乎都站不住脚。从20世纪60年代到90年代,英国伦敦查灵十字医院亚伯•古兹(Abe Guz)实验室的海伦•R•哈蒂(Helen R. Harty)与约翰•H•艾西尔(John H. Eisele)分别通过多种实验,排出了肺部中存在体积感受器的可能性。当年在美国北卡罗来纳大学的帕特里克•A•弗卢姆(Patrick A. Flume)也得到了类似的结论。他们的实验显示,无论是肺移植病人(肺与脑之间的神经连接中断了),还是脊髓全麻的病人(胸肌的感觉感受器被阻断),都无法长时间屏住呼吸(不过有一点很重要,那就是这些麻醉实验没有影响到膈肌,后面我们就会讲到具体原因)。 |
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