معلومة

كيف يمكن تنفس البيرفلوروكربون؟

كيف يمكن تنفس البيرفلوروكربون؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد سمعت عن التنفس السائل ، حيث يتنفس الكائن الحي ، عادة الشخص ، في perflurocarbon. الآن بحثت عن مادة البيرفلوروكربون على ويكيبيديا ولاحظت أنه لا يوجد أكسجين على الإطلاق ، ولكن الفلور الذي يفضل الارتباط بالجزيئات بداخلك ويقتلك. أعني ، الفلور كهرسلبي بما يكفي لأكسدة الأكسجين. فلماذا لا يقوم البيرفلوروكربون بالفلورايد لكل جزيء أكسجين في جسمك يمنع خلاياك من العمل ويشكل فلوريد الكالسيوم في عظامك؟

كيف لا يُقتل شخص باستنشاق الكربون المشبع بالفلور؟ هل الأكسجين أكثر قابلية للذوبان في الكربون المشبع بالفلور؟ هل لا يدخل الكربون المشبع في الدم وبدلاً من ذلك يبقى في الرئتين؟ وحتى مع ذلك ، لماذا لا يتحول الأكسجين القادم إلى فلوريد الأكسجين؟ هل السبب ببساطة هو أن فلوريد الأكسجين له فترة نصف عمر قصيرة ، خاصة في درجة حرارة الجسم بحيث لا يتشكل بكميات كبيرة كافية؟ ولكن حتى مع ذلك ، ستظل تتنفس غاز الفلور الذي سيعود البعض منه في التنفس التالي. غاز الفلورين سام لأنه مؤكسد قوي يؤكسد أي شيء.


في أنظمة التنفس السائلة ، تكون مركبات الكربون المشبعة بالفلور مجرد ناقل خامل للأكسجين المذاب. اتضح أن الأكسجين وغازات الغلاف الجوي الأخرى تذوب بسهولة في مركبات الكربون المشبعة بالفلور دون أن تتفاعل معها كيميائيًا. يمكن لبعض المركبات الكربونية المشبعة بالفلور أن تحمل أكثر من 300 ضعف كمية الأكسجين التي تحملها الكمية المعادلة من الماء. تعتبر المركبات الكربونية الفلورية المشبعة مستقرة بشكل لا يصدق في ظل ظروف متوافقة مع الحياة ، ولا يتم تقسيمها إلى فلور حر في رئتيك أو دمك ، أو تتفاعل مع أنسجتك كثيرًا على الإطلاق. لا تعبر المركبات الكربونية الفلورية المشبعة واجهة الدم بالرئة بكميات كبيرة.


كيف يمكن تنفس البيرفلوروكربون؟ - مادة الاحياء

يحدث تبادل الغازات أثناء التنفس بشكل أساسي من خلال الانتشار. الانتشار هو عملية يتم فيها النقل بواسطة تدرج تركيز. تنتقل جزيئات الغاز من منطقة عالية التركيز إلى منطقة تركيز منخفض. الدم المنخفض في تركيز الأكسجين والمرتفع في تركيز ثاني أكسيد الكربون يخضع لتبادل الغازات مع الهواء في الرئتين. يحتوي الهواء في الرئتين على تركيز أكسجين أعلى من تركيزه في الدم المستنفد للأكسجين وتركيز أقل من ثاني أكسيد الكربون. يسمح تدرج التركيز هذا بتبادل الغازات أثناء التنفس.


هل يمكن للإنسان أن يتنفس السوائل؟

المياه العميقة والجسم البشري غير المحمي لا يلعبان جيدًا معًا - مثل ، على الاطلاق . ولكن ماذا لو كانت هناك طريقة للالتفاف حول القيود الكيميائية في الجسم ، وسيلة للغوص العميق دون الانحناءات أو تخفيف الضغط لفترة طويلة؟ في الواقع ، هناك. وكادنا نفكر في كيفية القيام بذلك دون أن نقتل أنفسنا في هذه العملية.

أخطار ديب

الحد المطلق الموصى به للغواصين الترفيهيين هو 130 قدمًا فقط ، والغوص الفني باستخدام قاع Trimix عند 330. وحتى ذلك الحين ، حصلت & # x27ve على أقل من خمس دقائق في العمق قبل أن تطلب تخفيف الضغط المراقب لتجنب الانحناءات (غير مخيف كلمة عندما يذوب النيتروجين في أنسجتك تحت الضغط الهائل لعمود الماء ، ويقذف في مجرى الدم أثناء الصعود ، وتموت من انسداد الدماغ). من المثير للاهتمام ، أنه بمجرد أن يصل جسمك إلى حد تشبع النيتروجين ، لا يهم إذا بقيت منخفضًا لمدة ساعة أو شهر ، فإن وقت تخفيف الضغط الخاص بك يصل إلى الحد الأقصى بشكل فعال.

هذه التقنية ، المعروفة باسم غطس التشبع ، هي كيف تمكن غواصو التعافي الذين يعملون على K-141 Kursk من قضاء ساعات 300 قدم تحت مستوى سطح البحر (وسط 10 أجواء من الضغط) وكيف تمكن الطاقم من البقاء على قيد الحياة. الهاوية كانوا قادرين على القيام بعملهم.

هواء سائل

ربما يكون المشهد الأكثر تذكرًا من فيلم الخيال العلمي الكلاسيكي لعام 1989 الهاوية هو عندما يتعين على شخصية Ed Harris & # x27 ارتداء بدلة غوص مليئة بالسائل من أجل النزول إلى خندق ماريانا. ويحاول أن يتنفس ما يبدو أنه ماء ساخن من لحم الخنزير لمنع الضغوط المحيطة من تفرقع رئتيه مثل البالونات الدموية. تبين أن هذا المشهد أقرب إلى الحقيقة العلمية من الخيال العلمي.

المادة عبارة عن مادة كربون مشبعة بالفلور (PFC) ، وهي سائل اصطناعي مفلور هيدروكربوني - شفاف ، عديم الرائحة ، خامل كيميائيًا وبيولوجيًا ، مع توتر سطحي منخفض وقدرة تحمل عالية لأكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تحتوي البيروفلوروكربون على ما يصل إلى ثلاثة أضعاف الأكسجين وأربعة أضعاف ثاني أكسيد الكربون مثل دم الإنسان. كما أنها تعمل كمبادلات حرارية فعالة للغاية. وهذا يجعل البيروفلوروكربون مثاليًا للاستخدام كوسيط تهوية سائلة (LV) للتطبيقات الطبية.

بدأ البحث في التهوية السائلة (عندما تتنفس سائلًا غنيًا بالأكسجين بدلاً من الهواء) و PFCs بشكل جدي بعد نهاية الحرب العالمية الأولى ، عندما بدأ الأطباء الذين يدرسون علاج استنشاق الغازات السامة في تطبيق المحاليل الملحية على الأشخاص الخاضعين للاختبار & # x27 ( في هذه الحالة ، الكلاب) الرئتين. تم تطوير PFCs نفسها في أوائل الأربعينيات كجزء من مشروع مانهاتن. أطلق عليها اسم & quot؛ أشياء جو & quot؛ & quot

ومع ذلك ، لم يكن & # x27t حتى الستينيات من القرن الماضي عندما انطلق الحقل حقًا. كانت ذروة الحرب الباردة ، وكان الجيش الأمريكي بحاجة إلى طريقة لزيادة عمق الهروب من الغواصات العديدة التي أوقفها في جميع أنحاء العالم في حالة حدوث عطل كارثي في ​​الأنظمة. في عام 1962 ، أظهر الدكتور يوهانس إيه كيلسترا وفريقه من جامعة ديوك أنه يمكن تكييف الفئران لاستنشاق محلول ملحي مؤكسج مضغوط إلى 160 جوًا (أو ميل واحد تحت مستوى سطح البحر) ، على الرغم من أنها ماتت بعد بضع دقائق من الجهاز التنفسي. الحماض (التسمم بغاز ثاني أكسيد الكربون). كان النظام بعيدًا عن الكمال ، لكنه أوضح أن مثل هذه التقنية كانت ممكنة بالفعل ، وإن لم تكن معقولة بعد.

أظهرت التجارب اللاحقة التي أجراها Leland C. Clark ، Jr. و Frank Gollan أن الفئران يمكن أن تتنفس PFCs في ظل الظروف الجوية العادية ، ويمكن أن تظل الفئران مغمورة لمدة تصل إلى 20 ساعة ، ويمكن أن تدوم القطط أسابيع. استخدمت دراستهم أيضًا زيوت السيليكون كبديل لمركبات الكربون المشبعة بالفلور ، ولكن كما اتضح ، فإن زيت السيليكون سام حقًا للثدييات (ولكن فقط بعد العودة إلى تنفس الهواء الطبيعي). تعد البيروفلوروكربون حاليًا وسيلة التهوية السائلة الوحيدة المقبولة التي نعرفها.

في عام 1989 ، بدأت التجارب على البشر في فيلادلفيا. تم إعطاء العديد من الرضع الذين هم على وشك الموت والذين يعانون من ضائقة تنفسية حادة تهوية سائلة كاملة - تملأ الرئتين تمامًا بسائل PFC مقابل ملئها إلى سعتها الوظيفية المتبقية - وأظهروا بعض التحسينات الفسيولوجية الملحوظة ، بما في ذلك الامتثال الرئوي وتبادل الغازات. وقد يكون هذا مجرد خدعة.

أثناء التطور الطبيعي ، تمتلئ رئتا الجنين & # x27 بالسائل الأمنيوسي ، وبمجرد ولادتهم ، تساعد مادة كيميائية تُعرف باسم الفاعل بالسطح على منع الرئتين من الانهيار. ومع ذلك ، فإن الأطفال المبتسرين لم يطوروا بعد ما يكفي من الفاعل بالسطح لمنع رئتيهم من الانطواء على أنفسهم ، لذلك عندما يتعرضون فجأة لجو غازي ، فإنهم يكافحون لمجرد التنفس.

هدفت تجارب فيلادلفيا إلى معرفة ما إذا كانت التهوية السائلة يمكن أن تعيد خلق الظروف داخل الرحم بدقة ، وتكون بمثابة خافض للتوتر السطحي الاصطناعي ، وتقلل من الإجهاد الناتج عن الولادة الجديدة. في حين أن الجهود كانت كافية لإنقاذ الأرواح ، استمرت التحسينات في أداء الرئة حتى بعد إزالة جهاز التنفس الصناعي ، وأثبتت أن التهوية السائلة كانت علاجًا فعالًا للأطفال الخدج.

العقبة الأخيرة

على الرغم من نجاحها النسبي خلال تجارب فيلادلفيا ، إلا أن التهوية السائلة الكلية (TLV) تظل إلى حد كبير إجراءً تجريبيًا. من أجل التحكم بدقة وأمان في أحجام PFC التي تتدفق داخل وخارج رئتي المريض ، تتطلب أنظمة TLV جهاز أكسجين غشائي ، ومسخن ، ومجموعة من المضخات لتوصيل PFC - بشكل أساسي ، جهاز تهوية سائل مخصص. لسوء الحظ ، لم يتجاوز هذا الجهاز مرحلة النموذج الأولي.

من ناحية أخرى ، تملأ التهوية السائلة الجزئية (PLV) حوالي 40 في المائة فقط من رئتي المريض و # x27s بـ PFC ، مع ملء السعة المتبقية بالهواء من جهاز التنفس الصناعي الغازي التقليدي. هذا يعني أنه يمكن استخدام PLV مع المعدات الحالية المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ويمكن استخدامه لعلاج إصابات الرئة الحادة وكذلك الخدج. يساعد PFC على طرد الحطام من الحويصلات الهوائية (على سبيل المثال ، من استنشاق الدخان) ، وفتح المسارات المسدودة ، ونقل الأكسجين إلى عمق أكبر في الرئتين مع حمايتهم من الانهيار وتقليل الأضرار الثانوية.

لكننا ما زلنا نتغلب على المشكلات التي قتلت الفئران Kylstra & # x27s. تمنع اللزوجة العالية لـ PFC من الدوران عبر الرئتين بكفاءة كافية لطرد ثاني أكسيد الكربون ومنع الحماض التنفسي. يجب عليك & # x27d تدوير السائل بمعدل 5 لترات في الدقيقة لمطابقة التمثيل الغذائي القياسي أثناء الراحة ، و 10 لترات في الدقيقة لأي نوع من النشاط ، ورئتا الإنسان ببساطة & # x27t قوية بما يكفي لمثل هذه المهمة.

بعبارة أخرى، الهاوية كان من الممكن أن يكون أكثر دقة إذا كان إد هاريس يحمل معه جهاز التنفس الصناعي. ولكن حتى ذلك الحين ، ربما لن يكون قد جعلها طويلة جدًا. [ويكيبيديا - العلوم اليومية - كيف تعمل الأشياء - المعهد الوطني للصحة - المركز الطبي بجامعة كانساس - المجلة البريطانية لأطباء التخدير]


نفسا من الكربون البيرفلوروكربوني المنعش

يستخدم توصيل الأدوية المستنشقة الهواء المستنشق لنقل الأدوية إلى المناطق المصابة بالمرض والحويصلات الهوائية في الرئتين. ومع ذلك ، فإن العديد من الأمراض المزمنة تحد من قدرة الأدوية المستنشقة على الوصول إلى المناطق المصابة. ديان نيلسون ، دكتوراه. طالبة في BME ، تعمل على ما تعتقد أنه الحل: مستحلبات الكربون المشبع السائلة.

لطالما اعتُبر توصيل الأدوية المستنشقة بمثابة المعيار الذهبي لعلاج الحالات التي تؤثر على الرئتين ، حيث يحمل الهواء المستنشق الأدوية إلى المناطق المصابة والحويصلات الهوائية في الرئتين. ومع ذلك ، فإن العديد من الأمراض ، مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) أو التليف الكيسي (CF) ، تسبب الالتهاب أو تراكم المخاط في الرئتين ، مما يحد من قدرة الأدوية المستنشقة على الوصول إلى المناطق المصابة. ديان نيلسون ، حاصلة على درجة الدكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية. طالبة في مختبر البروفيسور كيث كوك ، تعمل على ما تعتقد أنه الحل: مستحلبات الكربون المشبع بالفلور (PFC).

إذا تمكنا من إثبات أن طريقة التسليم هذه أفضل من الاستنشاق ، فنحن نأمل أن تكون هذه الطريقة في الحالات الشديدة أفضل من التهوية الميكانيكية.

ديان نيلسون, دكتوراه. طالبة في الهندسة الطبية الحيوية، جامعة كارنيجي ميلون

& # 8220 حلنا المقترح هو توصيل الأدوية عن طريق ملء رئتيهم بسائل ، وهذا سيمنحك توزيعًا موحدًا للأدوية ، & # 8221 يقول نيلسون. وبعبارة أخرى ، فإن طريقة PFC لتوصيل الدواء & # 8212a طريقة & # 160 لغسل محلول سائل يحتوي على جزيئات الدواء العالقة عبر الرئة & # 8212 لديه القدرة على إحداث ثورة في علاج أمراض الرئة.

بالنسبة لمعظم الناس ، فإن الفكرة الأولى التي تتبادر إلى الذهن عندما يسمعون الكلمات & # 8220 رئة مليئة بالسائل & # 8221 واضحة: الغرق. ومع ذلك ، فإن مركبات الهيدروكربون المشبعة بالفلور لها قابلية عالية للذوبان في الأكسجين ، مما يعني أنه يمكن تشبع السائل بالأكسجين حتى يتمكن الجسم من مواصلة التنفس على الرغم من امتلاء الرئتين تمامًا بالسائل. في الواقع ، قد تساعد سوائل PFC في الواقع على زيادة امتصاص الأكسجين عن طريق إزالة انسداد المخاط ، ولها آثار جانبية إضافية تتمثل في إظهار صفات مضادة للالتهابات.

مصدر: كلية الهندسة بجامعة كارنيجي ميلون

إلقاء نظرة فاحصة على عملية توصيل الأدوية عن طريق ملء الرئتين بـ PFC

التحدي الأكبر الذي يطرحه توصيل أدوية PFC ليس في الواقع في الطبيعة السائلة لمركبات الكربون المشبعة بالفلور ، ولكن في كيفية تفاعلها مع السوائل الأخرى ، يجب أن تكون معظم الأدوية التي يتم تقديمها في صورة سائلة قابلة للذوبان في الماء لتكوين محلول مائي. & # 8220 يحاول العديد من الأشخاص توصيل الأدوية باستخدام هذه الطريقة ، & # 8221 يشرح نيلسون ، & # 8220 لكن المشكلة هي أن الماء و PFC لا يذوبان معًا. نحتاج إلى توزيع موحد ، لكن إذا وضعناهما معًا فسيكون مثل الماء والزيت: الماء في القاع ، والزيت في الأعلى. & # 8221

هذا & # 8217s حيث يأتي دور بحث Nelson & # 8217s. تعمل نيلسون على تطوير طريقة لإيصال الأدوية باستخدام البيروفلوروكربون السائلة ، وهو موضوع ندوة عبر الويب لفكر CMUT قدمتها عن عملها في أكتوبر.

الخطوة الأولى هي إذابة الأدوية في الماء. بعد ذلك ، يتم الجمع بين محاليل الماء والعقاقير هذه مع PFC وفلوروساتكتور ، وهو عامل نشط على السطح. & # 8220 كما قلت ، الماء والزيت ، ولكن إذا وضعت القليل من الصابون في المنتصف فهذا يساعد في مزج الاثنين معًا. & # 8221 يتم صوت الخليط ، مما يعني أن الموجات الصوتية تنفجر من خلال المحلول تشتت الماء إلى صغير قطرات الرذاذ.

& # 8220 الخافض للتوتر السطحي مثل الصابون ، & # 8221 يشرح نيلسون. & # 8220 يعمل كغطاء للمياه ويصنع قطرات صغيرة تنتشر بالتساوي في جميع أنحاء PFC. & # 8221

& # 8220 حتى الآن ، تم إجراء التهوية السائلة نفسها سريريًا. هذا & # 8217s مجرد وضع PFC في رئتي المريض & # 8217s ، بدون إضافة أدوية ، & # 8221 قال نيلسون ، & # 8220 إذا استطعنا إظهار أن طريقة التسليم هذه أفضل من الولادة عن طريق الاستنشاق ، فعندئذٍ نأمل أن يحدث هذا في الحالات الشديدة. تكون أفضل من التهوية الميكانيكية حيث تضيف فقط المضادات الحيوية إلى مجرى الدم بدلاً من الرئتين مباشرة. & # 8221

تعد هذه الطريقة بتطبيقات محتملة لمجموعة متنوعة من الحالات إذا نجحت. بالنسبة لحالات مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن ، والتليف الكيسي ، ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة ، يمكن أن تثبت مستحلبات PFC طريقة جديدة فعالة للقضاء على الالتهاب والمخاط أثناء عملية توصيل الدواء ، مما يقلل من خطر الإصابة بالعدوى المزمنة مع زيادة قدرة المريض على التنفس بعمق. إن التهوية السائلة ، بدون الأدوية ، تُلاحظ بالفعل استخدامها في وحدات حديثي الولادة على الأطفال المبتسرين ذوي الرئة المتخلفة. تم اعتبار هذه الطريقة كبديل لتوصيل الدواء عن طريق الوريد في بعض الحالات. على عكس التوصيل الوريدي ، فإن الأدوية التي يتم توصيلها عبر الرئتين تتجاوز المرور الأول عبر الكبد ، والذي يمكنه غالبًا تصفية الكثير من الدواء من الدم قبل أن تتاح له فرصة الوصول إلى باقي الجسم.

باختصار ، الفوائد المحتملة لعمل Nelson & # 8217 واعدة بقدر تنوعها. لتركك مع السطر الختامي لعرضها الفائز من CMU & # 8217s 2017 مسابقة أطروحة مدتها ثلاث دقائق ، & # 8220 تسليم الأدوية الكربونية الفلورية طريقة رائعة لمساعدة المرضى على التنفس بشكل أسهل. & # 8221


لماذا لا ننظر إلى خنفساء بومباردييه للإلهام؟

في الأساس ، غدتان بهما مواد كيميائية تتفاعل عندما تختلط. لذلك يأخذ المخلوق نفسًا عميقًا ويفتح فمه وينفخ أثناء رش المواد الكيميائية من الغدد. تختلط المواد الكيميائية وتشتعل ، مما يعني أنك لست بحاجة إلى شرارة لتشتعل فيها النيران.

الثعابين لها غدد تحتوي على سم ، وبعض الثعابين قادرة على البصق. امزج في بيولوجيا خنفساء بومباردييه ، والمخلوق الذي يحتوي على غدد تحتوي على مواد كيميائية تتفاعل عن طريق الاشتعال ويمكن أن يبصق / يرش الخليط الكيميائي ممكنًا بيولوجيًا وعلميًا.

في الأساس - نعم. نعلم أن هناك بكتيريا وعمليات هضمية تنتج الميثان وغازًا قابلًا للاشتعال ، ويمكن من الناحية النظرية أن ينتج تنين به هذه البكتيريا داخله مستويات عالية من الميثان. نعلم أن هناك كائنات حية بها مثانات لتخزين أشياء مثل السم والحبر والسوائل الدفاعية الأخرى. الشيء الوحيد الذي نحتاجه هو طريقة لإنتاج حرارة كافية. أعتقد أن نموذج ثعبان البحر الكهربائي يمكن أن يعمل هنا - إذا كان التنين قادرًا على بناء طاقة كهربائية كافية لشرارة كبيرة داخل فمه (ربما من جانب إلى آخر؟) ، يمكن أن يشعل غاز الميثان. مرت وطرد.

تم استكشاف هذه الفكرة بعمق في فيلم بعنوان Dragons: A Fantasy Made Real. لقد افترضوا أن التنانين قد تنتج نفسًا ملتهبًا من خلال الاستفادة من التفاعل الطبيعي للبكتيريا في الأمعاء التي تنتج الهيدروجين كمنتج ثانوي. سيتم توجيه الهيدروجين إلى المثانة التي تتضاعف كمساعدة طيران. كانت هذه التنانين تأكل من عروق البلاتين أو البلاديوم. نظرًا لأن كلا من البلاتين والبلاديوم يتسببان في الاحتراق عند تعرضهما للهيدروجين ، فإن زفير الهيدروجين من المثانة سينتج نفسًا ملتهبًا طالما أن المخلوق يحتوي على مخازن الهيدروجين ، بشرط أن لا يزال لديه أي غبار معدني في فمه.


هل يمكن للإنسان أن يتنفس السوائل؟

استنشقه - الهواء من حولك يتكون من 78٪ نيتروجين و 21٪ أكسجين و 1٪ أرجون. خلال حياتك ، ستستنشق وتزفر هذا المزيج الواهب للحياة 672،768،000 مرة. عناق كبير للهواء من حولك.

لكن هل تساءلت يومًا ما إذا كان بإمكانك التنفس سائل؟ صورت قصص الخيال العلمي مرارًا وتكرارًا هذا الاحتمال ، وأشهرها في فيلم جيمس كاميرون في أعماق البحار. الهاوية. هل يمكن فعل ذلك؟

في الواقع ، يمكنها ، وقد فعلت ذلك بالفعل.

قبل أن نوضح كيف ، قد يساعد ذلك في فهم سبب قدرتنا على التنفس ، على سبيل المثال ، الماء أو الحليب. لا يتعلق الأمر بالاختلافات الفيزيائية بين تلك المواد والهواء ، بل يتعلق أكثر بحقيقة أنها لا تحتوي على ما يكفي من الأكسجين المذاب. تعمل الرئتان عن طريق سحب الأكسجين من الهواء ، ويمكنهما استخراج ما يكفي من معظم السوائل لأن معظم السوائل ببساطة لا تحتوي على الكثير. ومع ذلك ، هناك البعض الذي يمتص الأكسجين مثل الإسفنج.

يعود البحث في مجال التنفس السائل إلى أوائل القرن العشرين ، لكنه بدأ بالفعل في حالة تأهب قصوى مع أول تخليق لمركبات الكربون المشبعة بالفلور (PFCs) خلال مشروع مانهاتن في أربعينيات القرن الماضي. كان العلماء يبحثون عن مواد قاومت هجوم مركبات اليورانيوم التفاعلية ، عندما عثروا على مركبات الكربون الكلورية فلورية. هذه المركبات ، المكونة من الكربون والفلور فقط ، خاملة ، عديمة اللون ، وعديمة الرائحة ، مع عدم وجود آثار ضارة واضحة على جسم الإنسان. والأكثر من ذلك ، أنها شديدة الذوبان في الغازات المذابة ، وقادرة على امتصاص المزيد من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون أكثر من الدم.

جعل هذا العلماء يتساءلون عما إذا كانت الحيوانات تستطيع أن تتنفس مركبات الكربون المشبعة بالفلور. في واحدة من أولى الدراسات التي تسعى إلى إشباع هذا الفضول ، قام الباحثون بغمر الفئران والقطط في PFC ، ووجدوا أنها تتنفس بشكل جيد لأسابيع. ومع ذلك ، عانت الحيوانات من ضرر رئوي من التعرض طويل المدى ، ربما بسبب ضعف التخلص من ثاني أكسيد الكربون - لم تستطع الحيوانات الزفير بشكل فعال. وجدت الدراسات اللاحقة أن التهوية الميكانيكية كانت مطلوبة لحل هذه الآثار السيئة. في الأساس ، كانت هناك حاجة إلى آلة لاستنشاق وزفير السائل الأكثر كثافة للرئتين بحيث تمت إزالة ثاني أكسيد الكربون في الوقت المناسب.

تعلم دروسًا من التجارب السابقة على الحيوانات ، في عام 1989 ، تساءل الأطباء في كلية الطب بجامعة تمبل عما إذا كان التنفس السائل يمكن أن يساعد الأطفال المبتسرين الذين يعانون من ضائقة تنفسية حادة والذين فشلت معهم جميع العلاجات الأخرى. لقد ملأوا جزئيًا رئتي ثلاثة أشخاص بـ PFC ، مشيرين إلى بعض التحسينات في حالات الأطفال. لكن الثلاثة ماتوا في النهاية.

بعد سبع سنوات ، جرب فريق آخر يستخدم تقنيات التنفس السائلة المكررة التهوية السائلة PFC على 13 طفلًا مبتسرًا يعانون من ضائقة تنفسية حادة ولم يكن من المتوقع أن يعيشوا على قيد الحياة. أدى التنفس السائل إلى تحسن بالنسبة لغالبية الأطفال ، من المحتمل عن طريق تثبيت الحويصلات الهوائية وتقليل التوتر السطحي داخل الرئتين الوليدة. بعبارة أكثر بساطة ، كانت الرئة الأولية & # 39 & # 39t جاهزة لبيئة الغاز ، وقدمت PFC جسرًا مغذيًا كان السائل الأمنيوسي في الرحم والهواء الخارجي. بشكل لا يصدق ، نجا ثمانية من الرضع في متابعة لمدة أربعة أشهر.

تمت محاولة التهوية السائلة أيضًا على البالغين المصابين بأمراض خطيرة والذين يعانون من اضطرابات الرئة.

الآن بعد أن عرفنا أن البشر يستطيعون استنشاق مركبات الكربون المشبعة بالفلور ، فإن السؤال الواضح هو لماذا نريد ذلك؟ إلى جانب تثبيت رئتي الأطفال حديثي الولادة ، أظهرت التجارب الطبية أي فوائد واضحة. نظريًا ، يمكن أن يمنع التنفس السائل الغواصين العميقين من الاستسلام للانحناءات & # 34 ويحمي رواد الفضاء من قوى G التي تضر بالرئتين ، لكن البيروفلوروكربون غير مناسب لكلا هذين التطبيقين ، لذا يجب اختراع وسيط سائل جديد أولاً. ستكون هناك حاجة أيضًا إلى أجهزة تهوية ميكانيكية مصممة خصيصًا لتدوير السائل من أجل التبادل المناسب للأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

باختصار ، سائل التنفس ممكن ، لكن لا تحاول ذلك لإبهار الضيوف في حفل العشاء القادم.


9 إجابات 9

لن أستخدم النيتروجين السائل. سأستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل ، CO2. هناك عدة أسباب لذلك.

يمكن أن يوجد ثاني أكسيد الكربون كسائل في درجات الحرارة المحيطة تحت ضغط كافٍ. لا يمكن للنيتروجين لأن درجة حرارته الحرجة أقل بكثير. وفقًا لمصطلحات الشخص العادي ، عند أي درجة حرارة أعلى من 126 كلفن (-147 درجة مئوية) ، تصبح الكثافة (وغيرها من الخصائص) لغاز النيتروجين والنيتروجين السائل متطابقة ، لذلك لا يوجد تمييز بين الغاز والسائل ولا يحدث تبريد بالتبخير عند تحرير الضغط. لذا ، إذا كنت تستخدم النيتروجين ، فإن التنين الخاص بك سيحتاج إلى طريقة لتخزين النيتروجين السائل ، ووسيلة لتوليدها.

من ناحية أخرى ، يمكن أن يوجد ثاني أكسيد الكربون كسائل في درجة الحرارة المحيطة إذا تم تطبيق ضغط كافٍ عليه (56 ضغط جوي عند 20 درجة مئوية). عندما يتم تحرير الضغط من خلال صمام بسيط ، تتحرر الجزيئات من القوى الجاذبة في السائل ، الأمر الذي يتطلب طاقة وبالتالي يسبب التبريد. هذا هو بالضبط ما يحدث عند استخدام طفاية حريق ثاني أكسيد الكربون. (على الرغم من أن الفكرة هي خنق النار ، إلا أن من الآثار الجانبية إنتاج الثلج الجاف).

المرح مع طفايات الحريق (لا تجرب ذلك في المنزل!) https://www.youtube.com/watch؟

عندما يتبخر ثاني أكسيد الكربون ، فإنه يتطلب 3 أضعاف الطاقة لكل وحدة كتلة من النيتروجين السائل ، وبالتالي فإن تأثير التبريد في درجة الحرارة المحيطة سيكون أكبر. ومن المفارقات ، أن درجة حرارة نقطة الغليان أعلى من النيتروجين السائل لهذا السبب بالتحديد: -78 درجة مئوية عند الضغط الجوي بدلاً من -195 درجة مئوية. (كمضاعف إضافي ، تكون درجة تجمد ثاني أكسيد الكربون أعلى من -78 درجة مئوية ، لذلك يمكن ذلك فقط توجد كسائل عندما ترتفع درجة غليانها عن طريق الضغط العالي.)

مادة كيميائية / كيميائية حيوية

من أين يحصل التنين على غازها؟ إذا كان نيتروجينًا ، فسيتعين عليها الحصول عليه من الغلاف الجوي وتسييله بطريقة ما ، إما عن طريق موسع أو عبر دورة تبريد منفصلة ، وكلاهما يبدو مستحيلًا من الناحية البيولوجية.

إذا كانت تستخدم ثاني أكسيد الكربون ، فيمكنها إنتاجه كيميائيًا ، وقد يكون بعد ذلك بالفعل تحت الضغط. قد تفعل ذلك بعدة طرق:

  1. استخدم التمثيل الغذائي الطبيعي. من غير المحتمل أنه سيكون من الممكن تكوين ضغوط عالية من ثاني أكسيد الكربون بهذه الطريقة ، على الرغم من ذلك ، دون جعل الدم حمضيًا جدًا.
  2. استخدم ثاني أكسيد الكربون من أنفاسها النارية ، إن وجدت. سيكون هذا غير فعال للغاية ، وسيواجه مرة أخرى مشكلة توليد ثاني أكسيد الكربون في البيئة المحيطة
  3. اذهب إلى أرض قاحلة مجمدة وتناول ثاني أكسيد الكربون

تناول الطباشير ، واستخدمه لتوليد ثاني أكسيد الكربون ، من خلال التفاعل CaCO3 + Acid = Ca ملح + CO2. يمكن أن يأتي الحمض من التمثيل الغذائي الطبيعي.

بالنسبة لـ 4 ، باستثناء أن الحمض يأتي من مصدر خارجي. على سبيل المثال ، قد يذهب التنين إلى بركان ويتغذى على الكبريت (الكبريت) الذي يمكنه بعد ذلك حرقه (مما ينتج نفسا ناريًا دون إزعاج الاضطرار إلى توليد كميات كبيرة من الوقود من خلال عملية التمثيل الغذائي.) عندما لا يتنفس النار ، التنين. قد يحول الكبريت ببطء إلى SO3 و H2SO4 في بطنها ، ويتفاعل مع الطباشير لجعل ثاني أكسيد الكربون تحت الضغط. هذه طريقة واقعية تمامًا للتنين لإنتاج نفس جليدي بدون أيض أو مشاكل في الهندسة الميكانيكية. المشكلة الوحيدة المتبقية هي المواد ، والتي كانت دائمًا مشكلة مع التنانين التي تنفث النار على أي حال.

غازات أخرى

تشمل الغازات المناسبة الأخرى البروبان (يتطلب مرة أخرى طاقة أكبر لكل وحدة كتلة من النيتروجين للتبخير أكثر من النيتروجين ، ويمكنني القول من التجربة أن دفقة من البروبان "تشعر" بأنها أكثر برودة من النيتروجين.) يمكن أن يختار التنين تنفس البروبان الجليدي ، أو بدلاً من ذلك أشعلوه واستنشقوا النار.

أول أكسيد الكربون ، CO هو احتمال آخر (شديد السمية وقابل للاشتعال بشكل معتدل بالإضافة إلى كونه غازًا) ولكن نقطته الحرجة أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة ، مثل النيتروجين. تستخدم العديد من الكائنات الحية الموجودة حمض الفورميك كسلاح ، ويتحلل حمض الفورميك بشكل تحفيزي إلى أول أكسيد الكربون والماء.

يتناسب ثاني أكسيد الكبريت مع فكرة الكبريت. تبلغ درجة غليانها -10 درجة مئوية ، والتي ربما تكون مرتفعة قليلاً ، وهي سامة ومسببة للتآكل. سيكون توليد ثاني أكسيد الكبريت كيميائيًا تحت الضغط أمرًا صعبًا بسبب الحاجة إلى الأكسجين الجوي ، إلا إذا استنشق التنين الهواء وغاص إلى أعماق كبيرة مثل حوت العنبر من أجل ضغط الأكسجين.


ما سر حبس أنفاسك؟

متى يمكنك نستغرق؟ أحاول ذلك الآن. أول 30 ثانية سهلة. أنا مستعد للاستسلام في 45 ثانية لكنني أواصل العمل ، ويبدو أنه أصبح أسهل لبعض الوقت. ولكن مع مرور عقرب الثواني بعد مرور دقيقة ، أعلم أنني في وقت مستعار. قلبي ينبض. أخرجت نفسًا صغيرًا وهذا يساعد. في النهاية استسلم ، وطرد الهواء المستهلك في رئتي وأخذ شهيقًا كبيرًا. (واستمر في اللهاث لبضعة أنفاس أخرى ، مما دفع زوجي إلى التساؤل عما أفعله على الأرض). أدير دقيقة واحدة و 12 ثانية. أنا معجب جدا بنفسي.

تصبح القدرة على حبس النفس أمرًا بالغ الأهمية في بعض الرياضات ، وخاصة الغوص الحر. في عام 2006 كنت أصور برنامجًا عن تشريح ووظائف الرئتين لمسلسل على قناة بي بي سي يسمى ، بشكل غريب بعض الشيء ، لا تموت يونغ. كنت محظوظًا بما يكفي لمقابلة سام كيربي (الآن سام أمبس) ، الذي كان قائد الفريق الحر في المملكة المتحدة. علمتني في حمام سباحة في بريستول بعض التمارين البسيطة لمساعدتي على حبس أنفاسي لفترة أطول أثناء السباحة تحت الماء. بنهاية الجلسة لم أكن قد تحررت - لقد كسرت أحد الأحياء الأحادية الثمينة لسام في قاع البركة ، وأعتقد أنني تمكنت من حبس الأنفاس لمدة 90 ثانية ، وهو ما يكفي للسماح لي بالسباحة عرض. سبح سام ثلاث مرات بسهولة. يمكنها حبس أنفاسها لمدة خمس دقائق أثناء السباحة. خمسة!

سألتها كيف فعلت ذلك: تنفس بطيء جدًا لعدة دقائق قبل كل غوص ، ثم تنفس عميق عميق قبل الغوص. وقالت أيضًا إن التدريب ساعدها على مقاومة الرغبة في التنفس لفترة أطول بكثير من معظم الناس.

اقترح البعض أن القدرة على حبس أنفاسك طواعية هي دليل على حلقة مائية في التطور البشري. لقد قيل أن البشر لديهم القدرة على خفض معدل ضربات القلب ومعدل الأيض من أجل حبس النفس لفترة أطول. تم ربط القطع والأجزاء التشريحية والفسيولوجية الأخرى - فقدان الشعر ، وتوزيع الدهون تحت الجلد ، وحتى ميلنا إلى المشي على قدمين - بمرحلة مائية من التطور التطوري. لسوء الحظ ، فإن "فرضية القرد المائي" المرصوفة بالحصى تفشل في الحفاظ على الماء. إنها فكرة رومانسية قد تروق لنا ، ولكن مع ضوء النهار البارد الذي يسقط على الأدلة العلمية ، تبين أنه ليس أكثر من خيال.

بالنظر إلى حبس الأنفاس الطوعي ، اتضح أننا بالتأكيد لسنا فريدين بين الثدييات غير المائية في قدرتنا على حبس أنفاسنا. (بعد قولي هذا ، من الصعب التحقيق في الثدييات الأخرى لأنها ، على عكس البشر ، تميل إلى عدم الامتثال عندما تطلب منهم حبس الأنفاس). وتظهر الأدلة التجريبية أن معدل ضربات القلب لا ينخفض ​​أثناء حبس النفس. على الأقل ، لا يحدث ذلك إذا كنت تحبس أنفاسك على الأرض. عندما تكون مغمورًا في الماء البارد ، فهذه قصة مختلفة: تبريد الوجه يؤدي إلى تباطؤ معدل ضربات القلب لدى معظم الناس. ولكن ، مرة أخرى ، هذا ليس دليلاً على وجود أسلاف للقرد المائي ، حيث اتضح أنه خاصية عامة جدًا للفقاريات التي تتنفس الهواء. هذا الانخفاض في معدل ضربات القلب هو مجرد أحد الاستجابات الفسيولوجية التي توصف أحيانًا معًا باسم "منعكس الغوص للثدييات". لكن الاستجابات الفسيولوجية التي يمكن أن تكون مفيدة في الغوص هي أيضًا - وربما الأهم من ذلك - مفيدة لعدم الغرق.

في حين أن قدرتنا على حبس الأنفاس قد لا تكون مميزة إلى هذا الحد ، عندما نقارن أنفسنا بالحيوانات الأخرى ، فإنها تثبت الآن أنها مفيدة جدًا في مجال معين من الطب. يشمل العلاج الإشعاعي لسرطان الثدي توجيه الإشعاع بدقة شديدة إلى الورم. قد يتطلب هذا إشعاعًا يستغرق عدة دقائق ، ولذلك يتم إجراؤه عادةً على دفعات قصيرة بين الأنفاس. ولكن إذا استطاع المريض الحفاظ على صدره ثابتًا تمامًا لعدة دقائق ، فهذا يعني أنه يمكن إعطاء الجرعة بأكملها ، في المكان المناسب ، دفعة واحدة. المشكلة ، بالطبع ، هي أن معظم الناس ، مثلي تمامًا ، يكافحون لحبس أنفاسهم لفترة أطول من دقيقة. لكن الأطباء في مستشفى جامعة برمنغهام أجروا مؤخرًا تجارب دقيقة تظهر أنه إذا تم تهوية المرضى بهواء غني بالأكسجين قبل محاولة حبس النفس ، فيمكنهم أن يحبسوا أنفاسهم لمدة خمس دقائق ونصف مثيرة للإعجاب.

والمثير للدهشة أن الحيلة تبدو وكأنها تكمن ، ليس في خداع أجهزة استشعار الجسم المعتادة لانخفاض الأكسجين أو ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم ، ولكن في خداع الحجاب الحاجز. عندما تتنفس ، فإنك تنقبض عضلة الحجاب الحاجز ، وتسحبها بشكل مسطح بحيث يزداد حجم صدرك - ويسحب الهواء إلى رئتيك. عندما تحبس أنفاسك ، تحافظ على حجابك الحاجز في حالة الانقباض هذه. قد يعمل رفع مستويات الأكسجين بشكل مصطنع وتقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون قبل حبس النفس ، كما هو الحال في تجارب العلاج الإشعاعي في برمنغهام ، عن طريق تأخير التعب في الحجاب الحاجز. و - ليس مفيدًا جدًا إذا كنت تحاول الحفاظ على صدرك ثابتًا تمامًا - فإن تنفس القليل من الهواء يتيح للحجاب الحاجز الاسترخاء قليلاً ، ويساعدك على إطالة فترة حبس الأنفاس ، تمامًا كما وجدته عند محاولة حبس أنفاسي. وبالتالي فإن الحجاب الحاجز ، العضلة الرئيسية للتنفس ، هو المسؤول أيضًا عندما يتعلق الأمر بالوصول إلى نقطة توقف حبس أنفاسك. في النهاية ، حتى لو كنت قد خدعته لفترة من الوقت ، فإن الإشارات من الحجاب الحاجز تكون قوية جدًا ، وعليك الاستسلام - والتنفس.


تجارب الثدييات

قام فريق مكون من باحثين يابانيين وأمريكيين بتوفير الأكسجين للقناة الشرجية للحيوانات المستخدمة في تجاربهم. هذه المنطقة لها بطانة رقيقة نسبيًا مقارنة ببقية الأمعاء. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي البطانة الموجودة في المنطقة على العديد من الأوعية الدموية ، والتي قد تكون مفيدة لامتصاص الأكسجين.

بدون إمدادات معوية من الأكسجين النقي ، لم تنجو أي فئران في مجموعة الاختبار لمدة 11 دقيقة في بيئة منخفضة الأكسجين. ثم تم إرسال الأكسجين إلى المستقيم لمجموعة أخرى من الفئران التجريبية. 75٪ من هذه الحيوانات نجت لمدة خمسين دقيقة في بيئة منخفضة الأكسجين. تم تآكل أمعاء الحيوانات للسماح بامتصاص كمية كافية من الأكسجين الذي تم إدخاله. يقول الباحثون أن الكشط لن يكون مناسبًا في بيئة سريرية تشمل مرضى من البشر.

تم إجراء تجربة أخرى على الخنازير التي تعرضت لبيئة منخفضة الأكسجين. ومع ذلك ، لم يكن مستوى الأكسجين منخفضًا بما يكفي ليكون مميتًا. تم إمداد بعض الحيوانات بسائل يحتوي على الكربون المشبع بالفلور المؤكسج عبر أمعائها ولكنها لم تتعرض للتآكل المعوي. يستخدم المركب بالفعل لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الجهاز التنفسي ، على الرغم من أنه يتم إعطاؤه إلى الرئتين وليس الأمعاء.

مقارنة بالحيوانات التي لم تحصل على أكسجين إضافي ، كانت الفئران التي تتلقى الأكسجين المعوي قادرة على المشي لمسافة أطول ، ووصل المزيد من الأكسجين إلى قلبها. لوحظت نفس الفوائد في تجربة الخنازير. بالإضافة إلى ذلك ، فقدت الخنازير التي تلقت الكربون المشبع شحوب جلدها وبرودة بشرتها. يبدو أنه لا توجد آثار جانبية من العلاج. لم تظهر أنسجة الحيوانات بعد الوفاة أي تغيرات غير متوقعة أو خطيرة.

Intra-rectal delivery of a liquid form of O2 known as conjugated perfluorocarbon, a compound historically used in clinics for liquid ventilation through airway administration, is highly tolerable and efficacious in ameliorating severe respiratory failure.

— Ryo Okabe at al, Cell Press


Risk Factors - Acute Respiratory Distress Syndrome

You may have an increased risk of ARDS because of infection, environmental exposures, lifestyle habits, genetics , other medical conditions or procedures, race, or sex. Risk factors can vary depending on your age, overall health, where you live, and the healthcare setting in which you receive care.

Infections are the most common risk factors for ARDS. These may include:

  • Flu or other viruses , such as respiratory syncytial virus and SARS-CoV-2, the virus responsible for COVID-19. Watch this video to learn more about how COVID-19 affects the lungs. Additionally, we offer information and resources on how we are working hard to support necessary COVID-19 research.
  • Sepsis , a condition in which bacteria infect the bloodstream
  • Uterine infection in the mother, affecting a newborn’s lungs

Being exposed to air pollution for weeks or months can make you more vulnerable to ARDS.

Habits that harm the health of your lungs increase your risk of ARDS. وتشمل هذه:

The genes you inherit may put you at an increased risk for ARDS. These genes play a role in how the lungs respond to damage.

Other medical conditions, injuries, or medical procedures can raise your risk for ARDS. These may include:

The risk of developing ARDS is higher among nonwhite groups.

Among children, boys are at a higher risk of ARDS than girls are.

Learn more about how ARDS in newborns is different from respiratory distress syndrome, a similar breathing condition that also affects newborns.

Both ARDS and respiratory distress syndrome (RDS) are breathing disorders that affect newborns. They have some similar risk factors and signs . However, the causes of the conditions are different. RDS occurs most often in preterm babies whose lungs are not fully developed. In ARDS, the newborn’s lungs are fully developed, but damage from an injury, infection, or inflammation causes the lungs to stop working well.


شاهد الفيديو: تمارين التنفس العميق -diaphragmatic breathing exercises (أغسطس 2022).