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拯救生命 人類的屏氣能力受哪些限制，更好理解這個問題在醫學上有重要意義。比如，治療乳腺癌時，病人會接受放療，目標是讓整個腫瘤接受致命劑量輻射的同時，又不損害周圍的健康組織。放療過程中，病人有好幾分鐘暴露于輻射，此時必須盡力讓胸部保持不動。可是要這么長時間屏住呼吸是不現實的，目前實際運用的是短脈沖輻射，在病人吸氣間隔，也就是胸腔運動最少的時候進行照射。但是，每次呼吸胸部都會移動，之后不一定會精確回到原來的位置。我和醫學物理學家斯圖爾特·格林(Stuart Green)、臨床腫瘤學家安德里亞·史蒂文斯(Andrea Stevens)以及麻醉師克拉頓·布洛克(Clutton-Brock)在伯明翰醫學院慈善基金(University Hospital Birmingham Charities)的資助下，正在嘗試讓屏氣時間延長到能夠進行放療。 對那些需要強行拘禁嫌疑犯的執法人員來說，了解屏氣的知識也很有價值。全世界每年都會有一些人在拘押期間意外身亡。新陳代謝率提高、胸腔壓縮、血氧濃度降低、血液二氧化碳濃度升高等都會縮短人的屏氣時間。因此，相比放松狀態的人，憤怒的人在掙扎或被強行壓制時可能需要提早吸氣。 2000年，查靈十字醫院的安德魯·R·康明(Andrew R. Cummin)帶領團隊開展了一項研究，他們讓八位健康的實驗者先中速騎車1分鐘，再盡最大可能呼氣，然后屏住呼吸，觀察會出現什么狀況。結果發現，受試者屏氣的最長時間驟降至15秒，平均血氧量急劇下降，其中兩人出現心跳不規律。因此，研究人員得出結論，“強行羈押過程中，短時間呼吸停止也許會導致原因不明的死亡”。執法機構需要仔細謹慎地制定有關運用監禁的規則，并且認真觀察監禁情況。 這些關于屏氣的研究為人體生理學的很多重要方面打開了窗口。當然，將來還會有更多開創性的發現，尤其是關于膈肌本身——讓我們屏息期待吧。 精彩速覽 屏氣時間的長短是由什么決定的？通常早在大腦或身體消耗完所有氧之前(對氧氣的需要是顯而易見的限制因素)人就會喘氣。 什么因素限制著我們對呼吸節奏的控制，這一直是個難以研究的問題。但數十年研究的結果顯示，膈肌起著重要的作用，膈肌收縮會使肺擴張。 目前最合理的假說認為，膈肌向大腦發送信號，說明它收縮的時間以及它對氧氣消耗程度或二氧化碳上升水平將做出的生化反應。起初這些信號僅引起輕微不適，到最后大腦發現不適感非常強烈時，就會迫使呼吸再次開始。 屏氣極點如何產生？ 屏氣極點，是指屏住呼吸一段時間后感到不得不喘氣的那個時刻。和冥想、吸入純氧、清除體內二氧化碳等方法一樣，訓練能夠延遲屏氣極點的出現。但要找到真正決定屏氣極點的因素卻十分困難。不過，研究工作已經排除了某些可能，或許我們快要看到科學解釋出現了。 已被排除的假說 血液氣體化學受體：人體中只有頸動脈內有感應血氧濃度的感受器結構，而頸動脈和腦干中有感受二氧化碳的感受器。氧氣和二氧化碳的氣體交換是呼吸的關鍵目的，所以這些感受器作為屏氣極點的控制器似乎是合理的。但事實則不然：如果是由它們來控制，那么這兩種氣體的臨界濃度就百分之百決定了屏氣極點，但實驗結果并非如此。 肺部體積感受器：監測胸腔或肺部擴張程度的感受器也可能決定屏氣極點。然而實驗顯示，切斷或麻痹相關的神經并沒有影響屏氣極點。 目前最合理的假說 膈肌向腦發送神經信號：膈肌收縮使肺充盈。大多數證據認為，膈肌向大腦發送“不適”信號，告知大腦已經屏住呼吸多長時間。然后，大腦在潛意識中衡量該信號以及其他因素，最后判斷出多大程度的不適感是能夠忍受的。 冠軍的秘密 屏氣時間超長的人往往遵循以下四條關鍵原理。但是，延長屏氣時間會帶來極大的危險：失去意識、腦損傷、死亡。周圍一定要保證有醫療救助。 肺部極度充盈：有些運動員能讓肺部極大擴張，超過正常的最大限度。他們運用一種叫做口腔抽吸的技術，有節奏地運動口腔底部以吸入更多的空氣。不過，肺部壓力增大會提高動脈氣體栓塞的風險，血液中的氣泡會損傷大腦或冠狀毛細血管。 放松，降低新陳代謝： 人在靜息狀態時，每分鐘新陳代謝消耗大約0.36升氧氣。禁食12小時、靜躺時氧氣消耗量會更低，只有每分鐘0.27升，肺里空氣可以支撐的時間會延長33%。 吸入純氧：通常，新鮮空氣中只有21%的氧氣。研究顯示，吸入純氧能夠使屏氣時間翻倍。但這樣做也會增加潛在的危險，一旦肺內的氧氣都消耗完，肺的某些部位可能會萎縮。 過度呼吸： 屏住呼吸之前過度呼吸能降低血液中二氧化碳的水平，研究顯示，這種做法有時可以使屏氣時間延長一倍。但副作用是，過度呼吸趨向加快身體耗氧和產生二氧化碳的速度。此外，過度呼吸會限制腦部供血，腦部的血液供應本可以保護大腦不因缺氧而受損。 驚人的紀錄* 1:00 分鐘 普通人在水外屏住呼吸能堅持的時間 8:06 馬丁·斯喬帕阿倫克(Martin ?tepa?Lnek)，2001年7月3日，邁阿密 9:04 赫伯特·尼奇(Herbert Nitsch)，2006年11月13日，埃及赫爾格達 10:12 湯姆·賽特斯(Tom Sietas)，2008年6月7日，希臘雅典 11:35 斯特攀尼·米夫薩德(Ste?Lphane Mifsud)，2009年6月8日，法國拉克羅 *面朝下靜止在水中取得的成績，不包括一開始吸入純氧所用的時間。 本文轉載自《環球科學》雜志 本文作者：邁克爾·帕克斯是英國伯明翰大學體育運動科學學院應用生理系的高級講師，他同時就職于伯明翰大學醫院的維康信托基金臨床研究協會。 本文譯者：朱機是中國科學院神經科學研究所的博士，主要從事神經發育研究。除了科研，她還喜歡翻譯科學、科普作品，最新譯作是講述各種離奇自體實驗的《冒煙的耳朵和尖叫的牙齒》。 |
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