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¿Cómo es posible respirar perflurocarbono?

¿Cómo es posible respirar perflurocarbono?


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He oído hablar de la respiración líquida, donde un organismo, generalmente una persona, estaría respirando perflurocarbono. Ahora busqué perflourocarbon en wikipedia y noté que no había oxígeno en absoluto, sino flúor que preferiría unirse a las moléculas dentro de ti y matarte. Quiero decir, el flúor es lo suficientemente electronegativo como para oxidar el oxígeno. Entonces, ¿por qué el perflurocarbono fluora cada molécula de oxígeno en su cuerpo evitando que sus células funcionen y formen fluoruro de calcio en sus huesos?

¿Cómo no moriría una persona por respirar perfluorocarbono? ¿El oxígeno es más soluble en perfluorocarbono? ¿El perfluorocarbono ni siquiera llega a la sangre y, en cambio, permanece en los pulmones? E incluso entonces, ¿por qué el oxígeno que ingresa no se convertiría en fluoruro de oxígeno? ¿Es simplemente porque el fluoruro de oxígeno tiene una vida media tan corta, especialmente a la temperatura corporal, que nunca se forma en cantidades suficientemente significativas? Pero incluso entonces seguiría exhalando gas flúor del cual algunos volverán en la próxima respiración. El gas flúor es tóxico porque es un oxidante tan poderoso que oxida cualquier cosa.


En los sistemas de respiración de líquidos, los perfluorocarbonos son simplemente un vehículo inerte para el oxígeno disuelto. Resulta que el oxígeno y otros gases atmosféricos se disuelven fácilmente en perfluorocarbonos sin reaccionar químicamente con ellos. Algunos perfluorocarbonos pueden transportar 300 veces más oxígeno que la cantidad equivalente de agua. Los perfluorocarbonos son increíblemente estables en condiciones compatibles con la vida, no se descomponen en flúor libre en los pulmones o la sangre, ni reaccionan mucho con los tejidos. Los perfluorocarbonos no atraviesan la interfase pulmón-sangre en cantidades significativas.


¿Cómo es posible respirar perflurocarbono? - biología

El intercambio de gases durante la respiración ocurre principalmente por difusión. La difusión es un proceso en el que el transporte es impulsado por un gradiente de concentración. Las moléculas de gas se mueven de una región de alta concentración a una región de baja concentración. La sangre que tiene una concentración baja de oxígeno y una concentración alta de dióxido de carbono experimenta un intercambio de gases con el aire de los pulmones. El aire de los pulmones tiene una mayor concentración de oxígeno que la de la sangre sin oxígeno y una menor concentración de dióxido de carbono. Este gradiente de concentración permite el intercambio de gases durante la respiración.


¿Pueden los humanos respirar líquido?

El agua profunda y el cuerpo humano desprotegido no funcionan bien juntos, como, en absoluto . Pero, ¿qué pasaría si hubiera una manera de sortear las limitaciones químicas del cuerpo, un medio de buceo profundo sin las curvas o la descompresión prolongada? De hecho, lo hay. Y casi hemos descubierto cómo hacerlo sin matarnos en el proceso.

Los peligros de lo profundo

El límite absoluto recomendado para los buceadores recreativos es de solo 130 pies, y las inmersiones técnicas con Trimix fondo a 330. Incluso entonces, tienes menos de cinco minutos en profundidad antes de requerir una descompresión monitoreada para evitar las curvas (lo que no da miedo palabra para cuando el nitrógeno se disuelve en su tejido bajo la presión masiva de la columna de agua, es expulsado al torrente sanguíneo durante el ascenso y usted muere de una embolia cerebral). Curiosamente, sin embargo, una vez que su cuerpo alcanza su límite de saturación de nitrógeno, no importa si permanece en el suelo durante una hora o un mes, su tiempo de descompresión llega al máximo.

Esta técnica, conocida como buceo de saturación, es cómo los buzos de recuperación que trabajaban en el K-141 Kursk pudieron pasar horas a 300 pies bajo el nivel del mar (en medio de 10 atmósferas de presión) y cómo la tripulación en El abismo pudieron hacer su trabajo.

Aire liquido

Quizás la escena más recordada del clásico de ciencia ficción de 1989 El abismo es cuando Ed Harris & # x27 tiene que ponerse un traje de buceo lleno de líquido para descender a la Fosa de las Marianas. Él e intenta respirar lo que parece ser agua caliente de jamón para evitar que las presiones circundantes hagan estallar sus pulmones como globos ensangrentados. Resulta que esta escena está más cerca de los hechos científicos que de la ciencia ficción.

La sustancia es un perfluorocarbono (PFC), un hidrocarburo fluorado líquido sintético, transparente, inodoro, química y biológicamente inerte, con baja tensión superficial y alta capacidad de transporte de O2 / CO2. Los PFC pueden contener hasta tres veces más oxígeno y cuatro veces más dióxido de carbono que la sangre humana. También actúan como intercambiadores de calor muy eficientes. Esto hace que los PFC sean ideales para su uso como medio de ventilación líquida (LV) para aplicaciones médicas.

La investigación sobre la ventilación líquida (cuando se respira un líquido rico en oxígeno en lugar de aire) y los PFC comenzaron en serio inmediatamente después del final de la Primera Guerra Mundial, cuando los médicos que estudiaban el tratamiento de la inhalación de gases venenosos comenzaron a aplicar soluciones salinas a los sujetos de prueba & # x27 ( en este caso, perros) pulmones. Los propios PFC se desarrollaron a principios de la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan. Fueron apodados & quot; cosas de Joe & quot.

Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 cuando el campo realmente despegó. Era el apogeo de la Guerra Fría y el ejército de EE. UU. Necesitaba una forma de aumentar la profundidad de escape de los numerosos submarinos que había estacionado en todo el mundo en caso de una falla catastrófica de los sistemas. En 1962, el Dr. Johannes A. Kylstra y su equipo de la Universidad de Duke demostraron que los ratones podían ser acondicionados para respirar una solución salina oxigenada presurizada a 160 atmósferas (o 1 milla por debajo del nivel del mar), aunque solo murieron unos minutos después por problemas respiratorios. acidosis (intoxicación por dióxido de carbono). El sistema distaba mucho de ser perfecto, pero ilustraba que tal técnica era posible, aunque todavía no plausible.

Experimentos posteriores realizados por Leland C. Clark, Jr. y Frank Gollan demostraron que los ratones podían respirar PFC en condiciones atmosféricas normales, las ratas podían permanecer sumergidas hasta 20 horas y los gatos podían durar semanas. Su estudio también empleó aceites de silicona como alternativa a los PFC, pero resulta que el aceite de silicona es realmente tóxico para los mamíferos (pero solo después de volver a respirar aire normal). Los PFC son actualmente el único medio de ventilación líquido aceptable que conocemos.

En 1989, comenzaron los ensayos en humanos en Filadelfia. A varios bebés cercanos a la muerte que sufrían de dificultad respiratoria grave se les administró ventilación líquida total, llenando completamente los pulmones con líquido PFC en lugar de llenarlos hasta su capacidad residual funcional, y mostraron algunas mejoras fisiológicas notables, incluida la distensibilidad pulmonar y el intercambio de gases. Y ese podría ser el truco.

Durante el desarrollo normal, el feto y los pulmones se llenan de líquido amniótico y, una vez que nacen, una sustancia química conocida como surfactante ayuda a prevenir el colapso de los pulmones. Sin embargo, los bebés prematuros aún no han desarrollado suficiente surfactante para evitar que sus pulmones se plieguen sobre sí mismos, por lo que cuando se exponen repentinamente a una atmósfera de gas, luchan por respirar.

Los ensayos de Filadelfia tenían como objetivo ver si la ventilación líquida podía recrear con precisión las condiciones dentro del útero, actuar como un surfactante artificial y reducir el estrés neonatal & # x27. Si bien los esfuerzos fueron suficientes para salvar vidas, las mejoras en el rendimiento pulmonar se mantuvieron incluso después de retirar el ventilador y demostraron que la ventilación líquida era una terapia potente para los bebés prematuros.

El último obstáculo

A pesar de su relativo éxito durante los ensayos de Filadelfia, la ventilación líquida total (TLV) sigue siendo un procedimiento muy experimental. Para controlar con precisión y seguridad los volúmenes de PFC que entran y salen de los pulmones de un paciente, los sistemas TLV requieren un oxigenador de membrana, un calentador y una serie de bombas para administrar el PFC, básicamente, un ventilador líquido dedicado. Desafortunadamente, dicho dispositivo aún no ha pasado de la etapa de prototipo.

La ventilación líquida parcial (PLV), por otro lado, solo llena alrededor del 40 por ciento de los pulmones del paciente con PFC, y la capacidad restante se llena con aire de un ventilador de gas convencional. Esto significa que el PLV se puede usar con el equipo existente aprobado por la FDA y se puede usar para tratar lesiones pulmonares agudas y bebés prematuros. El PFC ayuda a desalojar los desechos de los alvéolos (por ejemplo, de la inhalación de humo), abre las vías obstruidas y transporta el oxígeno más profundamente a los pulmones mientras los protege del colapso y minimiza el daño secundario.

Pero todavía no hemos & # x27t superado los problemas que mataron a los ratones Kylstra & # x27s. La alta viscosidad del PFC evita que circule por los pulmones con la suficiente eficacia como para exorcizar el CO2 y prevenir la acidosis respiratoria. Debería ciclar el líquido a una velocidad de 5 litros por minuto para que coincida con un metabolismo en reposo estándar, 10 litros por minuto para cualquier tipo de actividad, y los pulmones humanos simplemente no son lo suficientemente fuertes para tal tarea.

En otras palabras, El abismo Hubiera sido un poco más preciso si Ed Harris hubiera estado llevando un ventilador con él. Pero incluso entonces, probablemente no lo hubiera hecho por mucho tiempo. [Wikipedia - Science Daily - Cómo funcionan las cosas - Instituto Nacional de Salud - Centro Médico de la Universidad de Kansas - British Journal of Anesthesiologists]


Un soplo de perfluorocarbono fresco

La administración de medicamentos inhalados utiliza aire inhalado para llevar el medicamento a las áreas afectadas por la enfermedad y los alvéolos de los pulmones. Sin embargo, muchas enfermedades crónicas limitan la capacidad de los medicamentos inhalados para llegar a las áreas afectadas. Diane Nelson, Ph.D. estudiante de BME, ha estado trabajando en lo que ella cree que es la solución: emulsiones líquidas de perfluorocarbonos.

La administración de fármacos inhalados se ha mantenido durante mucho tiempo como el estándar de oro para el tratamiento de afecciones que afectan a los pulmones, y el aire inhalado transporta medicamentos a las áreas afectadas y los alvéolos de los pulmones. Sin embargo, muchas enfermedades, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o la fibrosis quística (FQ), provocan inflamación o acumulación de moco en los pulmones, lo que limita la capacidad de los medicamentos inhalados para llegar a las áreas afectadas. Diane Nelson, doctora en ingeniería biomédica. estudiante en el laboratorio del profesor Keith Cook, ha estado trabajando en lo que ella cree que es la solución: emulsiones líquidas de perfluorocarbono (PFC).

Si podemos demostrar que este método de administración es mejor que la administración inhalada, esperamos que para los casos graves, este método sea mejor que la ventilación mecánica.

Diane nelson, Doctor. estudiante, Ingeniería Biomédica, Universidad de Carnegie mellon

& # 8220Nuestra solución propuesta es administrar medicamentos llenando sus pulmones con un líquido, y esto le dará una distribución uniforme de la medicación & # 8221, dice Nelson. En otras palabras, el método PFC de administración de fármacos, un método que lava una solución líquida que contiene partículas de medicación suspendidas a través del pulmón, tiene el potencial de revolucionar el tratamiento de enfermedades pulmonares.

Para la mayoría de las personas, el primer pensamiento que les viene a la mente cuando escuchan las palabras & # 8220 pulmones llenos de líquido & # 8221 es obvio: ahogamiento. Sin embargo, los PFC tienen una alta solubilidad en oxígeno, lo que significa que el líquido se puede saturar con oxígeno para que el cuerpo pueda continuar respirando a pesar de que los pulmones estén completamente llenos de líquido. De hecho, los líquidos PFC en realidad pueden ayudar a aumentar la absorción de oxígeno al eliminar los bloqueos de moco, y tienen el efecto secundario adicional de exhibir cualidades antiinflamatorias.

Fuente: Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon

Una mirada más cercana al proceso de administración de medicamentos al llenar los pulmones con PFC

El mayor desafío que plantea la administración de medicamentos PFC no está realmente en la naturaleza líquida de los PFC, sino en cómo interactúan con otros líquidos, la mayoría de los medicamentos administrados en forma líquida deben ser solubles en agua para crear una solución acuosa. & # 8220 Varias personas han estado tratando de administrar medicamentos usando este método, & # 8221 explica Nelson, & # 8220, pero el problema es que el agua y el PFC no se disuelven juntos. Necesitamos una distribución uniforme, pero si los ponemos juntos sería como agua y aceite: agua en la parte inferior, aceite en la parte superior. & # 8221

Ahí es donde entra en juego la investigación de Nelson. Nelson está desarrollando un método para administrar medicamentos utilizando PFC líquidos, el tema de un seminario web de CMUThink que presentó sobre su trabajo en octubre.

El primer paso es disolver los medicamentos en agua. Luego, estas soluciones de agua-fármaco se combinan con el PFC y un fluorotensioactivo, un agente tensioactivo. & # 8220Como dije, agua y aceite, pero si pones un poco de jabón en el medio, ayuda a mezclar los dos juntos. & # 8221 La mezcla se somete a ultrasonidos, lo que significa que las ondas sonoras que atraviesan la solución dispersan el agua en pequeños gotas.

& # 8220El surfactante es como un jabón, & # 8221 explica Nelson. & # 8220 Actúa como una carcasa para el agua y produce pequeñas gotas que se esparcen uniformemente por todo el PFC. & # 8221

& # 8220 Hasta ahora, la ventilación líquida en sí se ha realizado clínicamente. Eso es solo poner PFC en los pulmones del paciente, sin agregar medicamentos, dijo Nelson, si podemos demostrar que este método de administración es mejor que la administración inhalada, entonces esperamos que para los casos severos esto ocurra. ser mejor que la ventilación mecánica en la que solo agregan antibióticos al torrente sanguíneo en lugar de directamente a los pulmones. & # 8221

Este método promete posibles aplicaciones para una variedad de casos si tiene éxito. Para afecciones como la EPOC, la FQ y el síndrome de dificultad respiratoria aguda, las emulsiones de PFC podrían resultar una nueva forma eficaz de eliminar la inflamación y la mucosidad durante el proceso de administración del fármaco, disminuyendo el riesgo de infección crónica y aumentando la capacidad del paciente para respirar profundamente. La ventilación líquida, menos los medicamentos, ya se está utilizando en unidades neonatales en bebés prematuros con pulmones subdesarrollados. El método incluso se ha considerado como una alternativa a la administración de fármacos por vía intravenosa (IV) en algunos casos. A diferencia de la administración intravenosa, los medicamentos administrados a través de los pulmones evitan el primer paso a través del hígado, que a menudo puede filtrar gran parte del medicamento de la sangre antes de que tenga la oportunidad de llegar al resto del cuerpo.

En resumen, los posibles beneficios del trabajo de Nelson son tan prometedores como variados. Para dejarlo con la línea de cierre de su presentación ganadora del concurso de tesis de tres minutos de CMU & # 8217s 2017, & # 8220, la administración de medicamentos de perfluorocarbono es un gran método para ayudar a los pacientes a respirar mejor. & # 8221


¿Por qué no buscar inspiración en el escarabajo bombardero?

Básicamente, dos glándulas con sustancias químicas que reaccionan cuando se mezclan. Entonces la criatura toma una respiración profunda, abre la boca y sopla mientras rocía los químicos de las glándulas. Los productos químicos se mezclan y se encienden, lo que significa que no es necesario tener una chispa para encender.

Las serpientes tienen glándulas que contienen veneno y algunas pueden escupir. Mezclar la biología del escarabajo bombardero y una criatura que tiene glándulas que contienen sustancias químicas que reaccionan al encenderse y pueden escupir / rociar la mezcla química es biológica y científicamente posible.

Básicamente sí. Sabemos que hay bacterias y procesos digestivos que producen metano, un gas inflamable, y un dragón con estas bacterias en su interior podría, en teoría, producir altos niveles de metano. Sabemos que hay organismos que tienen vejigas para almacenar cosas como veneno, tinta y otros fluidos defensivos. Lo único que se necesitaría sería una forma de producir suficiente calor. Creo que el modelo de una anguila eléctrica podría funcionar aquí: si el dragón pudiera acumular suficiente energía eléctrica para una chispa considerable dentro de su boca (¿tal vez de un lado a otro?), Podría encender el metano a medida que avanza. pasó y fue expulsado.

Esta idea se exploró en profundidad en una película llamada Dragons: A Fantasy Made Real. Teorizaron que los dragones podrían producir un aliento en llamas al utilizar la reacción natural de las bacterias en el intestino que producen hidrógeno como subproducto. El hidrógeno se canalizaría a una vejiga que se duplicaría como ayuda de vuelo. Estos dragones comerían de las venas de platino o paladio. Dado que el platino y el paladio causan combustión cuando se exponen al hidrógeno, exhalar hidrógeno de la vejiga produciría un aliento en llamas mientras la criatura tuviera reservas de hidrógeno, siempre que todavía tuviera polvo mineral en la boca.


¿Pueden los humanos respirar líquido?

Inspírelo: el aire que lo rodea es aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de argón. Durante su vida, inhalará y exhalará esta mezcla vivificante 672,768,000 veces. Dale al aire que te rodea un gran abrazo.

Pero, ¿alguna vez te has preguntado si puedes respirar? líquido? Las historias de ciencia ficción han retratado repetidamente esta posibilidad, más famosa en la película de acción en alta mar de James Cameron. El abismo. ¿Se puede realmente hacer?

De hecho, puede y ya lo ha hecho.

Antes de dilucidar cómo, puede ser útil comprender por qué no podemos inhalar, digamos, agua o leche. Tiene menos que ver con las diferencias físicas entre esas sustancias y el aire, y mucho más con el hecho de que no contienen suficiente oxígeno disuelto. Nuestros pulmones funcionan extrayendo oxígeno del aire y no pueden extraer lo suficiente de la mayoría de los líquidos porque la mayoría de los líquidos simplemente no contienen mucho. Sin embargo, hay algunos que absorben oxígeno como una esponja.

La investigación sobre la respiración líquida se remonta a principios de la década de 1900, pero realmente se aceleró con la primera síntesis de perfluorocarbonos (PFC) durante el Proyecto Manhattan en la década de 1940. Los científicos estaban buscando sustancias que resistieran el ataque de compuestos reactivos de uranio, cuando tropezaron con los PFC. Estos compuestos, compuestos únicamente de carbono y flúor, son inertes, incoloros e inodoros, sin efectos nocivos aparentes en el cuerpo humano. Además, son extremadamente solubles a los gases disueltos, capaces de absorber más oxígeno y dióxido de carbono que la sangre.

Esto hizo que los científicos se preguntaran si los animales podrían respirar PFC. En uno de los primeros estudios que buscaban saciar esta curiosidad, los investigadores sumergieron ratones y gatos en un PFC y descubrieron que respiraban bien durante semanas. Sin embargo, los animales sufrieron daño pulmonar por la exposición a largo plazo, tal vez porque la eliminación de dióxido de carbono se vio afectada: los animales no pudieron exhalar con tanta eficacia. Estudios posteriores encontraron que se necesitaba ventilación mecánica para resolver estos efectos nocivos. Esencialmente, se necesitaba una máquina para inhalar y exhalar el líquido más denso para los pulmones, de modo que el dióxido de carbono se eliminara de manera oportuna.

Aprendiendo lecciones de ensayos anteriores con animales, en 1989, los médicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Temple se preguntaron si la respiración líquida podría ayudar a los bebés prematuros que sufren de dificultad respiratoria severa para quienes todos los demás tratamientos habían fallado. Llenaron parcialmente los pulmones de tres sujetos con PFC, notando algunas mejoras en las condiciones de los bebés. Sin embargo, los tres finalmente murieron.

Siete años después, otro equipo que utilizó técnicas refinadas de respiración líquida probó la ventilación líquida PFC en 13 bebés prematuros que sufrían de dificultad respiratoria severa y que no se esperaba que sobrevivieran. La respiración líquida resultó en una mejora para la mayoría de los bebés, posiblemente al estabilizar los alvéolos y reducir la tensión superficial dentro de los pulmones nacientes. En pocas palabras, los primeros pulmones no estaban preparados para un entorno gaseoso y el PFC proporcionó un puente nutritivo entre el líquido amniótico en el útero y el aire exterior. Increíblemente, ocho de los bebés sobrevivieron a los cuatro meses de seguimiento.

La ventilación líquida también se ha intentado con éxito en adultos críticamente enfermos con trastornos pulmonares.

Ahora que se sabe que los humanos pueden respirar PFC, la pregunta obvia es ¿por qué querríamos hacerlo? Más allá de estabilizar los pulmones de los recién nacidos, los ensayos médicos no han arrojado ningún beneficio claro. Hipotéticamente, la respiración líquida podría evitar que los buzos profundos sucumban a & # 34las curvas & # 34 y proteger a los astronautas de las fuerzas G que dañan los pulmones, pero los PFC no son adecuados para ambas aplicaciones, por lo que primero será necesario inventar un nuevo medio líquido. También se requerirán ventiladores mecánicos específicamente diseñados para ciclar el fluido para un intercambio adecuado de oxígeno y dióxido de carbono.

En resumen, es posible respirar líquido, pero no lo intente para impresionar a los invitados en su próxima cena.


9 Respuestas 9

No usaría nitrógeno líquido. Usaría dióxido de carbono líquido, CO2. Hay algunas razones para esto.

El CO2 puede existir como líquido a temperatura ambiente y con suficiente presión. El nitrógeno no puede porque su temperatura crítica es mucho más baja. En términos sencillos, a cualquier temperatura superior a 126 K (-147 ° C), la densidad (y otras propiedades) del nitrógeno gaseoso y el nitrógeno líquido se vuelven idénticas, por lo que no hay distinción entre gas y líquido y no se produce enfriamiento por vaporización cuando se libera la presión. Entonces, si usa nitrógeno, su dragón necesitará una forma de almacenar nitrógeno líquido y un medio para generarlo.

El CO2, por otro lado, puede existir como líquido a temperatura ambiente si se le aplica suficiente presión (56 atm a 20 ° C). Cuando la presión se libera a través de una válvula simple, las moléculas se liberan de las fuerzas de atracción en el líquido, lo que requiere energía y, por lo tanto, causa enfriamiento. Esto es exactamente lo que sucede cuando se usa un extintor de CO2. (aunque la idea es sofocar el fuego, un efecto secundario es la producción de hielo seco).

Diversión con extintores (¡no intentes esto en casa!) Https://www.youtube.com/watch?v=Z3xyqfCZmSU

Cuando el CO2 se vaporiza, requiere 3 veces más energía por unidad de masa que el nitrógeno líquido, por lo que su efecto de enfriamiento a temperatura ambiente sería mayor. Irónicamente, es precisamente por esto que tiene una temperatura de punto de ebullición más alta que el nitrógeno líquido: -78 ° C a presión atmosférica en lugar de -195 ° C. (Como complicación adicional, el punto de congelación del CO2 es superior a -78 ° C, por lo que puede solamente existen como un líquido cuando su punto de ebullición se eleva por alta presión.)

Químico / bioquímico

¿De dónde saca el dragón su gas? Si es nitrógeno, tendrá que obtenerlo de la atmósfera y licuarlo de alguna manera, ya sea a través de un expansor o mediante un ciclo de refrigeración por separado, los cuales parecen biológicamente imposibles.

Si usa CO2, puede generarlo químicamente, y es posible que ya esté bajo presión. Puede hacer esto de varias formas:

  1. Utilice el metabolismo normal. Sin embargo, es poco probable que sea posible acumular altas presiones de CO2 de esta manera, sin hacer que la sangre sea demasiado ácida.
  2. Utilice el CO2 de su aliento de fuego, si lo hay. Esto sería altamente ineficiente y nuevamente tendría el problema de generar CO2 a temperatura ambiente.
  3. Ve a un páramo helado y come CO2

Come tiza y úsala para generar CO2 mediante la reacción CaCO3 + Ácido = Sal de Ca + CO2. El ácido podría provenir del metabolismo normal.

En cuanto a 4, excepto que el ácido proviene de una fuente externa. Por ejemplo, el dragón puede ir a un volcán y darse un festín con azufre (azufre) que luego podría quemar (produciendo un aliento ardiente sin el inconveniente de tener que generar grandes cantidades de combustible a través del metabolismo). Cuando no está respirando fuego, el dragón puede convertir lentamente el azufre en SO3 y H2SO4 en su vientre, y reaccionar con tiza para producir CO2 bajo presión. Esta es una forma completamente realista para que un dragón produzca aliento helado sin problemas de metabolismo o ingeniería mecánica. El único problema que queda son los materiales, que de todos modos siempre han sido un problema con los dragones que escupen fuego.

Otros gases

Otros gases adecuados incluyen el propano (nuevamente requiere más energía por unidad de masa que el nitrógeno para la vaporización que el nitrógeno, y puedo decir por experiencia que una salpicadura de propano "se siente" más fría que el nitrógeno). El dragón podría optar por respirar propano helado, o en su lugar enciéndalo y exhale fuego.

El monóxido de carbono, CO es otra posibilidad (altamente tóxico y moderadamente inflamable además de ser un gas) pero su punto crítico está muy por debajo de la temperatura ambiente, como el nitrógeno. Varios organismos existentes usan ácido fórmico como arma y el ácido fórmico se descompone catalíticamente en monóxido de carbono y agua.

El dióxido de azufre encaja con la idea del azufre. Tiene un punto de ebullición de -10 ° C, que es quizás un poco alto, y es tóxico y corrosivo. Generar SO2 químicamente bajo presión sería difícil debido a la necesidad de oxígeno atmosférico, a menos que el dragón respire el aire y se sumerja a grandes profundidades como un cachalote para comprimir el oxígeno.


¿Cuál es el secreto para contener la respiración?

¿Cuánto tiempo puede aguantar la respiración? Lo estoy intentando ahora mismo. Los primeros 30 segundos son fáciles. Estoy listo para rendirme a los 45 segundos, pero sigo adelante y parece que se vuelve más fácil por un tiempo. Pero cuando el segundero pasa de un minuto, sé que estoy en tiempo prestado. Mi corazón esta palpitando. Dejo escapar un pequeño suspiro y esto ayuda. Finalmente, me rindo, expulsando el aire gastado en mis pulmones y dando un gran suspiro. (Y continúo jadeando por algunas respiraciones más, lo que llevó a mi esposo a preguntar qué diablos estoy haciendo). Manejo un minuto y 12 segundos. Estoy bastante impresionado conmigo mismo.

La capacidad de contener la respiración se vuelve extremadamente importante en algunos deportes, particularmente en la apnea. En 2006 estaba filmando un programa sobre la anatomía y fisiología de los pulmones para una serie de la BBC llamada, curiosamente, No mueras joven. Tuve la suerte de conocer a Sam Kirby (ahora Sam Amps), que era capitán del equipo de apnea del Reino Unido. En una piscina en Bristol, me enseñó algunos ejercicios sencillos para ayudarme a contener la respiración durante más tiempo mientras nadaba bajo el agua. Al final de la sesión, no había terminado con el buceo en apnea: rompí una de las preciosas aletas monoaletas de Sam en el fondo de la piscina, y creo que logré unos prodigiosos 90 segundos de aguantar la respiración, lo suficiente como para dejarme nadar. un ancho. Sam nadó tres anchos con facilidad. Podía contener la respiración durante cinco minutos, mientras nadaba. ¡Cinco!

Le pregunté cómo lo hizo: respiración muy lenta durante varios minutos antes de cada inmersión, luego una gran y profunda respiración antes de sumergirse. También dijo que el entrenamiento la ayudó a resistir la necesidad de respirar durante mucho más tiempo que la mayoría de las personas.

Algunos han sugerido que la capacidad de contener la respiración voluntariamente es evidencia de un episodio acuoso en la evolución humana. Incluso se ha dicho que los seres humanos tienen la capacidad de reducir la frecuencia cardíaca y la tasa metabólica para contener la respiración durante más tiempo. Otras partes y sacudidas anatómicas y fisiológicas (nuestra falta de pelo, la distribución de nuestra grasa subcutánea e incluso nuestra tendencia a caminar sobre dos piernas) se han relacionado con una fase acuática del desarrollo evolutivo. Desafortunadamente, la "hipótesis de los simios acuáticos" improvisada no se sostiene. Es una noción romántica que puede atraernos, pero con la fría luz del día cayendo sobre la evidencia científica, se revela que no es más que una ficción.

Al observar la contención voluntaria de la respiración, resulta que ciertamente no somos los únicos entre los mamíferos no acuáticos en cuanto a poder contener la respiración. (Dicho esto, es difícil investigar en otros mamíferos ya que, a diferencia de los humanos, tienden a no obedecer cuando se les pide que contengan la respiración). Y la evidencia experimental muestra que la frecuencia cardíaca no disminuye durante la contención de la respiración. Al menos, no es así si estás conteniendo la respiración en tierra. Cuando estás sumergido en agua fría, la historia es diferente: enfriar la cara conduce a una frecuencia cardíaca más lenta en la mayoría de las personas. Pero, una vez más, esto no es evidencia de la ascendencia de un simio acuático, ya que resulta ser una característica muy general de los vertebrados que respiran aire. Esta reducción en la frecuencia cardíaca es solo una de las respuestas fisiológicas que a veces se describen juntas como el "reflejo de buceo de los mamíferos". Pero las respuestas fisiológicas que podrían ser útiles en el buceo también son, y quizás incluso más importante, útiles para no ahogarse.

Si bien nuestra capacidad para contener la respiración puede no ser tan especial, cuando nos comparamos con otros animales, ahora está resultando muy útil en un área particular de la medicina. La radioterapia para el cáncer de mama implica dirigir la radiación, de manera muy precisa, al tumor. Esto puede requerir varios minutos de radiación, por lo que generalmente se realiza en ráfagas cortas, entre respiraciones. Pero si el paciente puede mantener el pecho perfectamente quieto durante varios minutos, significa que se puede administrar la dosis completa, en el lugar correcto, de una sola vez. El problema, por supuesto, es que la mayoría de las personas, como yo, luchan por contener la respiración durante mucho más de un minuto. Pero los médicos del Hospital Universitario de Birmingham han realizado recientemente experimentos cuidadosos que muestran que, si los pacientes son ventilados con aire rico en oxígeno antes de intentar contener la respiración, pueden lograr contener la respiración durante cinco minutos y medio impresionantes.

Sorprendentemente, el truco parece no estar en engañar a los sensores habituales del cuerpo para detectar niveles bajos de oxígeno o altos de dióxido de carbono en la sangre, sino en engañar al diafragma. Cuando inhala, contrae el músculo de su diafragma, estirándolo para que el volumen de su pecho aumente y el aire ingrese a sus pulmones. Cuando aguantas la respiración, mantienes el diafragma en este estado contraído. El aumento artificial de los niveles de oxígeno y la reducción de los niveles de dióxido de carbono antes de contener la respiración, como en los experimentos de radioterapia de Birmingham, pueden funcionar retrasando la fatiga en el diafragma. Y, no tan útil si estás tratando de mantener el pecho perfectamente quieto, exhalar un poco de aire permite que el diafragma se relaje un poco y te ayuda a prolongar la retención de la respiración, exactamente como encontré cuando intenté contener la respiración. Y entonces es su diafragma, el principal músculo de la respiración, el que también está a cargo cuando se trata de alcanzar el punto de ruptura de la contención de la respiración. Eventualmente, incluso si lo has engañado por un tiempo, las señales del diafragma son demasiado fuertes y tienes que ceder y tomar un respiro.


Los experimentos con mamíferos

Un equipo compuesto por investigadores japoneses y estadounidenses suministró oxígeno al canal anal de los animales utilizados en sus experimentos. Esta área tiene un revestimiento relativamente delgado en comparación con el resto del intestino. Además, el revestimiento de la zona contiene muchos vasos sanguíneos, que podrían ser útiles para absorber oxígeno.

Sin un suministro intestinal de oxígeno puro, ningún ratón de un grupo de prueba sobrevivió durante 11 minutos en un entorno con poco oxígeno. Luego se envió oxígeno al recto de otro grupo de ratones experimentales. El 75% de estos animales sobrevivieron durante cincuenta minutos en un entorno con poco oxígeno. Los intestinos de los animales se rasparon para permitir que se absorbiera una cantidad suficiente del oxígeno insertado. Los investigadores dicen que la abrasión no sería adecuada en un entorno clínico con pacientes humanos.

Se realizó otro experimento en cerdos que estuvieron expuestos a un ambiente con poco oxígeno. Sin embargo, el nivel de oxígeno no era lo suficientemente bajo como para ser mortal. A algunos de los animales se les suministró un líquido que contenía un perfluorocarburo oxigenado a través de su intestino, pero no sufrieron abrasión intestinal. The compound is already used to help people with respiratory problems, though it’s administered to the lungs, not the intestine.

Compared to the animals who didn’t receive extra oxygen, the mice receiving intestinal oxygen were able to walk further, and more oxygen reached their heart. The same benefits were noticed in the pig experiment. In addition, the pigs receiving the perfluorocarbon lost their skin pallor and coldness. There seemed to be no side effects from the treatment. Postmortem tissues from the animals showed no unexpected or serious changes.

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. Estos pueden incluir:

  • 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. Éstos incluyen:

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. Estos pueden incluir:

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.


Ver el vídeo: Liquid ventilation presentation (Noviembre 2022).