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Comment est-il possible de respirer le perfluorocarbone ?

Comment est-il possible de respirer le perfluorocarbone ?


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J'ai entendu parler de la respiration liquide, où un organisme, généralement une personne, respirerait du perfluorocarbone. Maintenant, j'ai cherché du perfluorocarbone sur wikipedia et j'ai remarqué qu'il n'y avait pas d'oxygène du tout, mais du fluor qui préférerait se lier aux molécules à l'intérieur de vous et vous tuer. Je veux dire, le fluor est suffisamment électronégatif pour oxyder l'oxygène. Alors pourquoi le perfluorocarbone ne fluorure-t-il pas chaque molécule d'oxygène de votre corps, empêchant vos cellules de fonctionner et formant du fluorure de calcium dans vos os ?

Comment une personne ne serait-elle pas tuée en respirant du perfluorocarbure ? L'oxygène est-il plus soluble dans le perfluorocarbure ? Le perfluorocarbure ne pénètre-t-il même pas dans le sang et reste-t-il plutôt dans les poumons ? Et même alors, pourquoi l'oxygène entrant ne serait-il pas transformé en fluorure d'oxygène ? Est-ce simplement parce que le fluorure d'oxygène a une demi-vie si courte, en particulier à la température du corps, qu'il ne se forme jamais en quantités suffisamment importantes ? Mais même dans ce cas, vous expireriez toujours du fluor gazeux dont certains reviendront dans le prochain souffle. Le fluor gazeux est toxique car c'est un oxydant si puissant qu'il oxydera n'importe quoi.


Dans les systèmes respiratoires liquides, les perfluorocarbures sont simplement un support inerte pour l'oxygène dissous. Il s'avère que l'oxygène et d'autres gaz atmosphériques se dissolvent facilement dans les perfluorocarbures sans réagir chimiquement avec eux. Certains perfluorocarbures peuvent transporter plus de 300 fois plus d'oxygène que la quantité équivalente d'eau. Les perfluorocarbures sont incroyablement stables dans des conditions compatibles avec la vie, ils ne se décomposent pas en fluor libre dans vos poumons ou votre sang, et ne réagissent pas du tout avec vos tissus. Les perfluorocarbures ne traversent pas l'interface poumon-sang en quantités significatives.


Comment est-il possible de respirer le perfluorocarbone ? - La biologie

Les échanges gazeux au cours de la respiration se produisent principalement par diffusion. La diffusion est un processus dans lequel le transport est entraîné par un gradient de concentration. Les molécules de gaz se déplacent d'une région de forte concentration à une région de faible concentration. Le sang à faible concentration d'oxygène et à forte concentration de dioxyde de carbone subit un échange gazeux avec l'air dans les poumons. L'air dans les poumons a une concentration d'oxygène plus élevée que celle du sang appauvri en oxygène et une concentration plus faible de dioxyde de carbone. Ce gradient de concentration permet les échanges gazeux pendant la respiration.


Les humains peuvent-ils respirer du liquide ?

L'eau profonde et le corps humain non protégé ne font pas bon ménage - comme, du tout . Mais et s'il existait un moyen de contourner les limitations chimiques du corps, un moyen de plonger en profondeur sans les virages ni les longues décompressions ? En fait, il y a. Et nous avons presque compris comment le faire sans nous tuer dans le processus.

Les dangers de la profondeur

La limite absolue recommandée pour les plongeurs récréatifs est de seulement 130 pieds, et les plongées techniques utilisant Trimix jusqu'à 330. Même alors, vous avez moins de cinq minutes en profondeur avant de nécessiter une décompression surveillée pour éviter de prendre les virages (le pas effrayant mot pour quand l'azote se dissout dans vos tissus sous la pression massive de la colonne d'eau, est éjecté dans la circulation sanguine pendant l'ascension, et vous mourez d'une embolie cérébrale). Fait intéressant cependant, une fois que votre corps atteint sa limite de saturation en azote, peu importe que vous restiez au sol pendant une heure ou un mois, votre temps de décompression atteint son maximum.

Cette technique, connue sous le nom de plongée à saturation, est la façon dont les plongeurs de récupération travaillant sur le K-141 Koursk ont ​​pu passer des heures à 300 pieds sous le niveau de la mer (au milieu de 10 atmosphères de pression) et comment l'équipage en Les abysses ont pu faire leur travail.

Air Liquide

Peut-être la scène dont on se souvient le mieux du classique de science-fiction de 1989 Les abysses C'est lorsque le personnage d'Ed Harris doit enfiler un scaphandre rempli de liquide pour descendre dans la fosse des Mariannes. Lui et essaie de respirer ce qui semble être de l'eau chaude de jambon afin d'empêcher les pressions environnantes de faire éclater ses poumons comme des ballons ensanglantés. Il s'avère que cette scène est plus proche des faits scientifiques que de la science-fiction.

La substance est un perfluorocarbure (PFC), un hydrocarbure fluoré liquide synthétique—clair, inodore, chimiquement et biologiquement inerte, avec une faible tension superficielle et une capacité de transport d'O2/CO2 élevée. Les PFC peuvent contenir jusqu'à trois fois plus d'oxygène et quatre fois plus de dioxyde de carbone que le sang humain. Ils agissent également comme des échanges thermiques très efficaces. Cela rend les PFC idéaux pour une utilisation comme milieu de ventilation liquide (LV) pour les applications médicales.

Les recherches sur la ventilation liquide (lorsque vous respirez un liquide riche en oxygène au lieu de l'air) et les PFC ont commencé pour de bon immédiatement après la fin de la Première Guerre mondiale, lorsque les médecins qui étudiaient le traitement de l'inhalation de gaz toxiques ont commencé à appliquer des solutions salines aux sujets de test' ( dans ce cas, les chiens) poumons. Les PFC eux-mêmes ont été développés au début des années 40 dans le cadre du projet Manhattan. Ils étaient surnommés « les affaires de Joe ».

Cependant, ce n'est que dans les années 1960 que le domaine a vraiment décollé. C'était l'apogée de la guerre froide et l'armée américaine avait besoin d'un moyen d'augmenter la profondeur de fuite des nombreux sous-marins qu'elle avait stationnés dans le monde en cas de défaillance catastrophique des systèmes. En 1962, le Dr Johannes A. Kylstra et son équipe de l'Université Duke ont montré que les souris pouvaient être conditionnées pour respirer une solution saline oxygénée pressurisée à 160 atmosphères (ou 1 mile au-dessous du niveau de la mer), bien qu'elles ne soient mortes que quelques minutes plus tard de troubles respiratoires. acidose (intoxication au dioxyde de carbone). Le système était loin d'être parfait, mais montrait qu'une telle technique était en effet possible, quoique pas encore plausible.

Des expériences ultérieures réalisées par Leland C. Clark, Jr. et Frank Gollan ont montré que les souris pouvaient respirer les PFC dans des conditions atmosphériques normales, les rats pouvaient rester immergés jusqu'à 20 heures et les chats pouvaient durer des semaines. Leur étude a également utilisé des huiles de silicone comme alternative aux PFC, mais il s'avère que l'huile de silicone est vraiment toxique pour les mammifères (mais seulement après avoir repris l'air normal). Les PFC sont actuellement le seul milieu de ventilation liquide acceptable à notre connaissance.

En 1989, des essais humains ont commencé à Philadelphie. Plusieurs nourrissons sur le point de mourir souffrant de détresse respiratoire sévère ont reçu une ventilation liquide totale - remplissant complètement les poumons de fluide PFC vs les remplissant à leur capacité résiduelle fonctionnelle - et ont montré des améliorations physiologiques remarquables, notamment la compliance pulmonaire et les échanges gazeux. Et c'est peut-être juste l'astuce.

Au cours du développement normal, les poumons du fœtus sont remplis de liquide amniotique et, une fois qu'ils sont nés, un produit chimique appelé surfactant aide à empêcher les poumons de s'effondrer. Les bébés prématurés, cependant, n'ont pas encore développé suffisamment de surfactant pour empêcher leurs poumons de se replier sur eux-mêmes. Ainsi, lorsqu'ils sont soudainement exposés à une atmosphère gazeuse, ils ont du mal à respirer.

Les essais de Philadelphie visaient à voir si la ventilation liquide pouvait recréer avec précision les conditions dans l'utérus, agir comme un surfactant artificiel et réduire le stress des nouveau-nés. Bien que les efforts n'aient pas été suffisants pour sauver des vies, les améliorations des performances pulmonaires sont restées même après le retrait du ventilateur et ont prouvé que la ventilation liquide était une thérapie puissante pour les bébés prématurés.

Le dernier obstacle

Malgré son succès relatif lors des essais de Philadelphie, la ventilation liquide totale (VTL) reste largement une procédure expérimentale. Afin de contrôler avec précision et en toute sécurité les volumes de PFC entrant et sortant des poumons d'un patient, les systèmes TLV nécessitent un oxygénateur à membrane, un réchauffeur et un ensemble de pompes pour délivrer le PFC, essentiellement un ventilateur de liquide dédié. Malheureusement, un tel appareil n'a pas encore dépassé le stade du prototype.

La ventilation liquide partielle (PLV), en revanche, ne remplit qu'environ 40 % des poumons du patient avec du PFC, la capacité restante étant remplie par l'air d'un ventilateur à gaz conventionnel. Cela signifie que le PLV peut être utilisé avec des équipements existants approuvés par la FDA et peut être utilisé pour traiter les lésions pulmonaires aiguës ainsi que les prématurés. Le PFC aide à déloger les débris des alvéoles (par exemple, de l'inhalation de fumée), à ​​ouvrir les voies obstruées et à transporter l'oxygène plus profondément dans les poumons tout en les protégeant de l'effondrement et en minimisant les dommages secondaires.

Mais nous n'avons toujours pas surmonté les problèmes qui ont tué les souris Kylstra. La viscosité élevée du PFC l'empêche de circuler suffisamment efficacement dans les poumons pour exorciser le CO2 et prévenir l'acidose respiratoire. Vous devez faire circuler le liquide à un taux de 5 litres par minute pour correspondre à un métabolisme de repos standard, 10 litres par minute pour tout type d'activité, et les poumons humains ne sont tout simplement pas assez forts pour une telle tâche.

En d'autres termes, Les abysses aurait été un peu plus précis si Ed Harris avait transporté un ventilateur avec lui. Mais même alors, il ne l'aurait probablement pas fait très longtemps. [ Wikipedia - Science Daily - How Stuff Works - National Institute of Health - Kansas University Medical Center - British Journal of Anesthesiologists ]


Une bouffée de perfluorocarbure frais

L'administration de médicaments inhalés utilise de l'air inhalé pour transporter les médicaments vers les zones touchées par la maladie et les alvéoles des poumons. Cependant, de nombreuses maladies chroniques limitent la capacité des médicaments inhalés à atteindre les zones touchées. Diane Nelson, titulaire d'un doctorat étudiante au BME, a travaillé sur ce qu'elle pense être la solution : les émulsions de perfluorocarbures liquides.

L'administration de médicaments par inhalation a longtemps été considérée comme la norme d'or pour le traitement des affections pulmonaires, l'air inhalé transportant des médicaments vers les zones touchées et les alvéoles des poumons. Cependant, de nombreuses maladies, telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) ou la mucoviscidose (FK), provoquent une inflammation ou une accumulation de mucus dans les poumons, ce qui limite la capacité des médicaments inhalés à atteindre les zones touchées. Diane Nelson, docteure en génie biomédical. étudiante dans le laboratoire du professeur Keith Cook, a travaillé sur ce qu'elle pense être la solution : les émulsions liquides de perfluorocarbone (PFC).

Si nous pouvons montrer que cette méthode de livraison est meilleure que la livraison par inhalation, nous espérons que pour les cas graves, cette méthode sera meilleure que la ventilation mécanique.

Diane Nelson, doctorat étudiant, Génie Biomédical, L'université de Carnegie Mellon

"La solution que nous proposons consiste à administrer des médicaments en remplissant leurs poumons d'un liquide, ce qui vous donnera une distribution uniforme des médicaments", explique Nelson. En d'autres termes, la méthode PFC d'administration de médicaments, une méthode qui lave une solution liquide contenant des particules de médicament en suspension dans les poumons, a le potentiel de révolutionner le traitement des maladies pulmonaires.

Pour la plupart des gens, la première pensée qui leur vient à l'esprit lorsqu'ils entendent les mots « poumons remplis de liquide » est évidente : la noyade. Cependant, les PFC ont une solubilité élevée en oxygène, ce qui signifie que le liquide peut être saturé d'oxygène afin que le corps puisse continuer à respirer malgré le remplissage complet des poumons de liquide. En fait, les liquides PFC peuvent en fait aider à augmenter l'absorption d'oxygène en éliminant les blocages de mucus, et ils ont l'effet secondaire supplémentaire de présenter des qualités anti-inflammatoires.

La source: Collège d'ingénierie de l'Université Carnegie Mellon

Un examen plus approfondi du processus d'administration de médicaments en remplissant les poumons de PFC

Le plus grand défi posé par l'administration de médicaments PFC n'est pas réellement dans la nature liquide des PFC, mais dans la façon dont ils interagissent avec d'autres liquides, la plupart des médicaments administrés sous forme liquide doivent être solubles dans l'eau pour créer une solution aqueuse. "Plusieurs personnes ont essayé d'administrer des médicaments en utilisant cette méthode", explique Nelson, "mais le problème est que l'eau et le PFC ne se dissolvent pas ensemble. Nous avons besoin d'une distribution uniforme, mais si nous les assemblions, ce serait comme de l'eau et de l'huile : de l'eau en bas, de l'huile en haut.

C'est là que les recherches de Nelson entrent en jeu. Nelson développe une méthode d'administration de médicaments à l'aide de PFC liquides, le sujet d'un webinaire CMUThink qu'elle a présenté sur son travail en octobre.

La première étape consiste à dissoudre les médicaments dans l'eau. Ensuite, ces solutions eau-médicament sont associées au PFC et à un tensioactif fluoré, un agent tensioactif. “Comme je l'ai dit, de l'eau et de l'huile, mais si vous mettez un peu de savon au milieu, cela aide à mélanger les deux.” Le mélange est ensuite soniqué, ce qui signifie que les ondes sonores projetées à travers la solution dispersent l'eau en petits gouttelettes.

« Le tensioactif est comme un savon », explique Nelson. “Il agit comme une enveloppe pour l'eau et fait de petites gouttelettes qui se répandent uniformément dans le PFC.”

“Jusqu'à présent, la ventilation liquide elle-même a été réalisée cliniquement. Cela consiste simplement à mettre du PFC dans les poumons du patient, aucun médicament n'est ajouté", a déclaré Nelson : "Si nous pouvons montrer que cette méthode d'administration est meilleure que l'administration par inhalation, nous espérons que pour les cas graves, cela être mieux que la ventilation mécanique où ils ajoutent simplement des antibiotiques à la circulation sanguine au lieu de directement dans les poumons.”

Cette méthode promet des applications possibles pour une variété de cas en cas de succès. Pour des affections telles que la MPOC, la mucoviscidose et le syndrome de détresse respiratoire aiguë, les émulsions de PFC pourraient s'avérer un nouveau moyen efficace d'éliminer l'inflammation et le mucus pendant le processus d'administration du médicament, diminuant le risque d'infection chronique tout en augmentant la capacité du patient à respirer profondément. La ventilation liquide, moins les médicaments, est déjà utilisée dans les unités néonatales pour les nourrissons prématurés aux poumons sous-développés. La méthode a même été considérée comme une alternative à l'administration de médicaments par voie intraveineuse (IV) dans certains cas. Contrairement à l'administration intraveineuse, les médicaments administrés par les poumons contournent le premier passage par le foie, qui peut souvent filtrer une grande partie du médicament du sang avant qu'il n'ait une chance d'atteindre le reste du corps.

En bref, les avantages possibles du travail de Nelson sont aussi prometteurs que variés. Pour vous laisser avec la ligne de clôture de sa présentation gagnante du concours de thèse en trois minutes de la CMU 2017, « l'administration de médicaments perfluorocarbonés est une excellente méthode pour aider les patients à mieux respirer. »


Pourquoi ne pas s'inspirer du scarabée bombardier ?

Fondamentalement, deux glandes avec des produits chimiques qui réagissent lorsqu'elles sont mélangées. Alors la créature prend une profonde inspiration, ouvre la bouche et souffle tout en pulvérisant les produits chimiques des glandes. Les produits chimiques se mélangent et s'enflamment, ce qui signifie que vous n'avez pas besoin d'avoir une étincelle pour allumer le feu.

Les serpents ont des glandes qui contiennent du poison et certains serpents sont capables de cracher. Mélanger la biologie du scarabée bombardier et une créature dont les glandes contiennent des produits chimiques qui réagissent en s'enflammant et peuvent cracher / pulvériser le mélange chimique est biologiquement et scientifiquement possible.

Fondamentalement - oui. Nous savons qu'il existe des bactéries et des processus digestifs qui produisent du méthane, un gaz inflammable, et qu'un dragon contenant ces bactéries pourrait, en théorie, produire des niveaux élevés de méthane. Nous savons qu'il existe des organismes qui ont des vessies pour stocker des choses comme le venin, l'encre et d'autres fluides défensifs. La seule chose qui serait nécessaire serait un moyen de produire suffisamment de chaleur. Je pense que le modèle d'une anguille électrique pourrait fonctionner ici - si le dragon était capable d'accumuler suffisamment d'énergie électrique pour une étincelle importante à l'intérieur de sa bouche (peut-être d'un côté à l'autre ?), il pourrait enflammer le méthane car il passé et a été expulsé.

Cette idée a été explorée en profondeur dans un film intitulé Dragons : A Fantasy Made Real. Ils ont émis l'hypothèse que les dragons pourraient produire un souffle enflammé en utilisant la réaction naturelle des bactéries dans l'intestin qui produit de l'hydrogène comme sous-produit. L'hydrogène serait acheminé dans une vessie qui servirait également d'assistance au vol. Ces dragons mangeaient des veines de platine ou de palladium. Étant donné que le platine et le palladium provoquent tous deux une combustion lorsqu'ils sont exposés à l'hydrogène, l'expiration de l'hydrogène de la vessie produirait un souffle enflammé aussi longtemps que la créature avait des réserves d'hydrogène, à condition qu'elle ait encore de la poussière minérale dans sa bouche.


Les humains peuvent-ils respirer du liquide ?

Respirez - l'air autour de vous est composé d'environ 78 % d'azote, 21 % d'oxygène et 1 % d'argon. Au cours de votre vie, vous inspirerez et expirerez ce mélange vivifiant 672 768 000 fois. Faites un gros câlin à l'air qui vous entoure.

Mais vous êtes-vous déjà demandé si vous pouviez respirer liquide? Des histoires de science-fiction ont décrit à plusieurs reprises cette possibilité, notamment dans le film d'action en haute mer de James Cameron. Les abysses. Est-ce réellement possible ?

En fait, c'est possible, et c'est déjà fait.

Avant d'expliquer comment, il peut être utile de comprendre pourquoi nous ne pouvons pas respirer, par exemple, de l'eau ou du lait. Cela a moins à voir avec les différences physiques entre ces substances et l'air, et bien plus avec le fait qu'elles ne contiennent pas assez d'oxygène dissous. Nos poumons fonctionnent en extrayant l'oxygène de l'air, et ils ne peuvent pas extraire suffisamment de la plupart des liquides, car la plupart des liquides n'en contiennent tout simplement pas beaucoup. Certains, cependant, absorbent l'oxygène comme une éponge.

La recherche sur la respiration liquide remonte au début des années 1900, mais elle est vraiment passée à la vitesse supérieure avec la première synthèse de perfluorocarbures (PFC) lors du projet Manhattan dans les années 1940. Les scientifiques recherchaient des substances qui résistaient aux attaques des composés réactifs de l'uranium, lorsqu'ils sont tombés sur des PFC. Ces composés, composés uniquement de carbone et de fluor, sont inertes, incolores et inodores, sans effets néfastes apparents sur le corps humain. De plus, ils sont extrêmement solubles dans les gaz dissous, capables d'absorber plus d'oxygène et de dioxyde de carbone que le sang.

Cela a amené les scientifiques à se demander si les animaux pouvaient respirer les PFC. Dans l'une des premières études cherchant à assouvir cette curiosité, les chercheurs ont immergé des souris et des chats dans un PFC, constatant qu'ils respiraient très bien pendant des semaines. Cependant, les animaux ont subi des dommages pulmonaires dus à l'exposition à long terme, peut-être parce que l'élimination du dioxyde de carbone était altérée - les animaux ne pouvaient pas expirer aussi efficacement. Des études ultérieures ont révélé que la ventilation mécanique était nécessaire pour résoudre ces effets néfastes. Essentiellement, une machine était nécessaire pour inhaler et expirer le liquide plus dense pour les poumons afin que le dioxyde de carbone soit éliminé en temps opportun.

Tirant les leçons des précédents essais sur les animaux, en 1989, les médecins de la faculté de médecine de l'Université Temple se sont demandé si la respiration liquide pouvait aider les bébés prématurés souffrant de détresse respiratoire sévère pour lesquels tous les autres traitements avaient échoué. Ils ont partiellement rempli les poumons de trois sujets avec du PFC, notant certaines améliorations dans les conditions des bébés. Tous les trois sont finalement décédés, cependant.

Sept ans plus tard, une autre équipe utilisant des techniques perfectionnées de respiration liquide a essayé la ventilation liquide PFC sur 13 bébés prématurés souffrant de détresse respiratoire sévère et qui ne devaient pas survivre. La respiration liquide a entraîné une amélioration pour la majorité des nourrissons, potentiellement en stabilisant les alvéoles et en réduisant la tension superficielle dans les poumons naissants. En termes plus simples, les poumons des premies n'étaient pas prêts pour un environnement gazeux, et le PFC a fourni un pont nourricier constitué de liquide amniotique dans l'utérus et d'air extérieur. Incroyablement, huit des nourrissons ont survécu au suivi de quatre mois.

La ventilation liquide a également été tentée avec succès sur des adultes gravement malades atteints de troubles pulmonaires.

Maintenant qu'on sait que les humains peuvent respirer les PFC, la question évidente est pourquoi voudrions-nous le faire ? Au-delà de la stabilisation des poumons des nouveau-nés, les essais médicaux n'ont révélé aucun avantage clair. En théorie, la respiration liquide pourrait empêcher les plongeurs profonds de succomber aux « virages » et protéger les astronautes des forces G endommageant les poumons, mais les PFC ne conviennent pas à ces deux applications, donc un nouveau milieu liquide devra d'abord être inventé. Des ventilateurs mécaniques spécialement conçus seront également nécessaires pour recycler le fluide pour un échange approprié d'oxygène et de dioxyde de carbone.

Bref, respirer du liquide est possible, mais ne l'essayez pas pour impressionner les invités lors de votre prochain dîner.


9 réponses 9

Je n'utiliserais pas d'azote liquide. J'utiliserais du dioxyde de carbone liquide, du CO2. Il y a plusieurs raisons à cela.

Le CO2 peut exister sous forme liquide à des températures ambiantes sous une pression suffisante. L'azote ne peut pas car sa température critique est beaucoup plus basse. En termes simples, à toute température supérieure à 126K (-147C), la densité (et d'autres propriétés) de l'azote gazeux et de l'azote liquide deviennent identiques, il n'y a donc aucune distinction entre gaz et liquide et aucun refroidissement par vaporisation ne se produit lorsque la pression est relâchée. Donc, si vous utilisez de l'azote, votre dragon aura besoin d'un moyen de stocker de l'azote liquide et d'un moyen de le générer.

Le CO2 en revanche, peut exister sous forme liquide à température ambiante si une pression suffisante lui est appliquée (56 atm à 20C). Lorsque la pression est relâchée par une simple valve, les molécules se libèrent des forces d'attraction du liquide, ce qui nécessite de l'énergie et provoque donc un refroidissement. C'est exactement ce qui se passe lorsqu'un extincteur à CO2 est utilisé. (bien que l'idée soit d'étouffer le feu, un effet secondaire est la production de glace carbonique.)

Amusez-vous avec les extincteurs (n'essayez pas ça à la maison !) https://www.youtube.com/watch?v=Z3xyqfCZmSU

Lorsque le CO2 se vaporise, il nécessite 3 fois plus d'énergie par unité de masse que l'azote liquide, donc son effet de refroidissement à température ambiante serait plus important. Ironiquement, c'est précisément à cause de cela qu'il a une température d'ébullition plus élevée que l'azote liquide : -78C à pression atmosphérique au lieu de -195C. (Comme complication supplémentaire, le point de congélation du CO2 est supérieur à -78C, il peut donc seul exister sous forme liquide lorsque son point d'ébullition est élevé par une pression élevée.)

Chimique / biochimique

D'où le dragon tire-t-il son gaz ? S'il s'agit d'azote, elle devra l'extraire de l'atmosphère et le liquéfier d'une manière ou d'une autre, soit via un détendeur, soit via un cycle de réfrigération séparé, qui semblent tous deux biologiquement impossibles.

Si elle utilise du CO2, elle peut le générer chimiquement, et il est alors peut-être déjà sous pression. Elle peut le faire de différentes manières :

  1. Utilisez le métabolisme normal. Il est cependant peu probable qu'il soit possible d'accumuler des pressions élevées de CO2 de cette manière, sans toutefois rendre le sang trop acide.
  2. Utilisez le CO2 de son souffle de feu, le cas échéant. Cela serait très inefficace et poserait à nouveau le problème de générer du CO2 à température ambiante.
  3. Allez dans une friche gelée et mangez du CO2

Mangez de la craie et utilisez-la pour générer du CO2, grâce à la réaction CaCO3 + Acide = Sel de Ca + CO2. L'acide pourrait provenir d'un métabolisme normal.

Comme pour 4, sauf que l'acide provient d'une source externe. Par exemple, le dragon peut aller sur un volcan et se régaler de soufre (soufre) qu'il pourrait ensuite brûler (produisant un souffle de feu sans l'inconvénient d'avoir à générer de grandes quantités de carburant par métabolisme.) Lorsqu'il ne crache pas de feu, le dragon peut convertir lentement le soufre en SO3 et H2SO4 dans son ventre, et les faire réagir avec de la craie pour produire du CO2 sous pression. C'est un moyen tout à fait réaliste pour un dragon de produire une haleine glacée sans problèmes de métabolisme ou d'ingénierie mécanique. Le seul problème restant concerne les matériaux, qui ont toujours été un problème avec les dragons cracheurs de feu de toute façon.

Autres gaz

D'autres gaz appropriés incluent le propane (nécessitant encore une fois plus d'énergie par unité de masse que l'azote pour la vaporisation que l'azote, et je peux dire par expérience qu'une éclaboussure de propane "se sent" plus froide que l'azote.) Le dragon pourrait choisir de respirer du propane glacé, ou à la place l'enflammer et cracher du feu.

Le monoxyde de carbone, CO est une autre possibilité (hautement toxique et modérément inflammable en plus d'être un gaz) mais son point critique est bien en dessous de la température ambiante, comme l'azote. Plusieurs organismes existants utilisent l'acide formique comme arme, et l'acide formique se décompose catalytiquement en monoxyde de carbone et en eau.

Le dioxyde de soufre correspond à l'idée du soufre. Il a un point d'ébullition de -10C, ce qui est peut-être un peu élevé, et est toxique et corrosif. Générer du SO2 chimiquement sous pression serait difficile en raison du besoin en oxygène atmosphérique, à moins que le dragon ne respire l'air et ne plonge à de grandes profondeurs comme un cachalot afin de comprimer l'oxygène.


Quel est le secret pour retenir votre souffle ?

Combien de temps pouvez-vous retenir votre souffle ? Je l'essaye en ce moment. Les 30 premières secondes sont faciles. Je suis prêt à abandonner à 45 secondes mais je continue et ça semble devenir plus facile pendant un moment. Mais alors que la trotteuse passe une minute, je sais que je suis en sursis. Mon coeur bat la chamade. Je laisse échapper un petit souffle et ça aide. Finalement, je cède, expulsant l'air épuisé dans mes poumons et prenant un énorme soupir. (Et continuez à haleter pendant quelques respirations supplémentaires, incitant mon mari à demander ce que je fais). Je gère une minute et 12 secondes. Je suis assez impressionné par moi-même.

La capacité à retenir son souffle devient extrêmement importante dans certains sports, en particulier l'apnée. En 2006, je tournais une émission sur l'anatomie et la physiologie des poumons pour une série de la BBC intitulée, un peu bizarrement, Ne meurs pas jeune. J'ai eu la chance de rencontrer Sam Kirby (maintenant Sam Amps), qui était capitaine de l'équipe britannique d'apnée. Dans une piscine à Bristol, elle m'a appris quelques exercices simples pour m'aider à retenir ma respiration plus longtemps en nageant sous l'eau. À la fin de la session, je n'avais pas craqué pour l'apnée - j'avais craqué l'un des précieux monopalmes de Sam au fond de la piscine, et je pense avoir réussi 90 secondes prodigieuses d'apnée, assez pour me laisser nager une largeur. Sam a nagé trois largeurs avec aisance. Elle pouvait retenir son souffle pendant cinq minutes, tout en nageant. Cinq!

Je lui ai demandé comment elle l'avait fait : une respiration très lente pendant plusieurs minutes avant chaque plongée, puis une grande et profonde respiration avant de plonger. Elle a également déclaré que l'entraînement l'avait aidée à résister à l'envie de respirer beaucoup plus longtemps que la plupart des gens.

Certains ont suggéré que la capacité de retenir volontairement sa respiration est la preuve d'un épisode aqueux de l'évolution humaine. Il a même été dit que les humains ont la capacité d'abaisser la fréquence cardiaque et le taux métabolique afin de retenir leur respiration encore plus longtemps. D'autres petits bouts anatomiques et physiologiques - notre absence de poils, la répartition de notre graisse sous-cutanée, et même notre tendance à marcher sur deux jambes - ont été liés à une phase aquatique de développement évolutif. Malheureusement, l'« hypothèse des singes aquatiques » bricolée ne tient pas la route. C'est une notion romantique qui peut nous séduire, mais avec la froide lumière du jour tombant sur les preuves scientifiques, il s'avère que ce n'est rien de plus qu'une fiction.

En regardant l'apnée volontaire, il s'avère que nous ne sommes certainement pas les seuls parmi les mammifères non aquatiques à être capables de retenir notre souffle. (Cela dit, c'est une chose difficile à étudier chez d'autres mammifères car, contrairement aux humains, ils ont tendance à ne pas se conformer lorsque vous leur demandez de retenir leur souffle). Et les preuves expérimentales montrent que la fréquence cardiaque ne baisse pas pendant l'apnée. Du moins, ce n'est pas le cas si vous retenez votre souffle sur terre. Lorsque vous êtes immergé dans l'eau froide, c'est une autre histoire : le refroidissement du visage entraîne un ralentissement du rythme cardiaque chez la plupart des gens. Mais, encore une fois, ce n'est pas la preuve d'une ascendance de singe aquatique, car cela s'avère être une caractéristique très générale des vertébrés à respiration aérienne. Cette réduction de la fréquence cardiaque n'est qu'une des réponses physiologiques qui sont parfois décrites ensemble sous le nom de « réflexe de plongée chez les mammifères ». Mais les réponses physiologiques qui pourraient être utiles en plongée le sont aussi – et peut-être plus important encore – utiles pour ne pas se noyer.

Bien que notre capacité à retenir notre respiration ne soit peut-être pas si spéciale, lorsque nous nous comparons à d'autres animaux, elle s'avère maintenant très utile dans un domaine particulier de la médecine. La radiothérapie du cancer du sein consiste à diriger le rayonnement, très précisément, vers la tumeur. Cela peut nécessiter plusieurs minutes de rayonnement, et cela se fait donc généralement par courtes rafales, entre les respirations. Mais si la patiente peut maintenir sa poitrine parfaitement immobile pendant plusieurs minutes, cela signifie que toute la dose peut être délivrée, au bon endroit, en une seule fois. Le problème, bien sûr, est que la plupart des gens, tout comme moi, ont du mal à retenir leur souffle pendant plus d'une minute. Mais les médecins de l'hôpital universitaire de Birmingham ont récemment effectué des expériences minutieuses qui montrent que, si les patients sont ventilés avec de l'air riche en oxygène avant de tenter une apnée, ils peuvent réussir à retenir leur respiration pendant cinq minutes et demie impressionnantes.

Étonnamment, l'astuce semble résider, non pas en trompant les capteurs habituels du corps pour les niveaux d'oxygène ou de dioxyde de carbone élevés dans le sang, mais en trompant le diaphragme. Lorsque vous inspirez, vous contractez le muscle de votre diaphragme, le tirant à plat de sorte que le volume de votre poitrine augmente – et de l'air est aspiré dans vos poumons. Lorsque vous retenez votre respiration, vous maintenez votre diaphragme dans cet état contracté. L'augmentation artificielle des niveaux d'oxygène et la réduction des niveaux de dioxyde de carbone avant une apnée, comme dans les expériences de radiothérapie de Birmingham, peuvent agir en retardant la fatigue du diaphragme. Et - pas si utile si vous essayez de garder votre poitrine parfaitement immobile - expirer un peu d'air permet au diaphragme de se détendre un peu et vous aide à prolonger une apnée, exactement comme je l'ai trouvé lors de ma tentative d'apnée. Et c'est donc votre diaphragme, le muscle principal de la respiration, qui est également en charge lorsqu'il s'agit d'atteindre le point d'arrêt de votre apnée. Finalement, même si vous l'avez trompé pendant un certain temps, les signaux du diaphragme sont tout simplement trop forts et vous devez céder - et respirer.


Les expériences sur les mammifères

Une équipe composée de chercheurs japonais et américains a fourni de l'oxygène au canal anal des animaux utilisés dans leurs expériences. Cette zone a une paroi relativement mince par rapport au reste de l'intestin. De plus, la muqueuse de la zone contient de nombreux vaisseaux sanguins, ce qui pourrait être utile pour absorber l'oxygène.

Sans un apport intestinal d'oxygène pur, aucune souris d'un groupe test n'a survécu pendant 11 minutes dans un environnement pauvre en oxygène. L'oxygène a ensuite été envoyé dans le rectum d'un autre groupe de souris expérimentales. 75% de ces animaux ont survécu pendant cinquante minutes dans un environnement pauvre en oxygène. Les intestins des animaux ont été abrasés pour permettre l'absorption d'une quantité suffisante d'oxygène inséré. Les chercheurs disent que l'abrasion ne conviendrait pas dans un cadre clinique impliquant des patients humains.

Une autre expérience a été réalisée sur des porcs exposés à un environnement pauvre en oxygène. Cependant, le niveau d'oxygène n'était pas assez bas pour être mortel. Certains animaux ont reçu un liquide contenant un perfluorocarbure oxygéné via leur intestin mais n'ont subi aucune abrasion intestinale. 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. Ceux-ci peuvent inclure :

  • 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. Ceux-ci inclus:

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. Ceux-ci peuvent inclure :

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.