我们憋气能憋多久:肺部氧气可支撑4分钟

拯救生命

人类的屏气能力受哪些限制，更好理解这个问题在医学上有重要意义。比如，治疗乳腺癌时，病人会接受放疗，目标是让整个肿瘤接受致命剂量辐射的同时，又不损害周围的健康组织。放疗过程中，病人有好几分钟暴露于辐射，此时必须尽力让胸部保持不动。可是要这么长时间屏住呼吸是不现实的，目前实际运用的是短脉冲辐射，在病人吸气间隔，也就是胸腔运动最少的时候进行照射。但是，每次呼吸胸部都会移动，之后不一定会精确回到原来的位置。我和医学物理学家斯图尔特·格林(Stuart Green)、临床肿瘤学家安德里亚·史蒂文斯(Andrea Stevens)以及麻醉师克拉顿·布洛克(Clutton-Brock)在伯明翰医学院慈善基金(University Hospital Birmingham Charities)的资助下，正在尝试让屏气时间延长到能够进行放疗。

对那些需要强行拘禁嫌疑犯的执法人员来说，了解屏气的知识也很有价值。全世界每年都会有一些人在拘押期间意外身亡。新陈代谢率提高、胸腔压缩、血氧浓度降低、血液二氧化碳浓度升高等都会缩短人的屏气时间。因此，相比放松状态的人，愤怒的人在挣扎或被强行压制时可能需要提早吸气。

2000年，查灵十字医院的安德鲁·R·康明(Andrew R. Cummin)带领团队开展了一项研究，他们让八位健康的实验者先中速骑车1分钟，再尽最大可能呼气，然后屏住呼吸，观察会出现什么状况。结果发现，受试者屏气的最长时间骤降至15秒，平均血氧量急剧下降，其中两人出现心跳不规律。因此，研究人员得出结论，“强行羁押过程中，短时间呼吸停止也许会导致原因不明的死亡”。执法机构需要仔细谨慎地制定有关运用监禁的规则，并且认真观察监禁情况。

这些关于屏气的研究为人体生理学的很多重要方面打开了窗口。当然，将来还会有更多开创性的发现，尤其是关于膈肌本身——让我们屏息期待吧。

精彩速览

屏气时间的长短是由什么决定的？通常早在大脑或身体消耗完所有氧之前(对氧气的需要是显而易见的限制因素)人就会喘气。

什么因素限制着我们对呼吸节奏的控制，这一直是个难以研究的问题。但数十年研究的结果显示，膈肌起着重要的作用，膈肌收缩会使肺扩张。

目前最合理的假说认为，膈肌向大脑发送信号，说明它收缩的时间以及它对氧气消耗程度或二氧化碳上升水平将做出的生化反应。起初这些信号仅引起轻微不适，到最后大脑发现不适感非常强烈时，就会迫使呼吸再次开始。

屏气极点如何产生？

屏气极点，是指屏住呼吸一段时间后感到不得不喘气的那个时刻。和冥想、吸入纯氧、清除体内二氧化碳等方法一样，训练能够延迟屏气极点的出现。但要找到真正决定屏气极点的因素却十分困难。不过，研究工作已经排除了某些可能，或许我们快要看到科学解释出现了。

已被排除的假说

血液气体化学受体：人体中只有颈动脉内有感应血氧浓度的感受器结构，而颈动脉和脑干中有感受二氧化碳的感受器。氧气和二氧化碳的气体交换是呼吸的关键目的，所以这些感受器作为屏气极点的控制器似乎是合理的。但事实则不然：如果是由它们来控制，那么这两种气体的临界浓度就百分之百决定了屏气极点，但实验结果并非如此。

肺部体积感受器：监测胸腔或肺部扩张程度的感受器也可能决定屏气极点。然而实验显示，切断或麻痹相关的神经并没有影响屏气极点。

目前最合理的假说

膈肌向脑发送神经信号：膈肌收缩使肺充盈。大多数证据认为，膈肌向大脑发送“不适”信号，告知大脑已经屏住呼吸多长时间。然后，大脑在潜意识中衡量该信号以及其他因素，最后判断出多大程度的不适感是能够忍受的。

冠军的秘密

屏气时间超长的人往往遵循以下四条关键原理。但是，延长屏气时间会带来极大的危险：失去意识、脑损伤、死亡。周围一定要保证有医疗救助。

肺部极度充盈：有些运动员能让肺部极大扩张，超过正常的最大限度。他们运用一种叫做口腔抽吸的技术，有节奏地运动口腔底部以吸入更多的空气。不过，肺部压力增大会提高动脉气体栓塞的风险，血液中的气泡会损伤大脑或冠状毛细血管。

放松，降低新陈代谢： 人在静息状态时，每分钟新陈代谢消耗大约0.36升氧气。禁食12小时、静躺时氧气消耗量会更低，只有每分钟0.27升，肺里空气可以支撑的时间会延长33%。

吸入纯氧：通常，新鲜空气中只有21%的氧气。研究显示，吸入纯氧能够使屏气时间翻倍。但这样做也会增加潜在的危险，一旦肺内的氧气都消耗完，肺的某些部位可能会萎缩。

过度呼吸： 屏住呼吸之前过度呼吸能降低血液中二氧化碳的水平，研究显示，这种做法有时可以使屏气时间延长一倍。但副作用是，过度呼吸趋向加快身体耗氧和产生二氧化碳的速度。此外，过度呼吸会限制脑部供血，脑部的血液供应本可以保护大脑不因缺氧而受损。

惊人的纪录*

1:00 分钟  普通人在水外屏住呼吸能坚持的时间

8:06  马丁·斯乔帕阿伦克(Martin ŠtepaÅLnek)，2001年7月3日，迈阿密

9:04  赫伯特·尼奇(Herbert Nitsch)，2006年11月13日，埃及赫尔格达

10:12  汤姆·赛特斯(Tom Sietas)，2008年6月7日，希腊雅典

11:35  斯特攀尼·米夫萨德(SteÅLphane Mifsud)，2009年6月8日，法国拉克罗

*面朝下静止在水中取得的成绩，不包括一开始吸入纯氧所用的时间。

本文转载自《环球科学》杂志

本文作者：迈克尔·帕克斯是英国伯明翰大学体育运动科学学院应用生理系的高级讲师，他同时就职于伯明翰大学医院的维康信托基金临床研究协会。

本文译者：朱机是中国科学院神经科学研究所的博士，主要从事神经发育研究。除了科研，她还喜欢翻译科学、科普作品，最新译作是讲述各种离奇自体实验的《冒烟的耳朵和尖叫的牙齿》。