[分享] 你知道，潛水減壓表是將“羊”送進高壓艙內實驗研究演化來的嗎？

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一個科學家如何利用山羊解決潛水夫病（Bend）的黑暗故事

（轉錄翻譯自 www.history.com The Dark Story of How Scientists Used Goats to Solve the Bends一文）

中文全文：

20世紀初，當醫生對潛水員（也有礦工）進行驗屍時，在他們的大腦和心臟中發現了氣泡。 實際上，氣泡如此之多，以至於當檢查員抬起心臟時，就會起泡沫，死亡原因是減壓病。 儘管醫生知道這種病的病因，但他們迫切需要一種預防這種病的方法。對於負責尋找解決方案的蘇格蘭生理學家來說，需要進行多次測試（至少85隻山羊）才能找到避免這種情況的方法。

任何在壓縮空氣下工作的人都可能患有減壓病。

對於潛水員來說尤其如此， 要想深入潛水 ，需要呼吸更高壓縮的空氣以克服周圍的海壓。 當潛水員在底部呼吸壓縮空氣時，他們什麼也沒注意到（空氣看起來與表面上的空氣一樣）。 但是，當潛水員浮出水面並且水壓降低時，潛水員所吸入的壓縮空氣會從溶液中逸出，形成氣泡，就像打開瓶蓋時的一瓶蘇打水一樣。在身體內部的各種氣體中，氧氣很容易被人體吸收，二氧化碳很容易排出，但是氮氣的氣泡仍然存在。 氮氣穿過身體並進入關節，脊柱和器官。 

患有減壓病的人會經歷各種症狀，包括頭暈、雙眼劇烈疼痛，失明和麻痺。 因為減壓病，造成的死亡在當時很普遍， 減壓病也被稱為潛水員的麻痺和沈箱病，因為最初是在壓縮空氣下建造布魯克林大橋的工人中被診斷出來的。 這通常被稱為“Bend”（因為受害者通常會有軀幹彎曲的姿勢）。

20世紀初期，沒有防止Bend的方法，如果潛水員浮出水面並表現出減壓病症，通常他們會被送回海底或放置在一個被稱為“潛水員烤箱”的減壓室中，以吸入壓縮空氣迫使其體內的氮氣氣泡重新溶解。 通過反複試驗將其解壓縮。 （當時最好的建議是用每20分鐘上升一個大氣壓的方式將潛水員升起，但這幾乎是行不通的。）

1905年，英國海軍委託蘇格蘭生理學家約翰·斯科特·霍爾丹（John Scott Haldane）試圖解決了這一問題。 霍爾丹當時以對抗礦井中有害氣體的實驗和呼吸研究而聞名。 他和他的同事甚至親身參與實驗，他將自己密封在一個被稱為“棺材”的密閉盒子中，並記錄了他們用盡空氣時的反應。 

霍爾丹（Haldane）與皇家海軍協調了潛水測試，審查了醫學文獻，並採訪了潛水員。 他了解到，當潛水員停留在33英尺以上時，從未發生過減壓病。 在那個深度，壓縮空氣處於大約兩個大氣壓的壓力下，是地面上氣壓的兩倍。 霍爾丹（Haldane）認為，如果潛水員可以在暴露於兩倍氣壓下浮出水面而沒有任何不良影響，那麼任何人都可以承受立即下降一半的氣壓，而無論深度如何。他假設如果潛水員下降到300英尺，克服水壓所需的壓縮空氣量將剛剛超過148磅/平方英寸（psi）。 潛水員可能會立即上升到134英尺（此時壓力為74 psi，一半），而不是逐漸上升。 等待一段時間讓身體調節並消散氣泡之後，潛水員可能會上升到51英尺（壓力剛好超過37 psi），然後依此類推，直到他能夠浮出水面。 霍爾丹稱他的理論為減壓 。

為了檢驗他的假設，霍爾丹下令由皇家海軍的蓋本·達曼特中尉，專業潛水員和業餘科學家以及生理學家埃德溫·阿瑟·博伊科特（Edwin Arthur Boycott）在倫敦的李斯特預防醫學研究所進行實驗。 研究人員首先將小鼠、大鼠、豚鼠和一頭母雞放在大型實驗氣罐中，用壓縮空氣填充然後抽空，以對牠們進行實驗。 結果沒有定論，因為這些較小的生物比人類更快速地交換氣體。

研究人員考慮了猴子、狗和豬等替代品，但是這些動物太小或是難以獲得、或是呼吸交換率與人類相差甚遠。最後他們定案使用山羊，他們並計算出成年山羊的呼吸交換速率是成年男性的1.7倍，並開始對這85隻山羊進行了一些嚴酷的實驗。研究人員將最多85隻山羊放進室內，放出壓縮空氣，等待，然後將壓力恢復正常，最後再將它們放到研究所的院子裡進行觀察。

就像人類一樣，山羊有不同的症狀表明彎曲。 一些拒絕食物、其他因疼痛而流血、一些癱瘓了（暫時或永久）。其他則表現出膝蓋受傷（因為氣泡會留在關節中）。有些呼吸急促、呼吸困難，其他的則死亡。 研究人員並非完全沒有同情心。 他們試圖將實驗限制在他們認為不會徹底殺死山羊的範圍內，而處境非常艱難的那些則被安樂死。 在所有這些實驗結束時，有一隻倖存的山羊被達曼特中尉當作寵物飼養。 通過這種方式，研究人員證實了那些分階段減壓的山羊不會遭受Bend的折磨。

下一步是人工測試，專業潛水員安德魯·卡托（Andrew Catto）自願參加了這項工作，像山羊一樣，進入實驗室並經受高達94 psi以上的壓縮空氣沖擊，然後從那裡進行減壓。 經過反複試驗，沒有彎曲的跡象。 現在是進行真實世界實驗的時候了。

1906年8月下旬，霍爾丹，卡托和達曼特，將魚雷艇HMS Spanker駛入了萊德斯特里文湖的深水區，離克萊德峽灣僅咫尺之遙。 達曼特（Dantant）和卡托（Catto）適合穿著笨重的潛水服（重達200磅）。 潛水員通過空氣軟管和救生索（life line）與魚雷艇進行物理連接，救生索的上空繫有與地面進行通訊電線。測試潛水由Catto和Damant進行，他們在湖裡呆長達一個小時， 時間到了後，從90英尺被提升到30英尺，這是可以安全減壓的最淺深度。 他握住救生線，用力揮舞著他的四肢，以為這將有助於更快地分散氮氣氣泡。五分鐘後，他被拉到10英尺高又等了10分鐘，才上岸。他並沒有Bend的跡象。

測試持續了一個多星期，但並非所有測試都按計劃進行。 8月28日下午，卡托（Catto）跳下180英尺，但在他上升時，他發現自己的救生線已經糾結在其他物件上無法活動。 雖然這不是一個可怕的纏繞，但這是前所未有的深度，並且潛水手搖泵的泵在輸送空氣時遇到了麻煩， 這使得Catto變得遲鈍。卡托最終得以解開他的繩索，但等到他解開時，他已經在180英尺28分鐘。是一個當時在現實世界中，從來沒有人接觸過如此高壓縮空氣潛水（超過90 psi）。為了在保護Catto，研究人員非常小心，並用9個停頓台對他進行減壓。 Catto花了90分鐘到達表面，並沒有出現Bend的跡象，只是精疲力盡。卡托（Catto）在第二天就開始潛水，三天后，達曼特（Damant）下降到史無前例的210英尺深度，創造了世界紀錄，他也沒有出現減壓病的跡象。

測試圓滿成功後，霍爾丹（Haldane）發布了一系列潛水表，很快被英國政府採用，隨後不久又被世界各地的潛水員採用。 然而這些減壓表格，構成如何保護潛水員的基礎。

如今，分階段減壓仍在使用。 2014年9月18日，埃及跳水運動員艾哈邁德·加布（Ahmed Gabr）在紅海中潛水332.35米（1,090英尺），刷新了深海水肺潛水的世界紀錄，壓力超過472 psi。 當加布（Gabr）花費14分鐘到達那個深度時，他花了13.5個小時減壓到地面。