横笛教授写的氢潜水历史

1975年《科学》杂志发表高压氢气治疗癌症，William P. Fife是其中第三作者。WP Fife也可能该文作者中唯一从事潜水医学的学者，且是从事氢氧潜水的美国学者，这里根据Fife的一篇氢氧潜水医学报告，介绍氢氧潜水的历史。WP Fife是一位高产学者，早期从事航空医学，然后从事氢氧潜水医学研究，最后从事高压氧医学。Fife的中文意思是横笛。横笛教授的最后职业身份是德克萨斯州农工大学健康科学中心高压氧医学教授。

William P Fife, PhD: Professor of Hyperbaric Medicine, Hyperbaric Laboratory, Texas A&M University Health Science Center, Houston, Texas

1979年，就是在《科学》论文发表的第四年， Fife作为唯一作者，写了一份氢氧潜水的报告，对氢气用于潜水进行了详细总结。本文主要结合他的文章，对氢气潜水医学当时阶段进行回顾。

一、氢气生理医学历史

最早尝试研究氢气生理学可追溯到1789年，现代化学之父法国化学家拉瓦锡曾经将豚鼠放在氢氧混合气玻璃钟罩内，观察动物对氢气的反应。豚鼠在容器内呼吸氢氮氧三元混合气，动物存活8-10 h，由于动物处于密闭环境，二氧化碳逐渐积累，动物可能死于二氧化碳中毒。

1937年，英国Case E M和Haldane J B S把氢作为潜水呼吸气进行人体实验研究。他们把自己暴露于1.1 MPa压力下，小Haldane呼吸氢氧混合气6 min，Case吸了4分钟，未发现明显不适，但感到比较冷。根据他们的论文，进行试验前，他们曾经担心氢氧混合气会爆炸，但皇家学会秘书燃烧学家Alfred CG Egerton 教授告诉他们4%氧气和96%氢气并不会燃烧和爆炸。1941年前苏联Lazarev NV等把小鼠加压到9.1 MPa，呼吸氢氮氧混合气，停留3 min，尔后经过约1 h的减压，获得成功。这些早期研究初步证明，人和动物呼吸氢氧是安全的。

 

 

     图1氢氧潜水之父Arne Zetterstrom。

1943年，考虑到获取氦气有难度，瑞典海军工程师Arne Zetterstrom提出用氢氧混合气代替氦氧混合气用于潜水。1944年，Zetterstrom使用催化剂分解氨获得3：1氢氮混合气，加入4%氧气制造成氢氮氧（72：24：4）混合气，发明了安全配制氢氧混合气的方法，并首次利用这种混合气成功进行了40米和100米2次海上潜水试验。

Zetterstrom还使用氢氧（96：4）二元混合气进行了70米和160米2次海上潜水试验，Zetterstrom完成70米试验后，在进行160米氢氧潜水时出现意外。1945年8月7日，Zetterstrom进行160米潜水试验，成功达到深度后，按照自己计算的减压表进行减压。他把第一停留站确定为50米。不幸的是，由于错误理解他来自水下的指令，水面支持人员并未让他在50米停留，而是直接将他拉到水面，此时他呼吸的混合气氧浓度仍然是4%，导致发生严重缺氧和减压病，28岁的Zetterstrom为此献出了宝贵生命。在他父亲Ture Zetterstrom鼓励下，瑞典海军此后进行了短时间氢氧潜水试验。一次进行氢氧混合气安全性测试时的实验室爆炸让瑞典海军决定终止了氢氧潜水技术研究工作。

瑞典不幸氢氧潜水试验导致这一领域停滞了10多年。1966年，R Brauer开始研究氢气对各种动物的作用。其中主要是使用小鼠和猴子，研究发现同样压力氢气的麻醉作用比氦气稍弱，但没有对各种生物效应进行精确描述。他根据研究数据提出，氢气没有毒性，麻醉作用小于氦气（后来证明这是错误）。在动物实验短时间氢气暴露结果的基础上，Brauer和他的法国同事尝试开展300米人体试验。由于氢氧混合气转换存在困难，该次试验没有取得成功。此时Bennet等报道了在800英尺发生氦震颤，后来称为高压神经综合征。1967年，进行1000英尺潜水超过了这一限度，根据常压下氙气的明显麻醉作用，氮气在6-7个大气压下的明显麻醉作用，这种压力下的氦气应该有类似作用。

高压神经综合征问题的出现推动了让许多学者进行氢氧混合气动物实验。在一家商业潜水公司的支持下，Edel P开始研究用氢气代替氦气的潜水技术。这家潜水公司资助了许多早期的人体试验，首先进行了200英尺深度10分钟暴露的模拟潜水。WP FiFe也在德州农工大学经费支持下，用狗进行了氢氧潜水动物实验。

1968年，Fife和Edel合作进行了多次动物大深度饱和潜水，2只狗呼吸氢氧混合气和氦氧混合气，开始300英尺，然后1000英尺。然后进行了人体不同深度的氢氧暴露试验。1969年进行了2次2小时暴露试验后，这个系列研究结束。Fife作为受试者进行了90分钟200英尺氢气潜水，8天后重复进行同一深度120分钟氢气潜水。虽然9名短时间潜水后部分潜水员出现中度减压病，没有发现氢气本身的不良效应。1969年，法国研究人员用兔进行了944英尺的模拟氢氧暴露。为了实验安全，他们将动物舱放在6米海底，用外加热条维持舱内温度。通过摄像头观察动物，脑电图记录。开始2-3小时脑电图显示异常，7.5小时内脑电图消失，20小时内所有动物死亡。

Fructus X和Naguet R使用狒狒进行了300-375米模拟潜水实验。8只狒狒全部显示异常脑电图，其中4只死亡。这些实验提示大脑出现异常。

完成了狗实验后，Edel 和Fife分头独立研究。Fife用小鼠、大鼠和狗分别进行了1000英尺实验，Edel 则进行了系列人体试验。

1976年，在德州农工大学项目支持下，Fife开始一系列研究开发了人类氢氧潜水减压表。和Mezzino合作，对减压表进行了300英尺水底停留时间30分钟的验证，后来建立了300英尺水底停留45分钟的减压表。

美国和瑞典海军虽然都曾经对氢氧潜水保持兴趣，但是都没有建立氢氧潜水技术。前苏联虽然也进行了氢氧潜水技术研究，但除了Lazarev NV在1941年的高压气体生理学资料外，不了解细节。

 

 

 

图2 Arne Zetterstrom使用的供气系统。

 

参考文献

Dole M, Wilson FR, Fife WP. Hyperbaric hydrogen therapy: a possible treatment for cancer[J]. Science, 1975, 190(4210): 152-154.

Fife W. The use of non-explosive mixtures of hydrogen and oxygen for diving[J]. 1979.

Fife W P. The Use of Hydrogen-Oxygen Breathing Mixtures for Deep Ocean Diving[R]. TEXAS A AND M UNIV COLLEGE STATION HYPERBARIC LAB, 1978.

Fife C E, Fife WP. Should pregnant women scuba dive? A review of the literature[J]. Journal of travel medicine, 1994, 1(3): 160-167.

Lazarev, N. V., Lyublina, E., & Madorskaya, R. (1941). Biological actions of gases under pressure. Leningrad: VMMA.

Case E M, Haldane J B S. Human physiology under high pressure: I. Effects of Nitrogen, Carbon Dioxide, and Cold[J]. Epidemiology & Infection, 1941, 41(3): 225-249. 小Haldane的论文

科学网—氢气用于潜水的研究历史 - 孙学军的博文 (sciencenet.cn)

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