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这个发现解释了为什么在运动中参与度高的肌肉供氧率要高于参与度低的肌肉。原因就在于它们产生了更多二氧化碳,从而吸引了更多的氧气。这完全是分子层面的供需对等。二氧化碳同时也有强大的血管舒张效用,使输送管道更为畅通,令更多含氧量高的血液及时抵达饥饿的细胞。放慢呼吸的速度,能让生命体以更高效的方式产生更多的能量。
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相反,沉重而紧迫的呼吸会过度排放二氧化碳。超出代谢需要的深呼吸会迅速让肌肉、组织和器官的供血量减少,从而令我们头晕、痉挛甚至昏厥。倘若长时间无法获得持续的供血,它们将面临衰竭。
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1904年,波尔发表了一篇论文,题为《论生物学上一种重要关系:血液中二氧化碳含量对氧气含量的影响》,在学界引起轰动,并激发了一波研究热潮,人们纷纷关注起这种长期以来被误会的气体。不久,耶鲁大学应用生理学实验室主任杨德尔·汉德森也进行了一系列实验。汉德森本人前几年都在从事心肾代谢的相关研究,和波尔一样都认为二氧化碳在人体中的重要性不亚于某些维生素。
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“很多临床医学专家可能难以相信,氧气对生命而言并不是兴奋剂。”汉德森在他的《医学百科全书》中这样写道,“如果支持燃烧的不是空气而是纯氧,火焰的燃烧强度会骤增。但当人类或其他动物吸氧或者含氧量高的空气,相较于吸普通的空气,气体的消耗量并不会增多,产生的能量并不会增多,呼出的二氧化碳也不会增多。”
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对健康的机体来说,换气过度或是吸入纯氧毫无裨益,组织和器官的供氧情况不会有任何改变,甚至还有可能造成缺氧,引发窒息。换言之,橄榄球四分卫在比赛间隙吸的纯氧,倒时差的旅人花50美元在机场“氧吧”吸的氧,都是缴的“智商税”。吸氧也许能让血氧饱和度上升1%~2%,但这些氧气完全不会作用到有需求的细胞,他们只是单纯地把氧气吞吐了一下而已。(6)
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为了证明这一点,汉德森在狗身上进行了一系列可怕的实验,和之前提到的哈沃德猴子实验比起来有过之而无不及。
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在实验室,他把狗放在桌上,往它们喉咙里插管,在它们的面部贴橡胶面罩,插管的另一头是手拉风箱,汉德森用该装置控制每只实验犬吸气的多少和快慢。他还把插管接上乙醚,使实验犬在实验过程中处于被麻醉的状态。与此同时,一组仪器监测实验犬的心率、二氧化碳和氧气的水平,等等。
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当风箱拉得越来越快,他看到实验犬的心率从每分钟40次飙升到了200次以上。它们的动脉里充斥着氧气,却几乎没有二氧化碳用以置换,肌肉、组织、器官开始衰竭。有些实验犬开始失控抽搐或陷入昏迷。这时如果汉德森继续泵入空气,它们将会因氧气过量、二氧化碳缺失而死亡。
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在汉德森手里,一部分实验犬就这样因自己的呼吸而死了。
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对于那些有幸挺过去的实验犬,汉德森放慢了拉风箱的速度,于是它们的心率立刻回落到每分钟40次。可见致使心率升降的并不是呼吸动作本身,而是二氧化碳在血液中的浓度。
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之后,汉德森又强制它们加重呼吸,程度略高于正常代谢需求,使它们的心率稍稍升高,二氧化碳水平稍稍降低。这是模拟了人类身上经常发生的轻微过度换气状况。
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这种情况下,实验犬开始变得激动、困惑、焦虑,或神情呆滞。轻微的过度换气所引发的症状,就是人们常常在高原反应或是恐慌状态下表现的状态。汉德森随后注射吗啡和其他药物让它们的心率恢复到正常值。汉德森发现,这些药物产生效用的主要原因,就是帮助实验犬提高了其体内的二氧化碳水平。
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其实除了药物,让这些动物恢复正常还有一种途径,就是放慢呼吸。一旦汉德森将实验犬的呼吸频率从每分钟200次降至其正常代谢水平,抽搐、呆滞和不安瞬间就停止了,取而代之的是舒展、松弛和平静。
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“二氧化碳是整个人体的关键激素,除了它,没有别的物质既来源于每一个组织又作用于每一个器官,”汉德森后来在书中写道,“和氧气比起来,对生命体更重要的其实是二氧化碳。”
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在斯德哥尔摩,我和奥尔森一起待了三天。我们研究了各种图表,聊了波尔、汉德森和其他一些传奇“呼吸学家”。回程将近时,我才意识到我多年来对呼吸的认知是多么局限,充满了谬误。我也终于明白奥尔森为什么会沉迷于这个研究领域,为什么甘愿放弃软件巨子的优渥生活,退缩到一间小公寓,终日置身于生物化学典籍、睡眠胶带和二氧化碳气瓶的包围中,以及他为什么日复一日地记录自己的二氧化碳水平如何随呼吸技巧发生变化,记录它如何影响血压、体能和压力值。
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我也明白了为什么2010年奥尔森举办第一届呼吸学会议时仅有一人出席,而经过了精准的宣传并成立了他自己的研究基地后,他已然成了瑞典网红,穿梭于各大报告厅,他那张黝黑、带着喜感的笑脸频频出现在报纸、杂志和晚间新闻上。在各种访谈中,他都极力推崇鼻呼吸和慢呼吸的疗愈作用。
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回到旧金山后,我依然和奥尔森保持联系。每隔几星期,他都会给我发来电子邮件或是打来视频电话,告诉我他最近又在医学图书馆翻到了某个年代久远的科学发现。他的自我实验也没有停止,总是想在自己的身上证明呼吸的魔力,以及“代谢废物”二氧化碳的奇效。
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一年后的今天,奥尔森成了现在这个样子,在旧金山我家客厅,头上扣着面罩,耳朵上夹着一个心电图电极。“帮我拿下血氧仪行吗?”他对坐在桌子这头的我说。
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我们刚做完下午的各种检测。奥尔森又接上一台叫作“呼吸IQ”的仪器,这个仪器测量呼出气体中的二氧化碳、氨和其他化学成分,目前还处在测试阶段。他在自己手指上夹了一个脉搏血氧仪,开始倒数计时。
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有可能是鼻呼吸之后的二氧化碳和一氧化氮水平激增,我俩今天感觉非常有干劲。在斯坦福大学研究中心,我们已经豪掷了5000美元做X线片前后对比,以及做各种血液和肺功能测试,可就这样我们还觉得不够,又买了好几千块钱的仪器,弄了个家庭实验室。前后两星期我们都一直在做测试,今天就要真正见分晓了。
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奥尔森在自己的卫衣上擦了擦手,把身体挪了挪,好让我看见仪器上的读数。他的所有指标都正常:心率保持在每分钟75次左右,收缩压126毫米汞柱,血氧饱和度97%。三、二、一,他开始呼吸。
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慢慢地呼吸,非常慢。他吸气和呼气的速度每分钟6次,只有大部分美国人均值18次的三分之一。当他用鼻子吸气、嘴巴吐气时,我看到他呼出气体的二氧化碳水平从5%增加到了6%,并持续上升。一分钟后,二氧化碳水平已经增加了25%。从低碳酸血症边缘提升到了临床正常指标范围。与此同时,他的血压降了5%,心率低至每分钟65次左右。
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唯一没有变化的是他的血氧饱和度。整个过程中,甚至当呼吸放慢到正常频率的三分之一时,他的血氧饱和度也没有出现波动,始终保持在97%。
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