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为什么液氮温度那么低,人体细胞却不会被冻死,而有时零下几度的气温,人就会冻死?

2022-08-20 20:46:26技术研发1

液氮保存生殖细胞,大约仅80%精子解冻后仍保持活性,卵子仅有50%的成活率,并不是无害的保存方式。已经排出人体的精卵死亡也对人体无害,而人体机能在低温下却会衰竭。

将人体的生殖细胞取出后,人类可以较为自由地操作,现在辅助生殖技术中以保存精子为主,因为取精的方式对人体相对无害,只需要让人自己排出来,而且排一次大约有4000万到1.2亿精子,短时间内能够较多次地排,因此即便经受极低温冷冻损耗一部分,也仍然可以接受。卵子的冷冻保存更麻烦一些,因为女性一个月一般只排一次,一次只有一颗,即便用药物促排,也多不了多少,所以一旦失效损失相对较大。冷冻保存中细胞损伤主要是由于极低温造成细胞内外液体的结晶,细胞膜的流动性下降,是有可能损伤细胞的DNA,导致细胞死亡的。尽管日本曾宣布有了一种新的保存卵的方式,但是也只不过是将成功的几率提高一倍。再者,已经排出来的细胞,就算细胞死亡,对生成它们的人体是没有损伤的,死了再弄就行了。但是整个人体在低温中的却会造成死亡,主要是由于人体产热不及散热,体温调节紊乱组织器官衰竭死亡。

氮本身为气体,降温、加压的方式可以使氮气浓缩为液氮,液氮的温度很低,只有-196℃,在接触人体皮肤的时候,迅速地吸热会使液氮在和皮肤接触的时候直接沸腾,液氮和皮肤之间就有了一层氮气隔绝,而气体传递热量的速率相当缓慢,因此在将液氮倾倒在人身上的时候甚至都不会将人冻伤,但这里主要是由于接触的时间很短。人是恒温动物,机体能够应对外界变化协调身体的产热和散热,短时间接触液氮时热量损耗比较慢,但若是将人长时间地置于液氮环境中,即便接触界面上氮气传热速率比较慢,总的来说人体损失的热量仍然会超过人体承受极限,细胞中的液体会结晶刺伤细胞,最后导致人体温调节的失衡,核心温度降低不足以支撑正常生理功能,人就要死亡了。由于体温调节的失衡,人体还可能感受到“热”,因此被冻死的人很多都将自己的衣服脱光。

所以对象不同,采取的保存方式自然不同。现代人体冷冻技术中,比较重视细胞液体的玻璃化,经由特殊处理的人体组织中的液体能够经过连续的变化而不损伤细胞组织,但是目前的人体冷冻技术也只是冷冻而已,并没有复苏的办法。

曾看过一个电视节目,应该是几个大学生做的,将盛在液氮罐里的一只冻僵的金鱼倒入水槽中,过了一会,金鱼又摇头摆尾的游动起来。

液氮的温度很低,使氮气液化常压下至少得降低到-196℃,加压后至少也得降低到-147℃,上面的实验表明如此低温,确实没有冻坏细胞。但零下几度的气温,却会冻坏细胞。这看着有点不可思议,但不是没有道理。

细胞中大部分是水分,水的温度降低到0℃再放热就会结冰,因为冰的密度(0.9×10³kg/m³)小于水的密度(1.0×10³kg/m³),也就是说,水在结冰时体积会增大,结果将细胞膜胀破。不过,冰依然有热胀冷缩的性质,温度越低体积越小,这样,在液氮的温度下冰的体积不比水的体积大,所以,金鱼直接放在液氮中,直接达到液氮的温度,就避开了细胞中的结冰体积增大的过程,其中的冰就不致将细胞膜胀破。

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