Es ist schon komisch, wie sich kleine Fakten selbst nach vielen Jahren noch in meinem Kopf festsetzen. Als ich in der achten Klasse war, schrieb ich für den Naturwissenschaftsunterricht ein Referat über das Pascalsche Gesetz, eine Beschreibung des Verhaltens von Flüssigkeiten in einem geschlossenen System (und unter anderem die Grundlage der gesamten Hydraulik). Bei den Recherchen zu diesem Projekt stieß ich auf eine winzige Information, die meinen 13-jährigen Verstand sprengte: Das Wort Fluid ist kein Synonym für Flüssigkeit; ein Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Echt jetzt? Ich habe mein ganzes Leben lang eine Flüssigkeit eingeatmet? Ich konnte es einfach nicht fassen. Meine Freunde konnten es auch nicht – sie dachten, dass meine endlosen Rezitationen von Trivialitäten mich schlauer aussehen ließen, aber sie fanden es nervig.
Jahre später las ich einen Star Trek-Roman, in dem die Besatzung der Enterprise einer Rasse humanoider Wesen begegnete, die eine Flüssigkeit atmeten; das Buch gab sich große Mühe zu beschreiben, wie diese Erfahrung für einen der Menschen war, der mit ihnen zu tun hatte. Obwohl diese fiktive Flüssigkeit mit der menschlichen Lunge kompatibel war, war der psychologische Schock, eine Flüssigkeit zu atmen, ziemlich groß. Später tauchte das gleiche Konzept unter anderem in dem Film The Abyss von 1989 und in Dan Browns Roman The Lost Symbol von 2009 auf. Aber hey, das ist doch alles nur Science-Fiction, oder? Erstaunlicherweise kann der Mensch tatsächlich bestimmte, ganz besondere Flüssigkeiten einatmen.
Fluid Thinking
Damit eine Flüssigkeit für die menschliche Atmung funktioniert, muss sie zwei Hauptfunktionen sehr gut erfüllen: Sauerstoff in die Lungen transportieren und Kohlendioxid entfernen. Luft erfüllt offensichtlich beide Aufgaben, ebenso wie einige andere Gasgemische (z. B. die beim Tauchen verwendeten). Aber es ist durchaus denkbar, dass einige Flüssigkeiten dasselbe können. Die ersten Experimente mit der Atmung einer Flüssigkeit fanden in den 1960er Jahren statt. Man ließ Mäuse eine Kochsalzlösung mit einer hohen Konzentration an gelöstem Sauerstoff einatmen. Die Mäuse überlebten eine Weile, aber obwohl die Lösung genügend Sauerstoff lieferte, war sie unwirksam beim Entfernen von Kohlendioxid; mit der Zeit verursachte sie auch Lungenschäden.
Einige Jahre später begannen Forscher mit Perfluorkohlenwasserstoffen oder perfluorierten Kohlenwasserstoffen zu experimentieren – Flüssigkeiten ähnlich wie Freon, die (obwohl sie beim Verdampfen unfreundlich für die Ozonschicht sind) in der Lage sind, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid leicht zu lösen. Die ersten Ergebnisse waren viel besser als bei den sauerstoffhaltigen Kochsalzlösungen, und die Mäuse konnten danach wieder normal Gas atmen. Im Laufe der nächsten Jahrzehnte wurden die Formeln für atmungsaktive Perfluorcarbone (PFC) weiter verfeinert. Die bekannteste Flüssigkeit dieser Art heißt Perflubron, auch bekannt unter dem Markennamen LiquiVent. Perflubron ist eine klare, ölige Flüssigkeit mit einer doppelt so hohen Dichte wie Wasser. Sie hat die Fähigkeit, mehr als doppelt so viel Sauerstoff pro Volumeneinheit zu transportieren wie Luft. Da es inert ist, ist es unwahrscheinlich, dass es das Lungengewebe schädigt. Da es einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, kann es schnell und einfach durch Verdunstung aus der Lunge entfernt werden.
Sie denken vielleicht: Es ist großartig, dass Menschen eine Flüssigkeit einatmen können, aber warum sollte jemand das wollen?
Taucheranwendungen
Die Hauptanwendung der Flüssigkeitsatmung ist die medizinische Behandlung bestimmter Lungenprobleme. Zum Beispiel haben Frühgeborene oft eine unterentwickelte Lunge. Da Perflubron mehr Sauerstoff als Luft transportieren kann, kann es helfen, die Atemnot zu lindern, bis die Lungen in der Lage sind, mit normaler Luft zu funktionieren. Es wird aber auch bei Erwachsenen mit akutem Atemversagen eingesetzt, sei es aufgrund einer Krankheit, eines Traumas, einer Verbrennung oder des Einatmens von Rauch, Wasser oder anderen Giftstoffen. Die Flüssigkeit regt kollabierte Lungenbläschen an, sich zu öffnen, wäscht Schadstoffe aus und sorgt für einen besseren Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid in der nicht voll funktionsfähigen Lunge. Im klinischen Einsatz wird die Lunge in der Regel nicht vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt; stattdessen wird die Flüssigkeitsbeatmung in der Regel in Verbindung mit der herkömmlichen Gasbeatmung eingesetzt.
Eine weitere mögliche Anwendung der Flüssigkeitsbeatmung ist das Tauchen. Normalerweise müssen Taucher unter starkem Druck stehende Gase atmen, um zu verhindern, dass ihre Lungen tief unter Wasser kollabieren, aber dies erfordert eine Dekompression auf dem Weg nach oben und birgt das Risiko einer Stickstoffnarkose und zahlreicher anderer Probleme. Wenn die Lungen stattdessen mit einer Flüssigkeit gefüllt wären, würden die meisten dieser Probleme einfach verschwinden. Theoretisch könnten Taucher so größere Tiefen erreichen, schneller aufsteigen und sich etwas weniger Risiken aussetzen. Trotz der Filme, die wir sehen, ist diese Technik noch nicht ausgereift, aber mit Fortschritten bei der Ausrüstung, den Flüssigkeitsformeln und der Ausbildung könnte die Flüssigkeitsatmung eines Tages die Art des Tauchens grundlegend verändern. Sie könnte auch zum Schutz vor hohen G-Kräften in der Raumfahrt eingesetzt werden.
Trotz all dieser erstaunlichen Vorteile birgt die Flüssigkeitsatmung eine große Schwierigkeit: Es ist für die menschliche Lunge viel schwieriger, Flüssigkeit ein- und auszuatmen als Luft. Obwohl Perflubron viel besser als Luft Sauerstoff und Kohlendioxid transportiert, kann dieser Vorteil verloren gehen, wenn die Flüssigkeit nicht schnell genug zirkuliert. Ohne den Einsatz eines mechanischen Beatmungsgeräts ist dies vor allem für kranke Taucher problematisch, und selbst ein Taucher in bester Verfassung könnte bei einem tiefen und anstrengenden Tauchgang von dieser mühsamen Atmung erschöpft werden. Ich werde also keine Pläne für ein Leben auf dem Grund eines mit PFC gefüllten Swimmingpools schmieden, aber der Gedanke, dass eine mit Flüssigkeit gefüllte Lunge mich vor dem Ertrinken bewahren könnte, ist sicherlich faszinierend.
Anmerkung: Dies ist eine aktualisierte Version eines Artikels, der ursprünglich am 24. Mai 2005 auf Interesting Thing of the Day erschien.