E’ divertente il modo in cui piccoli fatti casuali mi rimangono in testa, anche dopo molti anni. Quando ero in terza media, ho fatto una relazione per la mia classe di scienze sulla legge di Pascal, una descrizione del modo in cui i fluidi si comportano in un sistema chiuso (e la base di tutta l’idraulica, tra le altre cose). Nel corso della ricerca di quel progetto mi sono imbattuto in una piccola informazione che ha fatto esplodere la mia mente di tredicenne: la parola fluido non è un sinonimo di liquido; un fluido può essere un liquido o un gas. Davvero? Ho respirato un fluido per tutta la vita? Non riuscivo a farmene una ragione. Nemmeno i miei amici – pensavo che le mie infinite recitazioni di banalità mi facessero sembrare più intelligente, ma loro lo trovavano fastidioso.
Anni dopo, ho letto un romanzo di Star Trek in cui l’equipaggio dell’Enterprise incontrava una razza di esseri umanoidi che respiravano un liquido; il libro si dilungava a descrivere come fosse quell’esperienza per uno degli umani che doveva interagire con loro. Anche se questo liquido fittizio era compatibile con i polmoni umani, lo shock psicologico di respirare un liquido era piuttosto intenso. Più tardi, lo stesso concetto è apparso nel film del 1989 The Abyss, così come nel romanzo di Dan Brown del 2009 The Lost Symbol, tra gli altri posti. Ma ehi, è tutta fantascienza, giusto? Sorprendentemente, gli esseri umani possono davvero respirare alcuni liquidi molto speciali.
Pensiero fluido
Perché qualsiasi fluido funzioni per la respirazione umana, deve svolgere due funzioni principali estremamente bene: portare l’ossigeno ai polmoni e rimuovere l’anidride carbonica. L’aria ovviamente fa entrambe le cose; così come alcune altre combinazioni di gas (come quelle usate nelle immersioni). Ma è ragionevole pensare che alcuni liquidi possano essere in grado di fare la stessa cosa. I primi esperimenti che hanno coinvolto la respirazione di un liquido hanno avuto luogo negli anni ’60. Ai topi fu fatta respirare una soluzione salina con un’alta concentrazione di ossigeno disciolto. I topi sono sopravvissuti per un po’, ma anche se la soluzione forniva abbastanza ossigeno, era inefficace per rimuovere l’anidride carbonica; col tempo, ha anche causato danni ai polmoni.
Alcuni anni dopo, i ricercatori hanno iniziato a sperimentare con i perfluorocarburi, o idrocarburi perfluorati – liquidi simili al freon che (pur essendo poco amichevoli per lo strato di ozono quando evaporano) sono in grado di sciogliere sia l’ossigeno che l’anidride carbonica facilmente. I risultati iniziali erano molto migliori rispetto alle soluzioni saline ossigenate, e i topi erano in grado di tornare alla normale respirazione gassosa dopo. Nei decenni successivi, le formule per i perfluorocarburi traspiranti (PFC) sono state ulteriormente raffinate. Il liquido più noto di questo tipo si chiama perflubron, conosciuto anche con il nome di marca LiquiVent. Il perflubron è un liquido chiaro e oleoso con una densità doppia rispetto all’acqua. Ha la capacità di trasportare più del doppio dell’ossigeno per unità di volume rispetto all’aria. Ed è inerte, quindi è improbabile che danneggi i tessuti polmonari. Poiché ha un punto di ebollizione molto basso, può essere eliminato dai polmoni rapidamente e facilmente per evaporazione.
Potresti pensare: è fantastico che gli esseri umani possano respirare un liquido, ma perché qualcuno dovrebbe volerlo fare?
Usi diversi
L’applicazione primaria della respirazione liquida è il trattamento medico di alcuni problemi polmonari. Per esempio, i bambini nati prematuramente hanno spesso polmoni sottosviluppati. Poiché perflubron può trasportare più ossigeno dell’aria, può aiutare ad alleviare la sofferenza respiratoria fino a quando i polmoni sono in grado di funzionare con aria regolare. Ma è stato anche usato per adulti con insufficienza respiratoria acuta, sia a causa di malattie, traumi, ustioni o inalazione di fumo, acqua o altre tossine. Il liquido incoraggia l’apertura degli alveoli collassati, lava via i contaminanti e fornisce un migliore scambio di ossigeno e anidride carbonica per i polmoni che non sono completamente funzionali. Nell’uso clinico, i polmoni non sono di solito riempiti completamente con il liquido; invece, la ventilazione liquida è di solito usata insieme alla ventilazione convenzionale a gas.
Un altro uso potenziale della respirazione liquida è nelle immersioni. Normalmente, i subacquei devono respirare gas fortemente pressurizzati per evitare che i loro polmoni collassino in profondità, ma questo richiede la decompressione durante la risalita e comporta il rischio di narcosi da azoto e numerosi altri problemi. Se invece i polmoni fossero riempiti con un liquido, la maggior parte di questi problemi scomparirebbe semplicemente. Questo permetterebbe, in teoria, ai subacquei di raggiungere profondità maggiori, risalire più rapidamente e sperimentare rischi un po’ più bassi. Nonostante ciò che vediamo nei film, questa tecnica non è ancora pronta per la prima serata, ma con i progressi nelle attrezzature, nelle formule dei fluidi e nell’addestramento, la respirazione liquida potrebbe un giorno cambiare radicalmente la natura delle immersioni. Potrebbe anche avere un’applicazione nell’aiutare a proteggere contro le forze G elevate durante i viaggi nello spazio.
Per tutti questi incredibili benefici, la respirazione liquida comporta ancora una grande difficoltà: è molto più difficile per i polmoni umani spostare il liquido dentro e fuori di quanto lo sia respirare aria. Anche se il perflubron è molto meglio dell’aria nel trasportare ossigeno e anidride carbonica, questo vantaggio può essere perso se non viene fatto circolare abbastanza rapidamente. Senza l’uso di un ventilatore meccanico, questo sarà particolarmente problematico per qualcuno che è malato, e anche un subacqueo in ottime condizioni potrebbe diventare esausto da una respirazione così laboriosa durante un’immersione profonda e faticosa. Quindi non farò piani per vivere sul fondo di una piscina piena di PFC, ma certamente è intrigante pensare che un polmone pieno di liquido potrebbe impedirmi di annegare.
Nota: Questa è una versione aggiornata di un articolo apparso originariamente su Interesting Thing of the Day il 24 maggio 2005.