Het is grappig hoe willekeurige feitjes in mijn hoofd blijven hangen, zelfs na vele jaren. Toen ik in de achtste klas zat, maakte ik voor mijn natuurkundeles een verslag over de Wet van Pascal, een beschrijving van de manier waarop vloeistoffen zich gedragen in een gesloten systeem (en de basis van alle hydraulica, onder andere). Tijdens het onderzoek naar dat project kwam ik een klein stukje informatie tegen dat mijn 13-jarige geest deed verbazen: het woord vloeistof is geen synoniem van vloeistof; een vloeistof kan een vloeistof of een gas zijn. Echt waar? Heb ik mijn hele leven een vloeistof ingeademd? Ik kon er maar niet over uit. Mijn vrienden ook niet – ik dacht dat mijn eindeloze opsommingen van weetjes me slimmer deden lijken, maar zij vonden het vervelend.
Jaren later las ik een Star Trek-roman waarin de bemanning van de Enterprise een ras van mensachtige wezens tegenkwam die een vloeistof ademden; het boek deed veel moeite om te beschrijven hoe die ervaring was voor een van de mensen die met hen te maken had. Hoewel deze fictieve vloeistof compatibel was met de menselijke longen, was de psychologische schok van het inademen van een vloeistof behoorlijk intens. Later dook ditzelfde concept onder meer op in de film The Abyss uit 1989 en in Dan Browns roman The Lost Symbol uit 2009. Maar hé, dat is allemaal maar science fiction, toch? Verbazingwekkend genoeg kunnen mensen inderdaad bepaalde zeer speciale vloeistoffen inademen.
Fluid Thinking
Om een vloeistof te laten werken voor de menselijke ademhaling, moet deze twee hoofdfuncties extreem goed uitvoeren: zuurstof naar de longen brengen en kooldioxide verwijderen. Lucht doet uiteraard beide; zo ook sommige andere combinaties van gassen (zoals die gebruikt worden bij duiken). Maar het is redelijk te denken dat sommige vloeistoffen in staat zijn hetzelfde te doen. De eerste experimenten met de ademhaling van een vloeistof vonden plaats in de jaren zestig. Muizen werden gedwongen een zoutoplossing met een hoge concentratie opgeloste zuurstof in te ademen. De muizen overleefden een tijdje, maar hoewel de oplossing voldoende zuurstof leverde, was zij niet effectief bij het verwijderen van kooldioxide; na verloop van tijd veroorzaakte zij ook schade aan de longen.
Enkele jaren later begonnen onderzoekers te experimenteren met perfluorkoolwaterstoffen, of geperfluoreerde koolwaterstoffen – met freon vergelijkbare vloeistoffen die (hoewel zij onvriendelijk zijn voor de ozonlaag wanneer zij verdampen) in staat zijn zowel zuurstof als kooldioxide gemakkelijk op te lossen. De eerste resultaten waren veel beter dan met de zuurstofrijke zoutoplossingen, en de muizen konden daarna weer normaal ademhalen. In de daaropvolgende decennia werden de formules voor ademende perfluorkoolwaterstoffen (PFK’s) verder verfijnd. De bekendste vloeistof van dit type heet perflubron, ook bekend onder de merknaam LiquiVent. Perflubron is een heldere, olieachtige vloeistof met tweemaal de dichtheid van water. Het heeft het vermogen om per volume-eenheid meer dan tweemaal zoveel zuurstof te vervoeren als lucht. En het is inert, dus het is onwaarschijnlijk dat het de longweefsels beschadigt. Omdat het een zeer laag kookpunt heeft, kan het snel en gemakkelijk uit de longen worden verwijderd door verdamping.
U denkt misschien: het is geweldig dat mensen een vloeistof kunnen ademen, maar waarom zou iemand dat willen?
Divers uses
De primaire toepassing van vloeibaar ademen is de medische behandeling van bepaalde longproblemen. Bijvoorbeeld, te vroeg geboren baby’s hebben vaak onderontwikkelde longen. Omdat perflubron meer zuurstof dan lucht kan vervoeren, kan het de ademnood verlichten totdat de longen in staat zijn om met gewone lucht te functioneren. Maar het wordt ook gebruikt voor volwassenen met acute ademhalingsproblemen als gevolg van ziekte, trauma, brandwonden of het inademen van rook, water of andere giftige stoffen. De vloeistof zet ingeklapte longblaasjes aan tot openen, spoelt verontreinigingen weg en zorgt voor een betere uitwisseling van zuurstof en kooldioxide voor longen die niet volledig functioneren. Bij klinisch gebruik worden de longen meestal niet volledig gevuld met de vloeistof; in plaats daarvan wordt vloeistofbeademing meestal gebruikt in combinatie met conventionele gasbeademing.
Een andere mogelijke toepassing van vloeistofbeademing is bij duiken. Normaal gesproken moeten duikers gassen onder hoge druk inademen om te voorkomen dat hun longen diep onder water instorten, maar dit vereist decompressie op de weg naar boven en brengt het risico van stikstofnarcose en tal van andere problemen met zich mee. Als de longen in plaats daarvan met een vloeistof zouden worden gevuld, zouden de meeste van die problemen eenvoudigweg verdwijnen. Dit zou duikers in theorie in staat stellen grotere diepten te bereiken, sneller op te stijgen en iets minder risico’s te lopen. Ondanks wat we in de films zien, is deze techniek nog niet klaar voor prime time, maar met de vooruitgang in apparatuur, vloeistofformules en training, zou de vloeibare ademhaling op een dag de aard van het duiken drastisch kunnen veranderen. Het zou ook een toepassing kunnen hebben in het helpen beschermen tegen hoge G krachten tijdens ruimtereizen.
Voor al deze verbazingwekkende voordelen, vloeibare ademhaling gaat nog steeds gepaard met een grote moeilijkheid: het is veel moeilijker voor de menselijke longen om vloeistof in en uit te bewegen dan het is om lucht te ademen. Ook al is perflubron zoveel beter dan lucht in het vervoeren van zuurstof en kooldioxide, dat voordeel kan verloren gaan als je het niet snel genoeg circuleert. Zonder mechanische beademing zal dit vooral een probleem zijn voor iemand die ziek is, en zelfs een duiker in topconditie kan uitgeput raken van zo’n moeizame ademhaling tijdens een diepe en inspannende duik. Ik zal dus geen plannen maken om op de bodem van een met PFC gevuld zwembad te gaan wonen, maar het is zeker intrigerend om te denken dat een long vol vloeistof zou kunnen voorkomen dat ik verdrink.
Note: Dit is een bijgewerkte versie van een artikel dat oorspronkelijk verscheen op Interessant Ding van de Dag op 24 mei 2005.