Zabawny jest sposób, w jaki przypadkowe małe fakty utkwiły mi w głowie, nawet po wielu latach. Kiedy byłem w ósmej klasie, zrobiłem raport dla mojej klasy naukowej na temat Prawa Pascala, opisu sposobu, w jaki płyny zachowują się w układzie zamkniętym (i podstawy całej hydrauliki, między innymi). W trakcie badań nad tym projektem natknąłem się na maleńką informację, która rozwaliła mój 13-letni umysł: słowo fluid nie jest synonimem cieczy; fluid może być cieczą lub gazem. Naprawdę? Przez całe życie oddychałam płynem? Nie mogłam się z tym pogodzić. Ani moi przyjaciele – myślałem, że moje niekończące się recytacje ciekawostek sprawiają, że wyglądam na mądrzejszego, ale oni uważali to za irytujące.
Lata później przeczytałem powieść Star Trek, w której załoga Enterprise napotkała rasę humanoidalnych istot, które oddychały cieczą; książka zadała sobie wiele trudu, aby opisać, jakie to doświadczenie było dla jednego z ludzi, który musiał z nimi obcować. Chociaż ten fikcyjny płyn był kompatybilny z ludzkimi płucami, psychologiczny szok związany z oddychaniem cieczą był dość intensywny. Później ta sama koncepcja pojawiła się między innymi w filmie „Otchłań” z 1989 roku, a także w powieści „Zaginiony symbol” Dana Browna z 2009 roku. Ale hej, to wszystko to tylko science fiction, prawda? Zadziwiające jest to, że ludzie rzeczywiście mogą oddychać pewnymi bardzo specjalnymi płynami.
Płynne myślenie
Aby jakikolwiek płyn mógł pracować dla ludzkiego oddychania, musi wykonywać dwie główne funkcje wyjątkowo dobrze: dostarczać tlen do płuc i usuwać dwutlenek węgla. Powietrze oczywiście spełnia obie te funkcje, podobnie jak niektóre inne kombinacje gazów (np. te używane w nurkowaniu). Można jednak przypuszczać, że niektóre płyny mogą być w stanie robić to samo. Pierwsze eksperymenty z oddychaniem cieczą miały miejsce w latach 60. Myszy zostały zmuszone do oddychania roztworem soli o wysokim stężeniu rozpuszczonego tlenu. Myszy przeżyły przez jakiś czas, ale chociaż roztwór dostarczał wystarczającą ilość tlenu, był nieskuteczny w usuwaniu dwutlenku węgla; z czasem spowodował również uszkodzenie płuc.
Kilka lat później naukowcy zaczęli eksperymentować z perfluorowęglowodorami, czyli perfluorowanymi węglowodorami – cieczami podobnymi do freonu, które (mimo że są nieprzyjazne dla warstwy ozonowej, gdy wyparowują) są w stanie łatwo rozpuszczać zarówno tlen, jak i dwutlenek węgla. Początkowe wyniki były znacznie lepsze niż w przypadku natlenionych roztworów soli, a myszy były w stanie powrócić do normalnego oddychania gazowego. W ciągu następnych kilkudziesięciu lat formuły oddychających perfluorowęglowodorów (PFC) zostały jeszcze bardziej udoskonalone. Najbardziej znanym płynem tego rodzaju jest perflubron, znany również pod nazwą handlową LiquiVent. Perflubron jest przezroczystą, oleistą cieczą o gęstości dwukrotnie większej od gęstości wody. Ma zdolność przenoszenia ponad dwukrotnie większej ilości tlenu na jednostkę objętości niż powietrze. Ponadto jest obojętny, więc jest mało prawdopodobne, że uszkodzi tkanki płuc. Ponieważ ma bardzo niską temperaturę wrzenia, może być szybko i łatwo usunięty z płuc przez odparowanie.
Możesz sobie pomyśleć: to wspaniale, że ludzie mogą oddychać cieczą, ale dlaczego ktoś miałby tego chcieć?
Użytki dla nurków
Podstawowym zastosowaniem oddychania cieczą jest leczenie medyczne niektórych problemów z płucami. Na przykład, dzieci urodzone przedwcześnie często mają słabo rozwinięte płuca. Ponieważ perflubron może przenosić więcej tlenu niż powietrze, może on pomóc w łagodzeniu zaburzeń oddechowych do czasu, gdy płuca będą w stanie funkcjonować z normalnym powietrzem. Jednak jest on również stosowany u osób dorosłych z ostrą niewydolnością oddechową, spowodowaną chorobą, urazem, oparzeniami lub wdychaniem dymu, wody lub innych toksyn. Płyn zachęca zapadnięte pęcherzyki płucne do otwarcia się, wypłukuje zanieczyszczenia i zapewnia lepszą wymianę tlenu i dwutlenku węgla w płucach, które nie są w pełni sprawne. W zastosowaniach klinicznych płuca zwykle nie są całkowicie wypełnione płynem; zamiast tego wentylacja płynem jest zwykle stosowana w połączeniu z konwencjonalną wentylacją gazową.
Innym potencjalnym zastosowaniem oddychania płynem jest nurkowanie. Zazwyczaj nurkowie muszą oddychać gazami o wysokim ciśnieniu, aby zapobiec zapadaniu się płuc głęboko pod wodą, ale wymaga to dekompresji w drodze do góry i niesie ze sobą ryzyko narkozy azotowej i wielu innych problemów. Gdyby płuca były wypełnione cieczą, większość z tych problemów po prostu by zniknęła. Dzięki temu nurkowie mogliby teoretycznie schodzić na większe głębokości, szybciej się wynurzać i doświadczać nieco mniejszego ryzyka. Pomimo tego, co widzimy na filmach, technika ta nie jest jeszcze gotowa na czas świetności, ale wraz z postępem w dziedzinie sprzętu, receptur płynów i szkoleń, oddychanie cieczą może pewnego dnia diametralnie zmienić charakter nurkowania. Mogłoby również mieć zastosowanie w ochronie przed wysokimi siłami G podczas podróży kosmicznych.
Dla wszystkich tych niesamowitych korzyści, oddychanie cieczą wciąż wiąże się z jedną poważną trudnością: ludzkim płucom jest o wiele trudniej przemieszczać ciecz do środka i na zewnątrz niż oddychać powietrzem. Nawet jeśli perflubron jest o wiele lepszy od powietrza w przenoszeniu tlenu i dwutlenku węgla, ta przewaga może zostać utracona, jeśli nie będziesz go cyrkulował wystarczająco szybko. Bez użycia mechanicznego respiratora będzie to szczególnie problematyczne dla kogoś, kto jest chory, a nawet nurek w doskonałej kondycji może być wyczerpany tak żmudnym oddychaniem podczas głębokiego i wyczerpującego nurkowania. Nie będę więc snuł planów zamieszkania na dnie basenu wypełnionego PFC, ale z pewnością intrygująca jest myśl, że płuco pełne płynu mogłoby uchronić mnie przed utonięciem.
Uwaga: Jest to uaktualniona wersja artykułu, który pierwotnie pojawił się w Ciekawostce Dnia 24 maja 2005 r.
.