Atmen Sie es ein – die Luft um Sie herum besteht zu etwa 78 % aus Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 1 % Argon. Im Laufe deines Lebens wirst du diese lebensspendende Mischung 672.768.000 Mal ein- und ausatmen. Umarmen Sie die Luft um Sie herum.
Aber haben Sie sich jemals gefragt, ob Sie Flüssigkeit atmen können? In Science-Fiction-Filmen wurde diese Möglichkeit immer wieder thematisiert, am bekanntesten in James Camerons Tiefsee-Actionfilm The Abyss. Kann man das wirklich tun?
In der Tat, man kann, und man hat es bereits getan.
Bevor wir das Wie erläutern, hilft es vielleicht zu verstehen, warum wir z. B. nicht in Wasser oder Milch atmen können. Das hat weniger mit den physikalischen Unterschieden zwischen diesen Stoffen und der Luft zu tun, sondern vielmehr mit der Tatsache, dass sie nicht genügend gelösten Sauerstoff enthalten. Unsere Lungen arbeiten, indem sie der Luft Sauerstoff entziehen, und sie können den meisten Flüssigkeiten nicht genug entziehen, weil diese einfach nicht viel enthalten. Es gibt jedoch einige, die Sauerstoff wie ein Schwamm aufsaugen…
Die Forschung im Bereich der Flüssigkeitsatmung reicht bis in die frühen 1900er Jahre zurück, kam aber erst mit der ersten Synthese von Perfluorkohlenwasserstoffen (PFC) während des Manhattan-Projekts in den 1940er Jahren so richtig in Schwung. Auf der Suche nach Substanzen, die reaktiven Uranverbindungen widerstehen, stießen die Wissenschaftler auf PFCs. Diese Verbindungen, die nur aus Kohlenstoff und Fluor bestehen, sind inert, farb- und geruchlos und haben keine offensichtlichen negativen Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Darüber hinaus sind sie in gelösten Gasen extrem gut löslich und können mehr Sauerstoff und Kohlendioxid aufnehmen als das Blut.
Dies brachte die Wissenschaftler auf die Frage, ob Tiere PFC einatmen könnten. In einer der ersten Studien, die dieser Frage nachgingen, tauchten Forscher Mäuse und Katzen in ein PFC ein und stellten fest, dass sie wochenlang problemlos atmen konnten. Allerdings erlitten die Tiere durch die Langzeitexposition Lungenschäden, vielleicht weil die Ausscheidung von Kohlendioxid beeinträchtigt war – die Tiere konnten nicht mehr so effektiv ausatmen. Nachfolgende Studien ergaben, dass eine mechanische Belüftung erforderlich war, um diese negativen Auswirkungen zu beheben. Im Wesentlichen wurde eine Maschine benötigt, die die dichtere Flüssigkeit für die Lungen ein- und ausatmete, so dass das Kohlendioxid rechtzeitig entfernt wurde.
Aufgrund der Erkenntnisse aus früheren Tierversuchen fragten sich 1989 Ärzte an der Temple University School of Medicine, ob die Flüssigkeitsbeatmung Frühgeborenen helfen könnte, die unter schwerer Atemnot litten und bei denen alle anderen Behandlungen versagt hatten. Sie füllten die Lungen von drei Probanden teilweise mit PFC und stellten eine gewisse Verbesserung des Zustands der Babys fest. Alle drei starben jedoch schließlich.
Sieben Jahre später versuchte ein anderes Team mit verfeinerten Flüssigbeatmungstechniken die PFC-Flüssigbeatmung bei 13 Frühgeborenen, die unter schwerer Atemnot litten und bei denen keine Überlebenschancen bestanden. Die Flüssigkeitsbeatmung führte bei der Mehrheit der Säuglinge zu einer Verbesserung, möglicherweise durch die Stabilisierung der Alveolen und die Verringerung der Oberflächenspannung in der entstehenden Lunge. Einfacher ausgedrückt: Die Lungen der Frühgeborenen waren noch nicht bereit für eine Gasumgebung, und PFC bildete eine nährende Brücke zwischen dem Fruchtwasser im Mutterleib und der Außenluft. Unglaublicherweise überlebten acht der Säuglinge nach vier Monaten.
Die Flüssigkeitsbeatmung wurde auch bei schwerkranken Erwachsenen mit Lungenerkrankungen erfolgreich ausprobiert.
Nun, da bekannt ist, dass Menschen PFC einatmen können, stellt sich natürlich die Frage, warum wir das wollen. Abgesehen von der Stabilisierung der Lungen von Neugeborenen haben medizinische Studien keine eindeutigen Vorteile ergeben. Hypothetisch könnte die Flüssigkeitsatmung verhindern, dass Tieftaucher die Taucherkrankheit bekommen und Astronauten vor lungenschädigenden G-Kräften geschützt werden, aber für beide Anwendungen sind PFCs ungeeignet, so dass zunächst ein neues flüssiges Medium erfunden werden muss. Außerdem werden speziell zugeschnittene mechanische Ventilatoren benötigt, um die Flüssigkeit für einen angemessenen Sauerstoff- und Kohlendioxidaustausch in Bewegung zu setzen.
Kurz gesagt, Flüssigkeitsatmung ist möglich, aber versuchen Sie es nicht, um die Gäste auf Ihrer nächsten Dinnerparty zu beeindrucken.