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Wunderwerk Atmung

PlaySpeertaucher unter Wasser auf der Suche nach Fischen.
Wunderwerk Atmung | Video verfügbar bis 31.10.2021 | Bild: WDR

Ob Höhentraining oder Apnoe-Tauchen – es sind Extreme für die menschliche Lunge, die sie aber doch meistert. Sogar dauerhaft kann sich unser Organismus anpassen. Und das mit einigen Tricks.

Anpassungskünstler Mensch

Die Bewohner des Himalayas atmen schneller, die Bewohner der Anden haben mehr Hämoglobin im Blut und die Seenomaden der Bajau besitzen eine vergrößerte Milz. Was auf den ersten Blick nicht viel gemein hat, sind alles Anpassungen des Körpers an Umgebungen, die der menschlichen Atmung Extremes abverlangen. Denn nur so hat es der Mensch geschafft, sich in fast jedem Winkel der Erde zu behaupten. Können diese Mechanismen auch ohne genetische Anpassung genutzt werden? Ja – sagen Extremsportler wie die Apnoetaucherin Heike Schwerdtner oder die Ultraläuferin Anne Marie Flammersfeld. Doch mit welchem Training schaffen sie Höchstleistungen ihrer Lunge?

Die Bewohner des Himalayas haben sich über Jahrtausende an die dünne, sauerstoffarme Luft in über 4.000 Meter Höhe angepasst, sodass sie davon keine dauerhaften gesundheitlichen Schäden davontragen. Doch wie machen sie das? Anders als bei Flachlandbewohnern verengen sich ihre Blutgefäße nicht bei geringen Sauerstoffkonzentrationen. Diese erweiterten Blutgefäße und eine grundsätzlich schnellere Atmung – auch in Ruhelage – helfen ihnen dabei, den wenigen Sauerstoff effizient aufzunehmen und im Körper zu verteilen. Beide Mechanismen haben sich über Jahrtausende entwickelt.

Doch das ist nicht die einzige Anpassung des Menschen an extreme Höhen. Die in den Hochplateaus der südamerikanischen Anden lebenden Menschen haben dauerhaft mehr Hämoglobin im Blut. Auch das hilft Atemgase besser im Kreislauf zu transportieren. Doch das birgt auch Nachteile: So steigt die Gefahr, Schlaganfälle oder die sogenannte chronische Höhenkrankheit zu bekommen. Für viele Bewohner der Anden stellen auch Symptome wie Schwindel, Kopfschmerzen und Durchblutungsstörungen ein Problem dar.

"Doping" mit Höhenluft

Bergpanorama, eine Frau läuft auf Skiern einen verschneiten Hang hinauf.
Ultraläuferin Flammersfeld trainiert bewusst in großer Höhe. | Bild: WDR

Kurzfristig herbeigeführt, kann hingegen die Erhöhung des Hämoglobinanteils im Blut interessant für Spitzensportler sein. Sie erhoffen sich durch diesen Mechanismus eine Leistungssteigerung. Ultraläuferin Anne-Marie Flammersfeld schwört auf die positiven Effekte des sogenannten Höhentrainings: "Ich gehe in den Wettkampf rein und merke einfach, dass ich die anderen Athletinnen und Athleten überholen kann und noch Reserven spüre".

Wissenschaftlich sind die Effekte nicht eindeutig bewiesen. Dr. Hannes Gatterer erforscht daher am Institut für Sportwissenschaft in Innsbruck die Effekte der Höhe auf die Lunge. In einer sogenannten Höhenkammer simuliert er über veränderbare Konzentrationen von Stickstoff und Sauerstoff verschiedene Höhenlagen. Dabei misst er die Lungenfunktion von Probanden in Ruhelage und unter Belastung. Die Erkenntnis: "Vorallem in großer Höhe kann die Lunge sehr wohl leistungslimitierend werden. Man atmet so stark, dass irgendwann die Lunge an ihr Limit kommt", betont Gatterer.

Um diese Leistungsbegrenzung auszugleichen, setzt der Körper nach circa drei Wochen in der Höhe einen weiteren Prozess in Gang: Ähnlich wie bei den Bewohnern der Anden, produziert er mehr Hämoglobin. Dadurch wird effektiver Sauerstoff aufgenommen und im Körper verteilt. Doch wie verlässlich ist diese Methode?  "Nicht jeder Athlet reagiert gleich in der Höhe. Das heißt, manche reagieren sehr gut, auch mit einer Leistungsverbesserung. Manche reagieren aber überhaupt nicht", sagt Gatterer.  

Länger tauchen dank großer Milz

Speertaucher unter Wasser auf der Suche nach Fischen.
Die Seenomaden der Bajau können auf der Suche nach Fischen mehrere Minuten lang tauchen. | Bild: WDR

Extrem dünne Höhenluft ist nicht die einzige Herausforderung, die der menschliche Körper meistert. Auch in den Tiefen der Meere ist der Mensch zu erstaunlichen Leistungen fähig: Das Seenomadenvolk der Bajau lebt in Südostasien. Jahrhunderte lang spielte sich ihr Leben am und im Wasser ab. Auch heute verbringen viele Bajau die meiste Zeit im Meer. Bei ihrer täglichen Jagd nach Fischen und Muscheln tauchen sie mehrere Minuten lang – und das bis zu 70 Meter tief. Wie gelingt ihnen das?

Hier ist der Grund eine genetische Anpassung: Über Generationen hat sich ihre Milz um circa 50 Prozent vergrößert. Warum das beim Tauchen hilft, lässt sich über den Tauchreflex erklären: Dieser Schutzmechanismus ist bei allen luftatmenden Wirbeltieren zu finden. Er sorgt nach dem Eintauchen dafür, dass die Atmung aussetzt, sich der Herzschlag verlangsamt und die Blutgefäße in den Extremitäten verengen. All das sorgt für einen reduzierten Sauerstoffverbrauch. Zusätzlich zieht sich die Milz zusammen, die als Speicher für sauerstoffreiche rote Blutkörperchen dient. So werden die Blutkörperchen in den Kreislauf gepumpt und der Körper zusätzlich mit Sauerstoff versorgt.

Durch ihre größere Milz sind die Bajau in der Lage, unter Wasser auf deutlich mehr Sauerstoff zurückzugreifen und können so ihre Tauchzeit extrem verlängern.

Mit der richtigen Atemtechnik in die Tiefe

Doch auch ohne genetische Anpassung schaffen es Taucher, fast übermenschlich lange unter Wasser zu bleiben. Heike Schwerdtner ist Apnoe-Taucherin und deutsche Rekordhalterin im Zeittauchen. 6:31 Minuten schafft sie es, unter Wasser auszuharren. Die richtige Vorbereitung und eine durchaus umstrittene Atemtechnik helfen ihr dabei: das sogenannte Lung Packing. Dabei atmet sie tief ein. In ihre nun komplett gefüllte Lunge, pumpt sie über eine spezielle Schlucktechnik weiter Luft. Um bis zu 50 Prozent können geübte Taucher so ihre Lunge überblähen. Dieser Vorgang wird auch Hyperinflation genannt. Mit dieser Luftreserve kann Schwerdtner ihre Tauchzeiten deutlich verlängern.

Kritiker warnen aber, dass der enorme Volumenzuwachs Blutgefäße, die zum Herzen führen, abdrücken kann. Denn beim Abtauchen besteht die Gefahr des "Packing Blackouts", also bewusstlos zu werden. Deshalb muss immer ein Sicherheitstaucher, dabei sein. Im Ernstfall kann er schnell eingreifen und Leben retten.

Gefahr in der Tiefe: Der Blackout

Ein Frau holt bei geschlossenen Augen Luft.
Mit einer speziellen Schlucktechnik pumpt Heike Schwerdtner zusätzlich Luft in ihre Lunge. | Bild: WDR

Nicht nur das "Lung Packing" kann zum Blackout führen. Taucht Heike Schwerdtner nämlich ab, steigt mit jedem Meter der Umgebungsdruck im Wasser um circa 0,1 bar. Dieser presst die Luftreserve in ihrer Lunge zusammen. Durch den Druckanstieg wird der Sauerstoff erst einmal besser über die Lungen aufgenommen. Erreicht Schwerdtner ihre maximale Tiefe, ist ein Blackout also unwahrscheinlich, denn die Sauerstoffsättigung im Blut ist nun hoch.

Kritisch wird es dagegen beim Aufstieg. Nun sinkt der Druck wieder. Fällt der Gasdruck des Sauerstoffs in den Lungenbläschen unter den Wert in den Blutgefäßen, kann es im Extremfall passieren, dass der wenige Sauerstoff im Blut zurück in die Lungenalveolen diffundiert. Dem Kreislauf wird also zusätzlich Sauerstoff entzogen. Kurz vor Erreichen der rettenden Wasseroberfläche würde es zum Blackout kommen und die Taucherin womöglich ertrinken.

Apnoe-Tauchen ist also keineswegs eine gefahrlose Sportart, der man alleine und unvorbereitet nachgehen sollte. Mit der nötigen Erfahrung und den richtigen Maßnahmen lassen sich aber die Risiken beherrschen. Und dann ist der Körper in der Lage, extreme Höchstleistungen zu erreichen.

Autor: Daniel Link (WDR)

Stand: 30.10.2020 16:29 Uhr

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