Atmung unter Extrembedingungen
Die Atmung und damit die Sauerstoffversorgung der Lungen atmenden Organismen ist normalerweise dem umgebenden Luftdruck angepasst. Die meisten Menschen leben bei einem Luftdruck von 101 kPa und einem Sauerstoffpartialdruck von 21,3 kPa. Dieser garantiert eine kontinuierliche Versorgung der Zellen mit Sauerstoff über die Atmung. In Höhen ab 5000 m, die man beispielsweise beim Bergsteigen erreicht, beträgt der Luftdruck aber weniger als 30 kPa und der Sauerstoffpartialdruck nur 6 kPa. Sauerstoff wird nur noch sehr langsam ins Blut aufgenommen, die Folge ist eine Unterversorgung des Körpers mit dem lebensnotwendigen Gas.
Beim Tauchen kann ein Druck von 400 kPa (entsprechend 30 m Tauchtiefe) auf dem Taucher lasten. Es löst sich mehr Gas im Blut, welches beim schnellen Auftauchen zur Taucherkrankheit führen kann.
Obwohl die Zusammensetzung der Luft aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 0,04 % Kohlenstoffdioxid sowohl in Meereshöhe als auch auf den höchsten Bergen des Himalayas gleich ist, geht uns in großer Höhe die „Puste aus“. Um hohe Berge zu erklimmen, benötigen wir Atemgeräte.
Wenn die prozentuale Zusammensetzung der Luft von der Höhe unabhängig ist, können die Schwierigkeiten beim Atmen nur durch den veränderten Druck verursacht werden.
In unserem Lebensraum beträgt der Luftdruck 101 kPa und der Partialdruck des Sauerstoffs 21,3 kPa.
Im Himalaya beträgt der Luftdruck noch 30 kPa und weniger, der Partialdruck des Sauerstoffs erreicht gerade noch 6 kPa. Diese Druckverminderung in höheren Lagen hätte beim Aufenthalt in solchen Höhen Schwierigkeiten in der Sauerstoffversorgung des menschlichen Körpers zur Folge. Infolge des verminderten Partialdrucks diffundiert Sauerstoff langsamer in die Blutbahn, d.h. er kann nicht mehr mit genügend „Druck“ von der Luft abgegeben werden. Dieser Tempoverlust hat natürlich auch Auswirkungen auf den Sauerstoffgehalt des Blutes. Durch die verringerte Menge von Sauerstoff in den Erythrozyten kommt es in der Folge zu einer verminderten Abgabe von Sauerstoff aus dem Blut in die Körperzellen. Es kommt zur Unterversorgung des Körpers mit Sauerstoff, d.h. Muskeln und Organe werden in der Ausübung ihrer Funktionen eingeschränkt.
Durch die Verwendung von Atemgeräten mit Druckluft kann beim Erreichen solcher Höhen dieser Verlust ausgeglichen werden.
Tiere und Menschen, die in diesen Höhen leben, haben sich im Verlaufe der Zeit an diese Bedingungen angepasst. Sie bilden viel mehr Erythrozyten als Lebewesen in unseren Gebieten. Durch die erhöhte Erythrozytenanzahl kann mehr Sauerstoff aus der Luft aufgenommen und eine Unterversorgung des Körpers ausgeschlossen werden.
Beim Tauchen stellt sich die Problematik entgegengesetzt dar. Der Außendruck nimmt mit zunehmender Tiefe ab. Ohne druckfesten Anzug lastet auf dem Taucher in 30 m Tiefe ein Druck von 400 kPa. Dieser erhöhte Druck bewirkt, dass größere Gasmengen aus der Atemluftflasche vom Blut aufgenommen und darin gelöst werden und sich somit mehr Gas im Blut befindet als in normalen Druckverhältnissen. Beim schnellen Auftauchen entweicht das Gas in Form vieler kleiner Bläschen in die Blutbahn (ähnlicher Effekt wie beim Öffnen einer Sprudelflasche). Im Blut verstopfen diese Gasblasen die Kapillaren (Gasembolie) oder schädigen direkt das Gewebe. Betroffen sind v. a. Lunge, Herzmuskel, das Innenohr und das Zentralnervensystem. Verstopfte Kapillaren im Gehirn lösen Bewusstlosigkeit aus. Andere Symptome sind Juckreiz (sog. Taucherflöhe), Gelenk- und Muskelschmerzen. Akute Schmerzen im Brustkorb und starke Atemnot weisen auf eine Schädigung der Lunge hin, die evtl. zu einer Zerreißung von Lungengewebe führen kann. Außerdem können Herzschmerzen, Schwindel oder Störungen des Bewusstseins und Lähmungen bis zur Querschnittslähmung auftreten.
Dies sind die Anzeichen der Taucherkrankheit (auch: Cassionkrankheit). Deshalb müssen Taucher aus großen Tiefen sehr langsam aufsteigen und regelmäßig Pausen einlegen, damit das im Blut gelöste Gas langsam und damit schadlos abgegeben werden kann. Sollten sich die beschriebenen Symptome zeigen, muss der Taucher umgehend einen Arzt aufsuchen und sich eventuell einer Druckkammerbehandlung unterziehen.
Ähnliche Erscheinungen zeigen sich auch beim zu schnellen Aufsteigen mit einem Flugzeug in extrem veränderte Druckverhältnisse.
Eine andere Erscheinung ist der Tiefenrausch. Auch er hat die veränderten Druckbedingungen zur Ursache. Bei der erhöhten Gasabgabe ins Blut wird auch eine größere Menge Stickstoff durch die Blutbahn transportiert, da Stickstoff zu 78% Bestandteil der normalen Atemluft ist
Je länger man also in bestimmten Tiefen bleibt, desto mehr Stickstoff wird im Blut gelöst. Der Stickstoff hat eine narkotische Wirkung, die auf der guten Löslichkeit in fetthaltigen Bestandteilen der Zellmembran beruht. Da das Gehirn das mit am besten durchblutete Gewebe im Körper ist, ist hier die Einlagerung des Stickstoffes am größten. Der Stickstoff beeinträchtigt im Gehirn die Funktion der Synapsen, die für die Weiterleitung der Nervenimpulse verantwortlich sind. Es stellt sich ein berauschter Zustand ein, der mit einem leicht alkoholisierten Zustand verglichen werden kann.
Der Tiefenrausch ist von mehreren Faktoren abhängig. So kann er bei einigen Tauchern schon ab einer Tiefe von ca. 20 Metern eintreten und bei anderen erst ab einer viel größeren Tiefe. Dies hängt oft mit den unterschiedlichen körperlichen Voraussetzungen der Taucher zusammen. Somit ist der eine für den Tiefenrausch anfälliger als der andere. Die Gefahr des Tiefenrausches kann sich durch Erschöpfung, Wassermangel, Alkohol, Drogen und Medikamente erheblich erhöhen.
Die Bezeichnung Sauerstoffflasche ist in dem Sinne nicht korrekt, denn in ihr befindet sich kein reiner Sauerstoff sondern das der Umgebung nachempfundene Luftgemisch, welches in nicht schädigenden Druckverhältnissen zugeführt wird. Deshalb sollte die Bezeichnung Druckluftflasche oder Atemluftflasche verwendet werden.
