Faktoren, die an der Apnoeleistung beteiligt sind

Aber die Delfine haben nicht vergessen, dass sie einmal Menschen waren, und selbst in ihrer unbewussten Seele behalten sie die Erinnerung daran – Oppiano, 2. Jahrhundert, Les Halieutiques

Der Mensch stirbt nicht, solange er träumen kann. Und der Traum des Homo Delphinus wird so lange weiterleben, bis der Mensch das Meer völlig zerstört hat. In seinem 1989 erschienenen Buch Homo Delphinus (das ein internationaler Erfolg wurde und zur „Bibel“ vieler Apnoeisten wurde) beharrt der Franzose Jacques Mayol, der als erster Mensch die theoretisch unerreichbare Tiefe von 100 Metern beim Apnoetauchen erreichte, auf der von verschiedenen Wissenschaftlern und Soziologen vertretenen Wassertheorie von der Abstammung des Menschen. Und einer seiner Vorfahren soll ein Affe aus dem Miozän gewesen sein, aus der Familie der Prokonsuln, der – Klimawandel hin oder her – mehrere Millionen Jahre im Wasser verbracht hat, bevor er wieder „an Land“ wurde. Das ist genug, um zu sagen, dass der Traum vom Wassermenschen unbewusst in den Genen jedes Individuums verankert ist, wenn auch verdeckt, und dass es nach Ansicht des Autors einer frühzeitigen Wiederaneignung dieser vergessenen Fähigkeit bedürfte.

Definitionen

Die Lungenventilation ist die Erneuerung der Luft in den Lungen durch die Aktion der Atemmuskeln, von denen der wichtigste das Zwerchfell ist. Sie besteht aus einer inspiratorischen und einer exspiratorischen Zeit.

Apnoe ist der vorübergehende Stillstand der Ventilation (nicht zu verwechseln mit der Atmung, die zellulär ist). Das Apnoetauchen zeugt von einer willentlichen Beherrschung und Anpassung der Ventilationskontrolle. Das Kontrollzentrum befindet sich im Gehirn und bleibt von den chemischen Bestandteilen des Blutes (O2 und hauptsächlich_CO2) abhängig. Eine längere freiwillige Apnoe ist an Land nicht gefährlich, da eine Synkope die Beatmungsfunktion automatisch wieder in Gang setzt. In einer flüssigen Umgebung kann sie jedoch zum Tod führen, da die spontane Wiederaufnahme der Beatmung bei Bewusstlosigkeit zum Ertrinken führen kann.

Die Popularisierung des Apnoetauchens – das große Blau verpflichtet – hat zu einer starken Nachfrage seitens der Praktizierenden geführt, die zwei Ziele verfolgt :

• Eine Trainingsmethode festzulegen,
• Ihren Sport in aller Sicherheit auszuüben.

Neuere Arbeiten des Laboratoriums für Atem- und Sportphysiologie der Universitätsklinik Rouen ermöglichen es, die Unterbrechung des Apnoetauchens besser zu verstehen und Unfälle durch eine gute Ausübung dieses Sports zu verhindern.

Klassischerweise wird die Dauer der freiwilligen Apnoe in zwei Phasen unterteilt :

• Die Wohlfühlphase

Sie beginnt mit dem Beginn des Apnoevorgangs und der Taucher fühlt sich während dieser Zeit nicht besonders unwohl. Diese Phase endet, wenn der Apnoetaucher die ersten spontanen Zwerchfellkontraktionen verspürt (die von einem einfachen, manchmal glottischen Unbehagen bis zu einem regelrechten Faustschlag in den Bauch reichen). Der Taucher verspürt dann das Bedürfnis, zu atmen: Dies ist der physiologische Knackpunkt. Wenn der Apnoeist seine freiwillige Apnoe fortsetzt, tritt er in die zweite Phase ein :

• Die Kampfphase

Die bis zum Abbruch der Apnoe (Wiederaufnahme der Beatmung) andauert. Die Dauer dieser Phase hängt von der Fähigkeit des Apnoeisten ab, dem Drang zu atmen und der mit der Zeit zunehmenden Intensität und Frequenz der Zwerchfellkontraktionen zu „widerstehen“.

Sehen wir uns die verschiedenen Faktoren an, die an dieser zwingenden zentralen Steuerung beteiligt sind, die den Beatmungsmuskeln den Befehl gibt, sich ungeachtet der Entscheidung des Tauchers auszulösen.

Chemische Faktoren (oder Reize)

Im Verlauf der Apnoe sinkt der alveoläre O2-Partialdruck (PAO2) des Tauchers stetig, da die Zellen dieses O2 verbrauchen, was als Hypoxie bezeichnet wird_. Gleichzeitig steigt der PACO2 in den Lungenbläschen in den ersten 20 Sekunden stark an, verlangsamt sich dann und geht auf ein Plateau zu: das ist Hyperkapnie. Es ist die Hyperkapnie, die für die Abbruchschwelle der Apnoe verantwortlich ist, und nicht der PAO2 mit seiner hypoxischen Schwelle, die eine Synkope im Vorbeigehen ohne Vorzeichen auslösen würde. Aus diesem Grund ist jede Hyperventilation vor einem Apnoetest verboten, da man den anfänglichen PACO2 senkt, ohne den (bereits maximalen) PAO2 zu verändern, wodurch diese Abbruchschwelle verzögert wird, die dann nach der hypoxischen Synkope-Schwelle auftritt.

Ein ähnliches Phänomen findet auf arterieller Ebene für O2 und_CO2 (paO2 und paCO2) statt: paCO2 wirkt auf die neurologischen Rezeptoren und löst Reize in den Atemmuskeln aus.

In den Geweben wird das erhöhte_CO2 bei der Auflösung im Plasma in Kohlensäure umgewandelt, und ein Enzym führt eine zweite Reaktion mit der Produktion von Wasserstoffionen durch, was zu einer Übersäuerung des Blutes führt und ebenfalls den Ventilationsalarm an den zentralen Rezeptoren der Medulla oblongata auslöst. Diese Übersäuerung kann durch Spasmen im Zwerchfell wahrgenommen werden. Dies ist der Reiz der Laktatazidose.

Mechanische Faktoren

Es besteht eine direkte Beziehung zwischen den Lungenvolumina zu Beginn der Apnoe und der Dauer der Apnoe. Diese Volumina greifen auch in den Gasaustausch ein, indem sie die Toleranzschwellen der eingeatmeten Gase verändern (Puffereffekt). Je größer das Lungenvolumen, desto mehr Luft speichert der Apnoeist vor der Apnoe, was sich wiederum auf die Dauer der Apnoe auswirkt, die länger ist.

Dynamische Faktoren

Das lästige Gefühl, nach Luft schnappen zu müssen, hängt nicht nur mit mechanischen und chemischen Faktoren zusammen. Das Fehlen einer Brustkorbbewegung während der Apnoe führt zu unwillkürlichen Muskelkontraktionen, die den Abbruch der Apnoe beschleunigen. Man kann diese Beeinträchtigung durch empirische Methoden modulieren (z. B. Schlucken, geringe Atembewegungen). Hyperkapnie und Hypoxie wirken auf die Ventilationszentren, die eine Aufforderung an die Atemmuskeln senden, die sich aufgrund der Apnoe nicht zusammenziehen können. Diese Bewegungslosigkeit erzeugt beim Taucher über die Sinnesbahnen unangenehme Empfindungen, die je nach Motivation, Training und/oder Willenskraft von den einzelnen Personen unterschiedlich empfunden werden.

Fapsychologische Faktoren

Wenn das Bedürfnis zu atmen auftritt, können Motivation und/oder Wettkampf die Dauer der Apnoe verlängern. Diese kortikale willentliche Kontrolle der Atmungsaktivität scheint eine wesentliche Rolle für den schnellen Fortschritt des Apnoeisten zu spielen, und zwar schon in den ersten Wochen des Trainings. Die Apnoedauer kann von Person zu Person und bei derselben Person von einer Sitzung zur nächsten zwischen 20 und 270 Sekunden variieren.

Äußere Faktoren

Der PACO2 ist höher und der PAO2 niedriger nach einer Apnoe mit Muskelübungen im Vergleich zu einer statischen Apnoe. Muskeltraining vor oder während der Apnoe erhöht den O2-Verbrauch und verkürzt die Dauer der Apnoe. Daher sollten übermäßige körperliche Anstrengungen oder sportliches Training am Tag der Apnoe vermieden werden.

Veränderungen, die durch das Eintauchen des Tauchers verursacht werden

• Verringerung des Lungenvolumens

Das Lungenvolumen kann sich durch eine Verschiebung des Zwerchfells und des Abdomens während des Eintauchens verändern. Dieses Phänomen spielt eine Rolle bei der Verringerung der funktionellen Residualkapazität (CRF = Restvolumen + exspiratorisches Reservevolumen). Dies wäre ein limitierender Faktor für die Dauer der Apnoe ;

• Ventilatorischer Austausch während der Apnoe unter Wasser

Unter Wasser erhöht der Anstieg des hydrostatischen Drucks während des Apnoetauchens den alveolären Sauerstoffdruck. Durch diesen Druckgradienten kann der alveoläre O2 besser verwertet werden als an der Oberfläche, was die Dauer der Apnoe verlängert. Beim Aufstieg ist dieser Abfall der PpAO2- und PpaO2-Werte manchmal der Grund für die 7-Meter-Synkopen ;

• Kälte

Der O2-Verbrauch (VO2) ist bei Tauchern, die einen Anzug tragen, stabil, steigt aber allmählich an, wenn die Taucher keinen Anzug tragen und wenn die Apnoen von Muskelübungen begleitet werden. Sie lässt sich durch die Mechanismen erklären, die ausgelöst werden, um gegen die Hypothermie anzukämpfen ;

• Wechselwirkung zwischen der Kreislauf- und der Beatmungsfunktion

Die reflektorische Bradykardie, die mit dem Tauchreflex zusammenhängt, könnte ein Mittel zur Verringerung des Energieverbrauchs sein, um der durch die Apnoe verursachten Asphyxie entgegenzuwirken. Diese Ergebnisse werden von anderen Autoren angezweifelt ;

• Die mit der Bradykardie einhergehende Vasokonstriktion ermöglicht auch eine Verringerung der Stoffwechselzufuhr

Die Bekämpfung der Asphyxie durch Vasokonstriktion hätte Vorrang vor der Homöostase und dem Stoffwechselbedarf. Neuere Studien zeigen bei Apnoen mit Muskelübungen niedrigere Laktatwerte und eine schnellere Erholung bei trainierten Apnoeisten.

Trainingseffekte bei erfahrenen Apnoeisten

• Zunahme des Lungenvolumens um 5-10 % (mechanische Faktoren) ;
• Anstieg der Hämoglobinkonzentration, begleitet von Milzkontraktionen (Milz, die u. a. rote Blutkörperchen speichert) bei Ama-Tauchern, die mit wiederholten Apnoen unter Wasser in Zusammenhang stehen könnten ;
• Verringerung des aeroben Stoffwechsels während des Apnoe-Tauchens. Bei trainierten Tauchern ist ein Anstieg des anaeroben Stoffwechsels zu verzeichnen, der durch die Existenz des Tauchreflexes (periphere Vasokonstriktion) hervorgerufen wird, wodurch O2 für das zentrale Nervensystem und hypoxieempfindliche Organe erhalten bleibt ;
• Verminderte Empfindlichkeit gegenüber Kohlendioxid (angeboren oder erworben) ? Taucher haben im Vergleich zu Nichttauchern eine abgeschwächte ventilatorische Reaktion auf Hyperkapnie, aber nicht auf Hypoxie. Eine neuere Studie entscheidet zwischen den beiden Theorien. Diese Hypoempfindlichkeit wäre sicherlich erworben, induziert durch das spezifische Tauchtraining.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Training des Tauchers :

• Eine Verringerung der_{CO2-Sensibilität} durch chronische Hyperkapnie-Exposition ;
• Eine Minimierung der dynamischen Stimulation durch einen schlecht erklärten Mechanismus, der es ermöglicht, den Punkt, an dem die Apnoe aufhört, hinauszuschieben. Die Interdependenz zwischen chemischen und dynamischen Faktoren wurde bestätigt, und die Schwelle für das Auftreten dynamischer Faktoren wird verzögert.

Die Debatte zwischen genetischen Anpassungen und trainingsbedingten Anpassungen ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Die meisten neueren Studien scheinen jedoch zu dem Schluss zu kommen, dass ein großer Teil dieser Anpassungen mit einem spezifischen Training für das Freitauchen zusammenhängt. Dies ist eine schematische Darstellung der respiratorischen Anpassungen, die bei Freitauchern auftreten.

So werden die Leistungen der Freitaucher Jahr für Jahr immer besser, unabhängig von der gewählten Disziplin, und die Wissenschaft macht immer weitere Fortschritte. Wenn wir jedoch zu unserem Homo Delphinus zurückkehren, sind wir weit entfernt von diesem amphibischen Humanoiden – oder fast -, der sich das flüssige Milieu wieder angeeignet hat, wie unser Affe aus dem Miozän, und man kann nur den Kontrast zwischen diesen Hochleistungssportlern mit ihren außergewöhnlichen Leistungen und diesen Kindern, von denen Jacques Mayol träumt, erkennen, die bei der Geburt aus einem flüssigen Milieu herausgezogen wurden und ab den ersten Lebenstagen wieder untergetaucht werden, diese „Initialsuppe“, um diese enge Beziehung zu dem Milieu, aus dem sie stammen, „beizubehalten“. Kurz gesagt, eine Unterwasserwelt ohne Anstrengung und Zwang zu entdecken, ein natürliches Apnoe-Tauchen allein durch die Wiederholung des so früh wie möglich wiederholten Eintauchens zu praktizieren. Apnoe muss ein Freizeitsport bleiben, ein Vergnügen, das, wenn es von den ersten Lebenstagen an so vielen Menschen wie möglich beigebracht wird, uns zweifellos in die Nähe der Leistungen unserer Cousins bringen würde, die phylogenetisch gesehen Meeressäuger sind.

© Alex Voyer, Bilder aus dem Artikel

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