Was passiert mit unserem Körper bei einem Freitauchgang?

Atmung und Atemreiz I (konstanter Druck)

Während der Apnoe findet zwar kein Gasaustauch zwischen der Lunge und der Umgebungsluft statt, wohl aber zwischen Lunge und dem Blut.
Nach und nach wird der noch in der Lunge vorhandene Sauerstoff vom Blut aufgenommen und zu den Organen transportiert, wo er verbraucht wird. Als Verbrennungsprodukt entsteht CO₂, das vom Blut wieder zurück zur Lunge transportiert wird. Hier steigt während der Apnoe der CO₂-Partialdruck kontinuierlich an. Dieser ist jedoch Hauptauslöser unseres Atemreizes. Steigt er über einen gewissen Schwellenwert gibt dies unserem Atemzentrum ein unmissverständliches Signal: Wir wollen auftauchen und atmen!

Zu Beginn des Trainings steht dieses Gefühl und der Reaktion darauf im Vordergrund. Nur weil der Atemreiz einsetzt, ist das Atmen noch nicht zwingend erforderlich. Es ist möglich, über diesen Zeitpunkt hinaus unter Wasser zu bleiben. Jedoch wird das Zwerchfell in dieser Phase des Tauchgangs anfangen eine unwillkürliche Atembewegung trotz geschlossener Atemwege auszuführen (Zwerchfellkontraktion genannt).
Ungeübte veranlässt dies zum sofortigen Auftauchen, jedoch wird im Training gelernt diese Kontraktionen bis zu einem gewissen Maß zu ertragen. Dabei steigt der CO₂-Partialdruck ständig an, was zu einem verstärken der Kontraktionen führt. Diese Phase des Tauchgangs wird auch Struggling-Phase genannt, da man aktiv gegen seinen Atemreiz ankämpfen muss.

Allerdings bestimmt nicht nur die Willensstärke allein die Apnoezeit. Denn während der Atemreiz immer stärker wird, nimmt auch der O₂ Partialdruck weiter ab. Nähert man sich dem Schwellenwert droht eine Ohnmacht die ohne Sicherung tödlich enden kann. Gut trainierte Apnoetaucher haben den Willen ihre Luft solange anzuhalten, bis dieser Punkt eintritt, was allerdings von niemanden gewünscht wird.
Ein erfahrener Apnoeist weiß, bis zu welchem Punkt getaucht werden kann und wann wieder geatmet werden muss, um einen Blackout oder einen LMC zu vermeiden. Er orientiert sich dabei unter anderem an der Stärke des Atemreizes. Dies ist ein weiterer Grund gegen Hyperventilation, da sie den Atemreiz verzögert.

Atmung und Atemreiz II (unter Druckveränderung)

Neben obigen Phänomenen kommt bei einem Tieftauchgang noch die Druckveränderung, die sich auch auf die verschiedenen Partialdrücke des Atemgases auswirkt, dazu. Zwei Aspekte werden hier besonders hervorgehoben.

Der CO₂-Partialdruck bei einem Tieftauchgang

Durch die Drucksteigerung beim Tieftauchen, sollte man annehmen, dass durch den erhöhten CO₂-Partialdruck auch der Atemreiz entsprechend zunimmt. Dies ist jedoch nicht der Fall. Messungen haben ergeben, dass Druckschwankungen der Umgebung sich kaum auf den CO₂-Partialdruck in unseren Lungen auswirken. Der Grund ist die gute Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid unter hohem Druck im Körpergewebe. Daher ist die Struktur des Atemreiz bei einem Tauchgang in die Tiefe nicht wesentlich anders als bei einem Streckentauchgang.

Der O₂-Partialdruck bei einem Tieftauchgang

Ganz anders verhält sich der Sauerstoffpartialdruck in unserer Lunge, er entwickelt sich während des Abtauchens praktisch analog dem Umgebungsdruck. Schon auf einer Tiefe von 10m beträgt er ca 0.42bar im Gegensatz zu 0.21bar an der Oberfläche. Unserem Körper wird also eine Sauerstoffüberversorgung vorgetäuscht. Durch den hohen O₂-Partialdruck sind Ohnmachten in Tiefen unterhalb von 10m-20m tatsächlich höchst selten. Probleme jedoch bereitet das Auftauchen. In kurzer Zeit sinkt der Umgebungsdruck und damit der O₂-Partialdruck in unserer Lunge ab. Der schnelle Druckabfall (signifikant schneller als bei einem Static-Tauchgang) kann eine plötzliche Ohnmacht ohne jegliche Vorwarnung beim Auftauchen (typischerweise kurz vor der Oberfläche auslösen). Eine Absicherung des Tauchenden durch einen erfahrenen Freitaucher ist hier zwingend erforderlich.

Tauchreflex

Kommt unser Gesicht mit Wasser in Berührung, so reagiert der Körper unmittelbar auf dieses Ereignis. Der sogenannte Tauchreflex ist hat gleich mehrere Auswirkungen, von denen im Folgenden einige vorgestellt werden.

Taucherbradykardie

Taucht unser Gesicht ins Wasser ein, sinkt sofort die Herzfrequenz. Der Körper gelangt somit in einen energiesparenden Ruhemodus. Selbstversuche zeigten bei uns eine Pulsreduktion von ca. 65 Schlägen an der Oberfläche auf etwa 45 Schläge die Minute nach 30 Sekunden statischer Apnoe.

Vasokonstriktion

Taucht der Körper ins Wasser ein, so verursachen die geänderten Druckverhältnisse eine Verlagerung des Blutvolumen in Richtung Rumpf. Daher werden die Extremitäten nur noch wenig mit Blut und Sauerstoff versorgt. Der Körper beschränkt also die Versorgung auf die wesentlichen Organe.

Ein etwas unangenehmer Nebeneffekt davon ist die sogenannte Taucherdiurese. Durch das hohe Blutvolumen im Thoraxraum wird dem Körper eine zu große Flüssigkeitsmenge in den Gefäßen vorgetäuscht. Die Nieren bilden daher zum Ausgleich eine überhöhte Menge Urin. Problematisch wird dieser Effekt bei längeren Sessions oder großer Hitze. Der Körper verliert unmerklich große Flüssigkeitsmengen, die durch reichliches Trinken ausgeglichen werden müssen.

Druckausgleich

Im menschlichen Körper befinden sich einige luftgefüllte Hohlräume, die beim Abtauchen die Auswirkungen der Druckschwankungen zu spüren bekommen. Prominentestes Beispiel dafür sind wohl die Ohren (genauer das Mittelohr). Zum Ausgleich muss der Taucher Luft aus seinen Lungen in die entsprechende Körperhöhle drücken. Wird der Druck in diesen Bereichen nicht aktiv ausgeglichen, drohen schwere Verletzungen (sogenannte Barotraumen) der betroffenen Körperhöhlen.

Unsere Lunge ist unter diesem Aspekt besonders interessant. Da sich die Lunge im teilweise elastischen Brustkorb befinden kann sie unter dem erhöhten Umgebungsdruck ihr Volumen verringen (ähnlich wie bei der Ausatmung). Dies ist jedoch, je nach Beweglichkeit der Rippen und Elastizität des Zwerchfells, nur bis zu einer Tiefe von 25m-35m möglich. Jenseits dieser Tiefe befindet sich die Lunge in einem Zustand maximaler Ausatmung. Taucht man tiefer stellt sich eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Alveolen und des umgebenden Gewebes ein. Dies führt zu Ödemen oder Einblutungen in die Lungenbläschen, also schwere und ernstzunehmende Verletzungen der Lunge.

Allerdings schaffen es viele Apnoeisten deutlich unter diese perönliche Tiefengrenze zu tauchen. Dies lässt sich durch den sogenannten Bloodshift erklären. Ein hoher Umgebungsdruck reaktiviert einen (aus evolutionärer Sicht) alten Reflex des Menschen. Es strömt vermehrt Blut in die Kapillargefäße der Lunge. Diese Volumenzunahme des umgebenden Gewebes reduziert das Innenvolumen der Alveolen und damit die gefährliche Druckdifferenz. Dieser Reflex ist jedoch nicht bei jedem Menschen gleich ausgebildet. Darüberhinaus benötigt er einen häufigen Aufenthalt in größeren Tiefen, um sich in dem gewünschten Maße zu entwickeln. Auch hier ist Training also wieder alles.