Die Atmung

Der Atemvorgang

Es sei noch angemerkt, dass die Atmung ein sehr komplexer Vorgang ist und hier nur vereibfacht dargestellt wird. Das Hauptaugenmerk lege ich im Folgendem auf die Rolle des CO₂.

Der Atemvorgang startet, wie im vorigen Kapitel kurz beschrieben, aktiv durch die Anspannung der Atemmuskulatur (Einatmung) und endet passiv, durch deren Entspannung (Ausatmung). Das Atemzugvolumen beträgt dabei beim Erwachsenen in Ruhe zwischen 0,3 und 0,5 Liter.

Sauerstoffverbrauch pro Atemzug

Der Verbrauch wird aus der Differenz des O₂-Anteils in der Ein- und Ausatemluft ersichtlich. Das erste Diagramm zeigt die Anteile in der Einatemluft, das zweite Diagramm die Anteile bei der Ausatmung. Es kommt zu einer Verschiebung vom O₂ hin zu CO₂.

Pro Atemzug werden ca. 4Vol% Sauerstoff durch CO₂ ausgetauscht. Die Anteile des sogenannten Innertgases „N₂” und der „Anderen Gase” verändern sich nicht.

Die Sauerstoffaufnahme des Bluts ist äußerst effektiv! Es wird beim gesunden Menschen mit jedem Atemzug zu ca. 98% mit Sauerstoff gesättigt! Schnelles Atmen (Hyperventilation) oder tiefes Atmen führt also nicht, entgegen der verbreiteten Annahme, zu einer deutlich höheren Sauerstoffmenge im Blut.

Die Steuerung der Atemfrequenz

Die Regulierung erfolgt, neben dem pH-Wert, über CO₂-Rezeptoren im Atemzentrum. Dieses befindet sich im hinteren unteren Schädelbereich, dem „verlängerten Rückenmark” (Medula oblongata).

Beobachten Sie nun einmal kurz Ihre Atmung, lehnen Sie sich zurück und schließen Sie die Augen, entspannen Sie sich. Ihr Atemrhythmus wird wie folgt aussehen: Kurzes Einatmen, Ausatmen, Pause, einatmen … Es ist in Ruhe kein pausenloses hin und her.

In der kurzen Atempause steigt der CO₂-Gehalt (und der pH-Wert) im Blut an. Wird ein bestimmtes Level erreicht (Reizschwelle), erfolgt ein Signal an die Atemmuskulatur, sich wieder anzuspannen, und der nächste Atemzyklus startet.

Jeder dieser Zyklen dauert bei einem Erwachsenen in Ruhe 3–5 Sek. Rechnet man das hoch, ergibt sich die im letzten Kapitel erwähnte Frequenz von 12–18 Atemzügen/Minute beim Erwachsenen.

Nehmen Sie sich etwas Zeit und bestimmen Sie Ihre eigene Atemfrequenz (pro Minute). Wichtig dabei ist, den Vorgang nicht bewusst zu steuern! Wenn Sie darüber nachdenken, führt das meist zu einer Verlängerung der Pausen. Wenn sie gut trainiert und entspannt sind, kann ihre Atemfrequenz auch unter 10 Atemzügen/Minute liegen.

Was bewirkt Hyperventilation (schnelles Ein- und Ausatmen)?

Die O₂-Sättigung bei einem gesunden Menschen und bei normaler Atmung beträgt ca. 98%. Das bedeutet, es fehlen etwa 2% zur vollständigen Sättigung.

Dennoch hält sich die Annahme: „Wenn man hyperventiliert, nimmt man zusätzlichen Sauerstoff auf und kann dadurch länger unter Wasser bleiben.” Man könnte dann auch annehmen, das man fliegen kann, wenn man schnell genug mit den Armen wedelt.

Durch Hyperventilation senkt man das CO₂-Level im Blut stärker ab und dadurch setzt der Atemreiz später ein.

Beim Schnorcheln kann das genauso fatale Folgen haben, wie der Versuch mit schnellen Armbewegungen von einem Dach zu einem Rundflug zu starten – um bei diesem Vergleich zu bleiben.

Der Sauerstoffverbrauch

Er ist ein wichtiger Aspekt für die Zeit unter Wasser. Rufen Sie sich in Erinnerung, wie viel Sauerstoff pro Atemzug in CO₂ umgewandelt wird. Wenn wir einatmen, sind 21% O₂ in der Luft vorhanden, wenn wir ausatmen, sind es nur noch 17%. Es werden also pro Atemzug 4% verbraucht bzw. in CO₂ umwandelt.

Betrachtet man die reinen Zahlen, sieht es so aus, als könnte man die gleiche Luft 5x atmen, erst dann wäre der Sauerstoff bis auf 1% aufgebraucht. Aufgrund meiner Wortwahl werden Sie wohl vermuten, dass die Sache einen Haken hat.

Tatsächlich wird man an der Oberfläche bereits bei etwa 11% O₂ in der Atemluft Beeinträchtigungen des Bewusstseins spüren. Sinkt der Wert weiter ab, verliert man die Koordinationsfähigkeit und es kann ohne vorherige Anzeichen Bewusstlosigkeit eintreten. Ab 6% ist die Bewusstlosigkeit unausweichlich.

Damit ist klar, dass noch ein weiterer Faktor für die Versorgung des Körpers mit O₂ vorhanden sein muss. Dieser Faktor ist der Druck, genauer gesagt, der Partialdruck des Sauerstoffs! Wenn man beim Schnorcheln ab- und wieder auftaucht, ändert sich der Partialdruck vor allem in den ersten 10 m sehr deutlich. Das hat wiederum deutliche Auswirkungen auf die Aufnahme des vorhandenen Sauerstoffs. Zum besseren Verständnis ist etwas Physik notwendig, aber keine Sorge, alles ganz einfach.