Die Herausforderung der dünnen Luft

Wenn wir uns in die Berge begeben, verändert sich die Welt um uns herum nicht nur optisch, sondern vor allem physikalisch. Viele Menschen sprechen davon, dass die Luft in der Höhe dünner wird, was technisch gesehen bedeutet, dass der Luftdruck sinkt. Interessanterweise bleibt der Anteil an Sauerstoff in der Atmosphäre bis in große Höhen konstant bei etwa einundzwanzig Prozent. Das Problem für unseren Körper ist also nicht, dass der Sauerstoff verschwindet, sondern dass der Druck fehlt, der die Sauerstoffmoleküle durch die hauchdünnen Membranen unserer Lungenbläschen in das Blut presst. Dieser sogenannte Sauerstoffpartialdruck ist die treibende Kraft der Atmung. Sinkt er, gerät unser gesamtes System unter Stress. Der Körper reagiert auf diesen Zustand der Hypoxie – den Sauerstoffmangel im Gewebe – mit einem faszinierenden Orchester an Anpassungsmechanismen, die von sofortigen Reflexen bis hin zu tiefgreifenden genetischen Veränderungen reichen.

Die Akutphase und der Kampf um jedes Molekül

Die erste Reaktion des Körpers erfolgt innerhalb von Sekunden. Spezielle Sensoren in den Halsschlagadern und im Aortenbogen, die Chemorezeptoren, registrieren den sinkenden Sauerstoffgehalt im Blut sofort. Sie senden nervöse Impulse an das Atemzentrum im Gehirn, was dazu führt, dass wir tiefer und schneller atmen. Diese Hyperventilation ist ein zweischneidiges Schwert. Einerseits gelangt so mehr frischer Sauerstoff in die Alveolen, andererseits atmen wir dadurch übermäßig viel Kohlendioxid ab. Da Kohlendioxid im Blut in Form von Kohlensäure vorliegt, führt dessen Verlust dazu, dass der pH-Wert des Blutes steigt – es wird basisch. Diese respiratorische Alkalose ist tückisch, denn ein zu hoher pH-Wert signalisiert dem Gehirn fälschlicherweise, die Atmung wieder zu drosseln, obwohl eigentlich mehr Sauerstoff benötigt wird. Gleichzeitig steigt die Herzfrequenz deutlich an, um das verfügbare Blut schneller durch den Kreislauf zu pumpen und die Versorgung der Organe sicherzustellen.

Das chemische Labor der Nieren und das Blut-Upgrade

Nach einigen Stunden bis Tagen übernimmt die Niere eine entscheidende Rolle in diesem Anpassungsprozess. Um den gestiegenen pH-Wert des Blutes zu korrigieren, beginnt sie verstärkt, Bikarbonat über den Urin auszuscheiden. Dies normalisiert den Säure-Basen-Haushalt und erlaubt es dem Atemzentrum, die erhöhte Atemfrequenz beizubehalten, ohne das System chemisch zu destabilisieren. Doch die Niere tut noch mehr: Sie ist der Produktionsort für das Hormon Erythropoetin, besser bekannt als EPO. Infolge des Sauerstoffmangels wird die Produktion hochgefahren, was dem Knochenmark signalisiert, mehr rote Blutkörperchen zu produzieren. Diese Erythrozyten sind unsere Sauerstofftransporter. Je mehr davon im Blut zirkulieren, desto höher ist die Transportkapazität. Dieser Prozess dauert allerdings Wochen, weshalb Bergsteiger für extreme Expeditionen viel Zeit für die Akklimatisation einplanen müssen. Ein Nebeneffekt ist, dass das Blut durch die hohe Zellkonzentration zähflüssiger wird, was das Herz stärker belastet und das Risiko für Thrombosen erhöhen kann.

Molekulare Schalter und die zelluläre Antwort

Tief in unseren Zellen versteckt sich ein weiterer Mechanismus, der erst in den letzten Jahren detailliert entschlüsselt wurde und für den es 2019 sogar den Nobelpreis für Medizin gab. Es handelt sich um den Hypoxie-induzierten Faktor, kurz HIF. Man kann sich HIF wie einen molekularen Hauptschalter vorstellen. Unter normalen Sauerstoffbedingungen wird dieser Faktor ständig abgebaut. Herrscht jedoch Hypoxie, stabilisiert sich HIF und wandert in den Zellkern, wo er hunderte von Genen aktiviert. Diese Gene steuern unter anderem das Wachstum neuer Blutgefäße, um die Diffusionstrecke für den Sauerstoff im Gewebe zu verkürzen, und optimieren den Energiestoffwechsel der Mitochondrien. Die Zellen lernen gewissermaßen, mit dem wenigen verfügbaren Sauerstoff effizienter umzugehen. Diese zelluläre Umstellung ist der Grund, warum Menschen, die dauerhaft in großen Höhen leben, eine erstaunliche Leistungsfähigkeit an den Tag legen können.

Wenn die Anpassung scheitert und die Grenzen erreicht sind

Trotz dieser beeindruckenden physiologischen Flexibilität hat der menschliche Körper Grenzen. Wenn der Aufstieg zu schnell erfolgt oder die Höhe zu extrem ist, reichen die Anpassungsmechanismen nicht mehr aus. Es kommt zur Höhenkrankheit, die in ihren schwersten Formen als Lungenödem oder Hirnödem lebensgefährlich ist. Ursache hierfür ist oft eine Fehlregulation des Blutdrucks in der Lunge. Um Gebiete der Lunge zu schützen, die schlecht belüftet sind, ziehen sich die dortigen Blutgefäße zusammen. In der Höhe betrifft dies jedoch die gesamte Lunge, was den Druck in den Kapillaren so stark erhöht, dass Flüssigkeit in das Gewebe und die Alveolen gepresst wird – der Betroffene droht innerlich zu ertrinken. Oberhalb von etwa achttausend Metern befindet sich der Mensch in der sogenannten Todeszone. Hier ist der Sauerstoffpartialdruck so niedrig, dass eine vollständige Akklimatisation physikalisch unmöglich ist. Der Körper verbraucht mehr Reserven, als er regenerieren kann, und befindet sich in einem Zustand des langsamen Verfalls, den man nur durch einen schnellen Abstieg oder künstlichen Sauerstoff stoppen kann.