Tiefe - © Foto: gettyimages / Global_Pics
Wissen

Im Rausch der Tiefe

1945 1960 1980 2000 2020

Beim Tauchen in größeren Tiefen gerät das Gehirn gehörig durcheinander. Über das Rätsel der Inertgas-Narkose aus heutiger Sicht.

1945 1960 1980 2000 2020

Beim Tauchen in größeren Tiefen gerät das Gehirn gehörig durcheinander. Über das Rätsel der Inertgas-Narkose aus heutiger Sicht.

Kurz nachdem meine Tauchpartner und ich eine Tiefe von 55 Meter erreichen, fühlt sich die Welt zuerst einmal undefinierbar anders an. Das ist ja eigentlich nicht überraschend, denn die Welt 55 Meter unter dem Meeresspiegel ist anders! Bei diesem Tauchgang auf den Philippinen sind wir weiter als die Länge eines olympischen Schwimmbeckens von der Wasseroberfläche entfernt; weit entfernt von den hektischen Menschen, die man über der Wasseroberfläche so trifft, weit entfernt von E-Mail und Parkplatzmangel. Stattdessen schweben wir im diffus-blauen­ Licht der Tiefe zwischen Weichkorallenbäumen und Schwärmen von tanzenden Feenbarschen an einer fast senkrechten Riffwand entlang. Anders! Doch das liegt hier auch an inneren Veränderungen.

Die Evolution hat den Menschen für Bedingungen optimiert, unter denen unsere Vorfahren über Jahrmillionen gelebt haben. Nicht nur sie haben Luft unter normalem atmosphärischem Druck geatmet. Auch all die Säugetiere, Reptilien und Amphibien davor haben nie Luft mit ungewöhnlich hohen Druck geatmet. In den letzten Jahrzehnten hat sich das zumindest für den abenteuerlustigeren Teil der Bevölkerung geändert. In den 1950er-Jahren haben der französische Marineoffizier Jacques-Yves Cousteau und die österreichischen Meeresbiologen Hans und Lotte Hass großartige Pionierarbeit im Tauchen geleistet. Danach wurde der Tauchsport so populär, dass sich mittlerweile Millionen von Menschen jedes Jahr mit Pressluftflaschen unter die Wasseroberfläche begeben.

Je tiefer man mit so einem Gerät taucht, desto höher wird der Umgebungsdruck – und der Druck der Luft, mit der man vom Tauchgerät versorgt wird. Wäre der Atemluftdruck geringer als der Umgebungsdruck, würde man rasch eine kollabierte Lunge erleiden. Jeder Hobbytaucher, der es bis zum Fortgeschrittenenkurs schafft, wird zumindest einmal tiefer als 20 Meter tauchen und somit mehr als den dreifachen Umgebungsdruck atmen. Da ist es schwer, einen klaren Kopf zu behalten. Das liegt nicht nur an eventuell flatternden Nerven: Auch die Inertgas-Narkose bzw. der sogenannte Tiefenrausch trägt dazu bei.

Angst und Euphorie

Als Tauchlehrer lasse ich meine Tauchschüler beim Fortgeschrittenenkurs jedes Mal ein paar Aufgaben ausführen, die das Kurzzeitgedächtnis oder die Koordination testen. Mathematisch zumindest leicht begabte Taucher lasse ich Multiplikationen von ein- und zweistelligen Zahlen ausrechnen; künstlerisch begabte Taucher haben auf einem wasserfesten Zeichenblock ein Selbstportrait zu zeichnen. Diese Übungen werden nach dem Tauchgang unter normalem Druck wiederholt. Die Unterschiede sind teils erstaunlich: Hochbegabte Menschen, die in ihrem Beruf routinemäßig mit Zahlen hantieren, schaffen es in 30 Meter Tiefe nicht, „43 x 3“ richtig auszurechnen. Zeichnerisch begabte Tauchschüler liefern normalerweise mit ein paar Strichen ein ansprechendes Selbstportrait ab, in der Tiefe aber zeichnen sie mit wilden Linien. Neben dem gestörten Kurzzeitgedächtnis und beeinträchtigter Feinmotorik verändert der Tiefenrausch auch den emotionalen Zustand des Tauchers, und zwar je nach Ausgangslage. Wie beim Alkoholgenuss werden ängstliche Taucher oft noch ängstlicher, und die genussfähigen Taucher werden in der Tiefe noch euphorischer.

Je tiefer man kommt, desto extremer wird auch der Tiefenrausch: Im Buch „The Last Dive“ (2000) beschreibt Bernie Chowdhury,­ wie zwei Wracktaucher an der US-Ostküs­te in 70 Meter Tiefe in das Wrack eines deutschen U-Boots aus dem Zweiten Weltkrieg eindringen – und dabei Luft atmen. Der Taucher, der dieses riskante Abenteuer zumindest bis kurz nach dem Auftauchen überlebt hat (eine Dekompressionserkrankung hat ihn danach schnell dahingerafft), berichtete, geglaubt zu haben, von einem Monster (dem U-Boot) verschluckt worden zu sein. Der Tiefenrausch hat ihn so stark erfasst, dass er zu halluzinieren begann. Der Grund für diese Geistestrübung in größeren Tiefen sind der Stickstoff und zum geringeren Teil auch der Sauerstoff in der Atemluft. Diese Gase lösen sich in den Zellmembranen der Nervenzellen im Gehirn und stören dadurch deren Funktionsweise. Weil bei hohem Druck mehr dieser Gase in der Atemluft enthalten sind, lösen sich davon auch mehr in den Körpergeweben: Die bei atmosphärischem Druck harmlosen Gase entfalten erst bei erhöhtem Druck ihre narkotische Wirkung.

Kurz nachdem meine Tauchpartner und ich eine Tiefe von 55 Meter erreichen, fühlt sich die Welt zuerst einmal undefinierbar anders an. Das ist ja eigentlich nicht überraschend, denn die Welt 55 Meter unter dem Meeresspiegel ist anders! Bei diesem Tauchgang auf den Philippinen sind wir weiter als die Länge eines olympischen Schwimmbeckens von der Wasseroberfläche entfernt; weit entfernt von den hektischen Menschen, die man über der Wasseroberfläche so trifft, weit entfernt von E-Mail und Parkplatzmangel. Stattdessen schweben wir im diffus-blauen­ Licht der Tiefe zwischen Weichkorallenbäumen und Schwärmen von tanzenden Feenbarschen an einer fast senkrechten Riffwand entlang. Anders! Doch das liegt hier auch an inneren Veränderungen.

Die Evolution hat den Menschen für Bedingungen optimiert, unter denen unsere Vorfahren über Jahrmillionen gelebt haben. Nicht nur sie haben Luft unter normalem atmosphärischem Druck geatmet. Auch all die Säugetiere, Reptilien und Amphibien davor haben nie Luft mit ungewöhnlich hohen Druck geatmet. In den letzten Jahrzehnten hat sich das zumindest für den abenteuerlustigeren Teil der Bevölkerung geändert. In den 1950er-Jahren haben der französische Marineoffizier Jacques-Yves Cousteau und die österreichischen Meeresbiologen Hans und Lotte Hass großartige Pionierarbeit im Tauchen geleistet. Danach wurde der Tauchsport so populär, dass sich mittlerweile Millionen von Menschen jedes Jahr mit Pressluftflaschen unter die Wasseroberfläche begeben.

Je tiefer man mit so einem Gerät taucht, desto höher wird der Umgebungsdruck – und der Druck der Luft, mit der man vom Tauchgerät versorgt wird. Wäre der Atemluftdruck geringer als der Umgebungsdruck, würde man rasch eine kollabierte Lunge erleiden. Jeder Hobbytaucher, der es bis zum Fortgeschrittenenkurs schafft, wird zumindest einmal tiefer als 20 Meter tauchen und somit mehr als den dreifachen Umgebungsdruck atmen. Da ist es schwer, einen klaren Kopf zu behalten. Das liegt nicht nur an eventuell flatternden Nerven: Auch die Inertgas-Narkose bzw. der sogenannte Tiefenrausch trägt dazu bei.

Angst und Euphorie

Als Tauchlehrer lasse ich meine Tauchschüler beim Fortgeschrittenenkurs jedes Mal ein paar Aufgaben ausführen, die das Kurzzeitgedächtnis oder die Koordination testen. Mathematisch zumindest leicht begabte Taucher lasse ich Multiplikationen von ein- und zweistelligen Zahlen ausrechnen; künstlerisch begabte Taucher haben auf einem wasserfesten Zeichenblock ein Selbstportrait zu zeichnen. Diese Übungen werden nach dem Tauchgang unter normalem Druck wiederholt. Die Unterschiede sind teils erstaunlich: Hochbegabte Menschen, die in ihrem Beruf routinemäßig mit Zahlen hantieren, schaffen es in 30 Meter Tiefe nicht, „43 x 3“ richtig auszurechnen. Zeichnerisch begabte Tauchschüler liefern normalerweise mit ein paar Strichen ein ansprechendes Selbstportrait ab, in der Tiefe aber zeichnen sie mit wilden Linien. Neben dem gestörten Kurzzeitgedächtnis und beeinträchtigter Feinmotorik verändert der Tiefenrausch auch den emotionalen Zustand des Tauchers, und zwar je nach Ausgangslage. Wie beim Alkoholgenuss werden ängstliche Taucher oft noch ängstlicher, und die genussfähigen Taucher werden in der Tiefe noch euphorischer.

Je tiefer man kommt, desto extremer wird auch der Tiefenrausch: Im Buch „The Last Dive“ (2000) beschreibt Bernie Chowdhury,­ wie zwei Wracktaucher an der US-Ostküs­te in 70 Meter Tiefe in das Wrack eines deutschen U-Boots aus dem Zweiten Weltkrieg eindringen – und dabei Luft atmen. Der Taucher, der dieses riskante Abenteuer zumindest bis kurz nach dem Auftauchen überlebt hat (eine Dekompressionserkrankung hat ihn danach schnell dahingerafft), berichtete, geglaubt zu haben, von einem Monster (dem U-Boot) verschluckt worden zu sein. Der Tiefenrausch hat ihn so stark erfasst, dass er zu halluzinieren begann. Der Grund für diese Geistestrübung in größeren Tiefen sind der Stickstoff und zum geringeren Teil auch der Sauerstoff in der Atemluft. Diese Gase lösen sich in den Zellmembranen der Nervenzellen im Gehirn und stören dadurch deren Funktionsweise. Weil bei hohem Druck mehr dieser Gase in der Atemluft enthalten sind, lösen sich davon auch mehr in den Körpergeweben: Die bei atmosphärischem Druck harmlosen Gase entfalten erst bei erhöhtem Druck ihre narkotische Wirkung.

Hochbegabte Menschen, die im Berufsleben routinemäßig mit Zahlen hantieren, schaffen es in 30 Meter Tiefe nicht, eine relativ simple Rechenaufgabe zu bewältigen.

Da die Atemluft zum Großteil aus Stickstoff besteht, entsteht der Tiefenrausch hauptsächlich durch dieses Gas. Den Zusammenhang zwischen Fettlöslichkeit und narkotischer Stärke nennt man die Meyer-Overton-Korrelation, benannt nach dem englischen Biologen Charles E. Overton und dem deutschen Arzt Hans Horst Meyer, der jahrelang in Wien tätig war. Die Heurigenhauptstadt der Welt war für ihn sicher nicht das schlechteste Pflaster, um an seiner Abhandlung „Zur Theorie der Alkoholnarkose“ (1899/1901) zu arbeiten, in der er unter anderem die oben erwähnte Korrelation behandelt. Die Membrane der Nervenzellen im Gehirn bestehen überwiegend aus Fettsäuren mit ionisch geladenem Ende. Diese bilden eine zweischichtige Membran, die das Äußere vom Inneren der Zelle abtrennt. Meyer dachte, dass die fettlöslichen Moleküle narkotisch wirken, indem sie sich in diese Membran integrieren: Die Zellmembran würde flüssiger werden und dadurch wäre die fein abgestimmte Funktion der Gehirnzellen gestört. Umso fettlöslicher eine narkotische Substanz, desto stärker sei ihr narkotischer Effekt.

Quantentheorie der Narkose

Unglücklicherweise wurde der aus einer jüdischen Familie stammende Meyer in den 1930er-Jahren von den Antisemiten aus dem akademischen Leben geekelt und erfuhr in den Jahren vor seinem Tod 1939 nicht mehr die ihm gebührende Anerkennung. Ist die Meyer-Overton-Korrelation mehr als 100 Jahre nach Meyers Einsichten immer noch eine adäquate Erklärung für die Potenz von narkotischen Substanzen wie dem Stickstoff beim tiefen Tauchen?

Teilweise ja. Die Korrelation zwischen Fettlöslichkeit und narkotischer Wirkung besteht ohne Zweifel. Allerdings stört der Stickstoff die Funktion ganz bestimmter Membranproteine auf sehr spezifische Weise. Die Membrane der Nervenzellen bestehen nicht nur aus Lipiden; auch diverse „Kanalproteine“ sind hier eingebaut. Die Funktion dieser winzigen Kanäle ist es, Ionen von einer Seite der Membran auf die andere durchzuschleusen. Jeder Kanal lässt nur eine bestimmte Art von Ionen passieren (z. B. Natriumionen) und das nur zu ganz bestimmten Zeitpunkten, etwa wenn die Nervenzelle aktiviert wird. Das Wechselspiel der Kanalproteine ermöglicht erst die präzise Funktion der Nervenzellen. Experimentell wurde bewiesen, dass die Aktivierung der Natrium- und Kalziumkanäle von Stickstoff bei hohem Druck gestört ist. Die erhöhte Fettlöslichkeit des Stickstoffs in der Tiefe erlaubt es dem Gas, diesen Proteinen nahezukommen – und somit den Tiefenrausch auszulösen.

Eine alternative Erklärung für dieses Phänomen ist die von den Mathematikern Roger Penrose und Stewart Hammerhof vertretene Quantentheorie der Narkose. Demnach kommt Bewusstsein durch die gleichzeitige Änderung der Elementarzustände von Elektronen in den Proteinen des Zellskeletts in Nervensystemen zustande. Narkotische Substanzen binden an das Zellskelett in einer Art, die diese „Quantenkohärenz“ verhindert. Sind es also eventuell quantenphysikalische Phänomene, die verhindern, dass meine Tauchschüler richtig rechnen und vernünftig zeichnen? Das kann man wohl mit gutem Gewissen ausschließen, denn weder gibt es experimentelle Hinweise auf solche Gehirnprozesse, noch kommen derartige Zustände üblicherweise bei Raumtemperatur vor. Die Quantennarkose ist sicher knapp am Rande der Pseudowissenschaft zu finden – aber auf der falschen Seite des Randes, wo auch Klimawandel-Leugnung und Impfgegnerschaft zu finden sind. Im Gegensatz zu diesen richtet die quantenphysikalische Theo­rie der Anästhesie zumindest keinen gesellschaftlichen Schaden an. Aber der Tiefenrausch lässt sich mit der Auswirkung von Stickstoff und Sauerstoff auf die Membranproteine zweifellos besser erklären.

Der Autor ist Biologe und populär­wissenschaftlicher Autor und lebt auf den Philippinen.

Gehirn - © Foto: Hübner
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Buch

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2018, 144 Seiten, kart., € 17,20