Wenn das Gesicht untergetaucht wird und Wasser in die Nasenlöcher eindringt, leiten sensorische Rezeptoren, die auf Nässe in der Nasenhöhle und anderen Bereichen des Gesichts reagieren, die vom fünften Hirnnerv (Nervus trigeminus) versorgt werden, die Informationen an das Gehirn weiter. Der zehnte (X) Hirnnerv (Nervus vagus) – Teil des autonomen Nervensystems – erzeugt dann eine Bradykardie, und andere Nervenbahnen lösen eine periphere Vasokonstriktion aus, die das Blut aus den Gliedmaßen und allen Organen einschränkt, um Blut und Sauerstoff für das Herz und das Gehirn (und die Lungen) zu erhalten, indem sie den Fluss in einem Herz-Hirn-Kreislauf konzentriert und es dem Tier ermöglicht, Sauerstoff zu sparen.
Beim Menschen wird der Tauchreflex nicht ausgelöst, wenn die Gliedmaßen in kaltes Wasser gebracht werden. Eine leichte Bradykardie wird verursacht, wenn die Versuchspersonen den Atem anhalten, ohne das Gesicht in das Wasser zu tauchen. Beim Atmen mit untergetauchtem Gesicht nimmt die Tauchreaktion proportional zur sinkenden Wassertemperatur zu. Die größte Bradykardie wird jedoch ausgelöst, wenn die Versuchsperson den Atem anhält, während das Gesicht benetzt ist. Apnoe mit Nasenloch und Abkühlung des Gesichts sind Auslöser dieses Reflexes.
Die Tauchreaktion bei Tieren, wie z. B. dem Delfin, variiert beträchtlich in Abhängigkeit vom Grad der Anstrengung während der Nahrungssuche. Kinder neigen dazu, länger zu überleben als Erwachsene, wenn ihnen unter Wasser der Sauerstoff entzogen wird. Der genaue Mechanismus für diesen Effekt ist umstritten und könnte ein Ergebnis der Abkühlung des Gehirns sein, ähnlich der schützenden Wirkung, die bei Menschen beobachtet wird, die mit tiefer Hypothermie behandelt werden.
Carotis-Körperchen-ChemorezeptorenBearbeiten
Während des anhaltenden Atemanhaltens unter Wasser sinkt der Sauerstoffgehalt des Blutes, während der Kohlendioxid- und Säuregehalt ansteigt, Reize, die gemeinsam auf die Chemorezeptoren in den bilateralen Carotis-Körperchen wirken. Als Sinnesorgane übermitteln die Karotiskörper den chemischen Zustand des zirkulierenden Blutes an Gehirnzentren, die die neuronalen Ausgänge zu Herz und Kreislauf regulieren. Vorläufige Erkenntnisse bei Enten und Menschen deuten darauf hin, dass die Karotiskörper für diese integrierten kardiovaskulären Reaktionen beim Tauchen wesentlich sind und einen „Chemoreflex“ bilden, der durch parasympathische (verlangsamende) Wirkungen auf das Herz und sympathische (vasokonstriktorische) Wirkungen auf das Gefäßsystem gekennzeichnet ist.
KreislaufreaktionenBearbeiten
Der Flüssigkeitsverlust im Plasma aufgrund der Immersionsdiurese tritt innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Eintauchen auf. Die Flüssigkeitsverschiebung erfolgt größtenteils aus den extravaskulären Geweben, und das erhöhte Vorhofvolumen führt zu einer kompensatorischen Diurese. Plasmavolumen, Schlagvolumen und Herzzeitvolumen bleiben während des Eintauchens höher als normal. Die erhöhte respiratorische und kardiale Arbeitsbelastung führt zu einer erhöhten Durchblutung der Herz- und Atemmuskulatur. Das Schlagvolumen wird durch das Eintauchen oder die Schwankungen des Umgebungsdrucks nicht wesentlich beeinträchtigt, aber die Bradykardie verringert das gesamte Herzzeitvolumen, insbesondere aufgrund des Tauchreflexes beim Tauchen mit angehaltenem Atem.
Bradykardie und Herzzeitvolumen
Bradykardie ist die Reaktion auf den Kontakt des Gesichts mit kaltem Wasser: Die menschliche Herzfrequenz verlangsamt sich um zehn bis fünfundzwanzig Prozent. Bei Robben sind die Veränderungen sogar noch dramatischer: Sie fallen von etwa 125 Schlägen pro Minute auf bis zu 10 bei einem längeren Tauchgang. Während des Atemanhaltens zeigt der Mensch auch eine verringerte linksventrikuläre Kontraktilität und ein vermindertes Herzzeitvolumen, Auswirkungen, die während des Tauchens aufgrund des hydrostatischen Drucks noch gravierender sein können.
Die Verlangsamung der Herzfrequenz verringert den Sauerstoffverbrauch des Herzens und kompensiert den durch die Gefäßverengung verursachten Bluthochdruck. Allerdings verkürzt sich die Atemanhaltezeit, wenn der ganze Körper kaltem Wasser ausgesetzt ist, da die Stoffwechselrate ansteigt, um den beschleunigten Wärmeverlust zu kompensieren, selbst wenn die Herzfrequenz deutlich verlangsamt ist.
Milzkontraktion
Die Milz zieht sich als Reaktion auf den verminderten Sauerstoffgehalt und den erhöhten Kohlendioxidgehalt zusammen, wobei sie rote Blutkörperchen freisetzt und die Sauerstoffkapazität des Blutes erhöht. Dies kann vor der Bradykardie beginnen.
BlutverschiebungBearbeiten
Blutverschiebung ist ein Begriff, der verwendet wird, wenn der Blutfluss zu den Extremitäten während eines Tauchgangs mit angehaltenem Atem in den Kopf und den Rumpf umverteilt wird. Die periphere Vasokonstriktion tritt während des Abtauchens auf, da die Widerstandsgefäße den Blutfluss zu den Muskeln, der Haut und den Eingeweiden einschränken, also zu Regionen, die „hypoxietolerant“ sind. Der erhöhte Widerstand gegen den peripheren Blutfluss führt zu einem Anstieg des Blutdrucks, der durch Bradykardie kompensiert wird, ein Zustand, der durch kaltes Wasser noch verstärkt wird. Wassersäugetiere haben ein Blutvolumen, das pro Masse etwa dreimal größer ist als beim Menschen, ein Unterschied, der dadurch verstärkt wird, dass bei tauchenden Säugetieren wesentlich mehr Sauerstoff an Hämoglobin und Myoglobin gebunden ist, was eine Verlängerung des Untertauchens ermöglicht, nachdem der kapillare Blutfluss in den peripheren Organen minimiert ist.
ArrhythmusstörungenEdit
Herzrhythmusstörungen sind ein häufiges Merkmal der menschlichen Tauchreaktion. Als Teil des Tauchreflexes reguliert die erhöhte Aktivität des parasympathischen Nervensystems des Herzens nicht nur die Bradykardie, sondern ist auch mit ektopischen Schlägen verbunden, die für die menschliche Herzfunktion bei Tauchgängen mit angehaltenem Atem charakteristisch sind. Arrhythmien können durch neurale Reaktionen auf das Eintauchen in kaltes Wasser, die Aufblähung des Herzens durch die zentrale Blutverschiebung und den zunehmenden Widerstand gegen die linksventrikuläre Auswurfleistung (Nachlast) durch steigenden Blutdruck verstärkt werden. Andere Veränderungen, die häufig im Elektrokardiogramm während eines Tauchgangs mit angehaltenem Atem gemessen werden, umfassen eine ST-Senkung, eine erhöhte T-Welle und eine positive U-Welle im Anschluss an den QRS-Komplex, Messungen, die mit einer verminderten linksventrikulären Kontraktilität und einer insgesamt verminderten Herzfunktion während eines Tauchgangs in Verbindung gebracht werden.
Reaktionen der Nieren und des Wasserhaushalts
Bei hydratisierten Personen führt das Eintauchen zu einer Diurese und Ausscheidung von Natrium und Kalium. Die Diurese ist bei dehydrierten Personen und bei trainierten Sportlern im Vergleich zu sitzenden Personen reduziert.
AtmungsreaktionenEdit
Die Schnorchelatmung ist aufgrund der Anstrengung, die beim Einatmen erforderlich ist, um den hydrostatischen Druck auf den Brustkorb zu überwinden, auf geringe Tiefen knapp unter der Oberfläche beschränkt. Der hydrostatische Druck an der Körperoberfläche, der durch das Eintauchen des Kopfes in das Wasser entsteht, führt zu einer Unterdruckatmung, die das Blut in den intrathorakalen Kreislauf verlagert.
Das Lungenvolumen nimmt in aufrechter Position durch die kraniale Verschiebung des Bauches aufgrund des hydrostatischen Drucks ab, und der Widerstand gegen den Luftstrom in den Atemwegen nimmt aufgrund der Abnahme des Lungenvolumens erheblich zu.
Hydrostatische Druckunterschiede zwischen dem Lungeninneren und der Atemgaszufuhr, eine erhöhte Atemgasdichte aufgrund des Umgebungsdrucks und ein erhöhter Strömungswiderstand aufgrund höherer Atemfrequenzen können zu einer erhöhten Atemarbeit und Ermüdung der Atemmuskulatur führen.
Es scheint ein Zusammenhang zwischen Lungenödem und erhöhtem pulmonalen Blutfluss und Druck zu bestehen, der zu einer Kapillarverstopfung führt.
Das Eintauchen des Gesichts zum Zeitpunkt der Einleitung des Atemanhaltens ist ein notwendiger Faktor für die Maximierung des Tauchreflexes bei Säugetieren.
Dies kann bei Übungen höherer Intensität unter Wasser oder unter Wasser auftreten.