Im Rausch der Höhe

Im terraXcube des Forschungszentrums Eurac Research in Bozen untersuchen Forscher, wie Höhenlage und Kälte den menschlichen Körper beeinflussen. — © Eurac Research / Annelie Bortolotti

„Die meisten anderen Organe, aber auch Gewebe wie die Skelettmuskulatur, erhalten in der Höhe spürbar weniger Sauerstoff als etwa auf Meereshöhe“, erklärt Burtscher und weist damit auf ein echtes Dilemma hin. Extreme Bergsteiger üben ihren Sport ausgerechnet dort aus, wo körperliche und kognitive Höchstleistungen durch die Umgebungsverhältnisse äußerst schwierig sind. „Die physische Belastbarkeit nimmt in der Höhe sukzessive ab“, rechnet der Experte vor. „Bereits ab 1.500 Metern geht die Wissenschaft von grob etwa einem Prozent Schwächung pro weiteren 100 Höhenmetern aus.“ Das bedeutet: Auf 4.000 Metern fehlen circa 25 Prozent. „Ab dieser Höhe verzeichnen wir auch bereits deutliche Auswirkungen auf bestimmte Hirnareale“, so Burtscher. „Betroffen sind etwa die allgemeine Reaktionsschnelligkeit, aber auch das Arbeitsgedächtnis und das Entscheidungsfindungsvermögen.“

Auch die Sportwissenschaftlerin Mirjam Limmer von der Deutschen Sporthochschule (DSHS) in Köln konnte Belege dafür sammeln, dass das menschliche Gehirn schon ab etwa 3.000 Metern Fehlleistungen erbringt, die am Berg schnell gefährlich werden können. „Akute Hypoxie geht zunächst mit einer verminderten synaptischen Aktivität einher und verlangsamt gleichzeitig Aufmerksamkeits- und Konzentrationsfähigkeit“, so die Forscherin. Limmer, die sich auch staatlich geprüfte Berg- und Skiführerin nennen darf, unterzog eine Gruppe von Alpinsportlerinnen und -sportlern auf dem Mount Kilimanjaro dem Frankfurter Aufmerksamkeits-Inventar: einem wissenschaftlich etablierten Kognitionstest. „Die Ergebnisse“, verrät sie, „waren auf über 4.000 Metern sowie auf 5.740 Metern viel schlechter als unter nicht hypoxischen Bedingungen.“ Auch aus der alltäglichen bergsteigerischen Praxis, so Johannes Burtscher, seien derlei Effekte überliefert – allerdings eher anekdotisch. „In solch großen Höhen lassen sich natürlich schwer EEG- oder andere aufwendige Hirnuntersuchungen durchführen.“

Sehr wohl aber kann man hypoxische Bedingungen über Atemmasken oder in sogenannten Höhenkammern nachstellen – und dort entsprechende physiologische oder auch Kognitions-Leistungstests durchführen. Im privaten Forschungszentrum Eurac Research in Bozen (Südtirol) befindet sich eine der weltweit modernsten Einrichtungen zur Simulation von extremen Höhenbedingungen: Der „terraXcube“ ist eine sogenannte hypobare Hypoxie-Kammer, hinter deren rotem Eingangstor der Sauerstoffpartialdruck, aber auch die Temperaturen und sogar die Windverhältnisse im Hochgebirge nachgestellt werden können. „Hier lassen sich einerseits wissenschaftliche Untersuchungen zu gesundheitlichen Auswirkungen von bestimmten Höhenbedingungen durchführen, andererseits können sich Extrem-Bergsteiger in der Kammer auf ihre Expeditionen vorbereiten“, weist Burtscher auf einen wichtigen Aspekt hin: die Akklimatisation an die Hypoxie zur Vermeidung der Akuten Höhenkrankheit AMS (steht für: Acute Mountain Sickness). Deren Symptome sind Kopfweh, Schwindel, Unwohlsein, Übelkeit, Müdigkeit und Schwäche. „Bei über 3.000 Metern leiden circa 25 Prozent aller nicht akklimatisierten Personen unter AMS“, weiß der Experte. Zur Akklimatisation dienen neben Hypoxie-Kammern im vorbereitenden Training auch die Aufenthalte in Camps beim Aufstieg. „Die Mechanismen hinter AMS sind noch nicht gut verstanden, sie liegen wohl in der physiologischen Anpassung des Körpers an die Höhe.“ Hierzu gebe es zwei Hypothesen, so Burtscher. Nummer eins: Der Körper passe sich nicht gut genug an, wodurch er unter Sauerstoffarmut leide. Nummer zwei: Der Körper passt sich zu gut an, und diese enorme Anpassungsleistung führe zu den Beschwerden. Beides sei plausibel.

Auch ohne Höhenkrankheit wird die Gipfeltour früher oder später zur Tortur: Ab etwa 3.000 Metern beginnt der Körper mit vermehrter Wasserausscheidung. Das sorgt für eine höhere Konzentration an roten Blutkörperchen zum effizienteren Transport des stetig abnehmenden Sauerstoffs. Dennoch sind die Muskelzellen unterversorgt und produzieren weniger ATP (Adenosintriphosphat). So heißt die wichtigste Muskel-Energiequelle, für deren effiziente Erzeugung ausreichend Sauerstoff notwendig ist. Kurz nach dem Eintreten von Hypoxie auf zellulärer Ebene wird deshalb der sogenannte Hypoxie-induzierte Faktor (HIF) aktiviert, für dessen Charakterisierung William G. Kaelin Jr., Peter J. Ratcliffe und Gregg L. Semenza 2019 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten. „Unter anderem ermöglicht HIF die vermehrte Produktion von ATP durch Glykolyse, also durch Aufspaltung von Zuckern, ohne Verbrauch von Sauerstoff“, erklärt Burtscher. „Im Vergleich mit sauerstoffabhängiger ATP-Produktion ist die Glykolyse jedoch weitaus weniger energieeffizient.“ Bei längerem Aufenthalt in großen Höhen beginnt der Körper deshalb, Muskelmasse abzubauen, um Stoffwechselenergie zu sparen. Zudem wird vermehrt das Hormon EPO produziert, welches die Produktion zusätzlicher roter Blutkörperchen anregt, um die Sauerstoffversorgung weiter zu optimieren.

Rettungsteams trainieren im terraXcube Einsätze unter Extrembedingungen. Schnee, Sturm, eisige Temperaturen und eine verringerte Sauerstoff-Verfügbarkeit schaffen realistische Szenarien für den Ernstfall in den Bergen. — © Eurac Research / Andrea De Giovanni

Gefahr der Auskühlung

Zusätzlich zum Stress auf zellulärer Ebene werden Körper und Psyche in großen Höhen durch extreme Empfindungen wie Schwindel und Angst, aber auch durch Infekte, Schlafmangel oder plötzliche Wetterumschwünge mit Nässe, Wind und Kälte geplagt. An einem kühleren Sommertag, wenn das Thermometer in München 17 Grad Celsius anzeigt, kann es auf der Zugspitze (2.962 Meter) -3 Grad Celsius kalt sein. Diese Lufttemperatur kann in windexponierten Lagen wie -12 Grad Celsius empfunden werden und den Organismus schnell auskühlen. Sinkt die Körperkerntemperatur auf unter 35 Grad Celsius, spricht man von Hypothermie. Sie macht sich bemerkbar durch starkes Zittern; Atmung und Herzfrequenz beschleunigen sich. Es kann zu Koordinationsstörungen und Bewusstseinstrübungen kommen. Sinkt die Körperkerntemperatur auf 24 Grad Celsius, wird es lebensbedrohlich.

Hypothermie wird durch viele Faktoren begünstigt, wie etwa Unterzuckerung, Erschöpfung, zu lange Pausen (speziell an windexponierten Abschnitten), falsche beziehungsweise feuchte Kleidung. Das Auskühlen schwächt den Körper zunächst schleichend, später schlagartig. Hinzu kommen oft stellenweise Erfrierungen, weil ausgekühltes Gewebe wegen der daraus folgenden reduzierten Durchblutung mit noch weniger Sauerstoff versorgt wird. Das betrifft häufig Nase und Ohren, aber auch Finger und Zehen, die beim Bergsteigen besonders stark beansprucht werden. Die Folgen: Taubheitsgefühl und Kribbeln bis hin zum Absterben der Gewebestrukturen.

Noch gefährlicher werden derlei Beeinträchtigungen, wenn darauf keine angemessene Reaktion erfolgt – etwa weil das Gehirn beeinträchtigt ist. „In der Höhe können sich verschiedene neurologische und psychiatrische Auffälligkeiten zeigen“, erklärt Katharina Hüfner von der Medizinischen Universität Innsbruck. So könnten etwa psychotische Symptome auftreten. „Man sieht oder hört Personen, die nicht wirklich vorhanden sind. Die gefährlichste Höhenerkrankung ist das akute Höhen-Hirnödem, welches sich zuerst meist durch eine Gangunsicherheit bemerkbar macht und unbehandelt schnell zu Bewusstlosigkeit und zum Tod führen kann.“ Zwischendurch könne das Ganze aber auch „rauschhafte Züge“ annehmen, sagt die Neurologin und Psychiaterin. „Man fühlt sich wie betrunken. Dieses Symptom hat möglicherweise die Redewendung ,Höhenrausch‘ geprägt. Dieser Terminus ist aber nicht wissenschaftlich definiert.“

Dasselbe gilt für den Begriff „Bergsucht“. Allerdings können bei Alpinisten sehr wohl medizinische Merkmale von Verhaltenssüchten auftreten, wie Hüfner ermittelte: Dazu untersuchte sie 335 Profi- und ambitionierte Hobby-Bergsteiger mittels wissenschaftlichen Fragebögen. „Schon aus vorangegangenen Studien war uns bekannt: Extremes Bergsteigen, das Überwinden einer selbst gesetzten Höhenmetermarke und das Erklimmen des Gipfels könnten – ähnlich wie Drogen, Social Media oder Glücksspiel – das Belohnungssystem im Hirn aktivieren.“ Über diesen simplen Mechanismus könnte auch Alpinsport in eine Art Abhängigkeit führen. Bei 88 ihrer Probanden, immerhin gut 25 Prozent, fanden Hüfner und ihr Team entsprechende Symptome: „Hier lagen verhaltensgebundene Suchtsymptome wie die Inkaufnahme bestimmter gesundheitlicher Risiken zur Befriedigung der Sucht vor – etwa das Bergsteigen trotz Infekt-Symptomen oder Schmerzen.“ Hüfner stellt klar: „Wenn jemand so etwas tut, obwohl er sich der möglichen negativen Auswirkungen bewusst ist, ist das schon ein deutliches Suchtcharakteristikum.“ Zudem stellten Betroffene das Bergsteigen häufig über Beruf und Beziehung.

Camp 4 ist das letzte Lager vor dem Gipfel am Mount Everest. Es liegt auf rund 7.900 Metern bereits in der Todeszone. Nepalesische Sherpas transportieren die Ausrüstung, nötig sind in dieser Höhe etwa Sauerstoffflaschen. — © picture alliance / dpa / Phurba Tenjing Sherpa / Handout

Auch andere Abhängigkeitsmerkmale wie eine regelmäßige Steigerung des Trainingsumfangs auf dem Weg zum Gipfelkick und ein gewisses Unvermögen, das Sportpensum zwischenzeitlich zu reduzieren, konnte Hüfner bei „Bergsüchtigen“ ermitteln. „Gerade Letzteres, sich wichtige Regenerationsphasen zu gönnen, ist ein weiteres wichtiges Unterscheidungskriterium“, erklärt die Forscherin, deren Schwerpunkt in der Sportpsychiatrie mit Fokus auf Alpin- und Höhenmedizin liegt. Die Gruppe der „Süchtigen“ wies zudem ein signifikant höheres Risiko für psychische Erkrankungen wie Depressionen, Angst- oder Essstörungen auf als die jener Sportler, die auch mal längere Pausen vom Gipfelstreben einlegen könne. Obendrein zeigte sich bei Personen mit Suchtmerkmalen „das starke Bestreben, selbst Einfluss auf das eigene Leben zu nehmen und die Konsequenzen seines Handelns am eigenen Leib zu spüren“, so Hüfner. Die Forscherin spricht in diesem Zusammenhang vom Sensation Seeking (deutsch: Reizgier). „Personen mit hohem Sensation Seeking brauchen immer neue, intensive und abwechslungsreiche Erfahrungen, also mehr Adrenalinausschüttung, um sich ausgeglichen und zufrieden zu fühlen.“ Dazu passt, dass „Bergsüchtige“ tendenziell höhere Werte im Bereich Risikobereitschaft aufwiesen als die übrigen Untersuchten.

Erhöhte Risikobereitschaft

Setzt die Hypoxie zusätzliche hirnchemische Prozesse in Gang, die das Gefahrenbewusstsein noch weiter trüben können? Ein direkter Nachweis fehlt. Verschiedene Feldstudien, darunter eine bislang nicht veröffentlichte von Mirjam Limmer aus dem indischen Teil des Himalayas, legen jedoch nahe, dass die menschliche Risikobereitschaft in der Höhe tendenziell verstärkt wird. Für die DSHS-Wissenschaftlerin blieb dabei eine Frage offen: „Treibt einen eher diese Ausgangslage auf einigen Tausend Metern zur gesteigerten Inkaufnahme von Gefahren – nach dem Motto: Jetzt ist der Gipfel schon so nahe, jetzt gibt es kein Zurück mehr – oder sind es vielmehr die besonderen Umgebungsbedingungen und ihre Auswirkungen auf das Gehirn?“

Auf der Suche nach der Antwort unterzog die Leiterin des Kölner Forschungsbereichs Berg- und Klettersport zwölf Sportstudentinnen und -studenten einem standardisierten Test zur Evaluierung ihrer Risikobereitschaft: erstens unter Normalbedingungen, zweitens unter echten Hypoxie-Bedingungen im indischen Himalaya (auf 3.000 und auf 5.000 Metern), drittens unter künstlichen Hypoxie-Bedingungen. Mithilfe der sogenannten DOSPERT-Skala (steht für: Domain-Specific Risk-Taking), einem Selbstauskunfts-Fragebogen zur Ermittlung der persönlichen Risiko-Präferenzen, stellte Limmer fest: „Auf 5.000 Metern war die Risikobereitschaft deutlich erhöht.“ Ähnlich fiel der Test in der Hypoxie-Kammer der Ruhr-Universität Bochum aus. „Tendenziell nahmen die Teilnehmer auch hier mehr Risiko auf sich als unter Normalbedingungen. Der Unterschied war nicht so deutlich wie im echten Hochgebirge, aber er war immer noch messbar.“ Das spricht dafür, dass es eine rein Hypoxie bedingte Wirkkomponente gibt – abgesehen von dem psychischen Faktor, unbedingt ans Ziel kommen zu wollen.

Dazu passt die Erkenntnis, dass die Produktion von bestimmten Neurotransmittern im Gehirn – etwa des motivierenden Dopamins, des beruhigend wirkenden Serotonins oder des aktivierenden Adrenalins – starken sauerstoffabhängigen Schwankungen unterliegt. „Diese Schwankungen werden sowohl durch den Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft, aber auch durch den zerebralen Blutfluss beeinflusst“, weiß Johannes Burtscher. Insbesondere beim Dopamin könne Sauerstoffmangel für eine große Amplitude sorgen, so der Neurowissenschaftler: „Gerade bei jüngeren Leuten ist unter hypoxischen Bedingungen oft ein signifikanter Dopaminanstieg im Blut zu beobachten.“ Ein hoher Dopaminspiegel im Hirn wiederum, das weiß man etwa aus der Suchtforschung, kann zu erhöhter Impulsivität und einem ständigen Verlangen nach immer stärkeren Belohnungen führen – etwa durch das Überstehen von Gefahren.

Laut Rudi Hauser sind Impulsivität und Suchtverhalten jedoch keine guten Voraussetzungen für dauerhaft sichere Auf- und Abstiege. Der Profi-Bergsteiger plädiert für eine betont nüchterne Herangehensweise mit ausreichend Training, umsichtiger Planung und ehrlicher Selbstreflexion vor dem Aufbruch: „Bin ich gut vorbereitet? Wo muss ich schnell sein, in welcher Passage kann ich mich vielleicht ein bisschen ausruhen, von woher können Steine herabfallen? Von der Tourplanung bis zum Wetter, von der körperlichen Verfassung bis zur Psyche – die Checkliste ist lang.“ Hauser beobachtete, dass viele sehr junge Kletterer zwar vor Kraft und Ausdauer strotzten, aber mitunter nicht die mentale Reife hätten, die man am Berg brauche: „Sie haben teils ein Gefühl der Unsterblichkeit und trauen sich Dinge, die weit über ihre Möglichkeiten hinausgehen. Häufig ist dann auch ein Quantum Glück dabei.“ Aber leider nicht immer. Eigentlich seien alle noch lebenden großen Bergsteiger rationale, clevere Typen, gibt Hauser zu bedenken: „Sie wissen, wann man umkehren muss.“ ■

ROLF HeßBRÜGGE
liebt die Berge Österreichs, belässt es dort jedoch beim Wandern. Touren, bei denen man sich anseilen muss, überlässt er gern denen, die schwindelfrei sind.

Höhenlagen

Der prozentuale Sauerstoffanteil in der Luft bleibt in allen Höhenlagen konstant bei 21 Prozent. Allerdings nimmt der Luftdruck mit zunehmenden Höhenmetern ab, was zu einer geringeren Sauerstoffverfügbarkeit führt. Bei Bergsteigern kann das zur sogenannten Höhenkrankheit führen.