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Warum kannst du nicht den Atem anhalten, bis du tot bist?

Ich fand einen Blogbeitrag bei PLoS von Greg Downey interessant, insbesondere weil er sich mit einem Buch überschneidet, das ich auch empfehlen möchte, The Disappearing Spoon von Sam Kean, das sich mit der Geschichte des Periodensystems befasst.

In dem Beitrag geht es darum, den Atem anzuhalten, und obwohl ich nicht empfehle, den gesamten Beitrag durchzuarbeiten, ist das Video, das Downy gepostet hat, ziemlich ordentlich.

Aber meistens wollte ich ein wenig darüber reden, warum man den Atem nicht anhalten kann, bis man stirbt. Wenn Sie den Atem anhalten, wird der Drang zum Atmen unwiderstehlich, und die Frage ist, warum dies so ist. Der genaue Grund scheint sehr kompliziert zu sein (wie dieses Papier von MJ Parkes zeigt), aber es ist wenig darüber bekannt, wie es funktioniert. Das Folgende ist ein wenig rau, aber es gibt den Sinn.

Der Partialdruck von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut ändert sich, wenn Sie den Atem anhalten. Sauerstoff wird durch Stoffwechselprozesse verbraucht, wodurch sein Partialdruck verringert wird, und Kohlendioxid wird erzeugt, wodurch sein Partialdruck erhöht wird. Man könnte meinen, dass es Mechanismen gibt, um diese Konzentrationen zu erfassen und den Impuls zum Atmen zu erzeugen, wenn Sauerstoff zu niedrig und / oder Kohlendioxid zu hoch wird.Frühe Forschungen wiesen darauf hin, dass der Partialdruck von CO2 die entscheidende Variable ist. Am Tag vor aufdringlichen institutionellen Überprüfungsgremien konnten Studien wie die folgenden (Schneider, 1930) stattfinden. Haken Sie einige Leute an eine Röhre, und, ohne ihr Wissen, Schalten Sie das Gas, das sie aus der Röhre erhalten, auf reinen Stickstoff um. Wenn solche Probanden aus der Röhre einatmen und in den Raum ausatmen, sinkt ihr Sauerstoffgehalt, aber der Kohlendioxidgehalt bleibt relativ konstant. Erleben Menschen die Panik der bevorstehenden Erstickung? Wie Schneider (1930) schreibt: „Die Empfindungen, die während einer akuten Anoxämie auftreten, wie sie sich aus der Stickstoffatmung ergeben, sind nicht deutlich unangenehm; tatsächlich ähneln sie denen der Lachgasanästhesie …“ Die Probanden in dieser Studie mussten beobachtet und auf Hinweise überwacht werden, dass sie ohnmächtig werden würden – „Zyanose, maskenartiger Gesichtsausdruck, Pupillenerweiterung, Augenkonvergenz, fallender systolischer Druck.“ Ergebnisse wie diese weisen auf die Idee hin, dass es eher die Ansammlung von CO2 als der Sauerstoffmangel ist, der den Impuls zum Atmen hervorruft.Parkes (2006) überprüft jedoch Beweise, die zeigen, dass es komplizierter ist und dass hier mehrere Systeme am Werk sein könnten. Die Tatsache, dass das System eher auf CO2– als auf O2–Ebene zu arbeiten scheint, ist natürlich interessant, aber es scheint vernünftig zu sein, dass unter normalen Umständen – in Welten ohne Tanks mit reinem Stickstoff – diese beiden wahrscheinlich systematisch miteinander variieren, also könnte beides funktionieren.

In modernen Umgebungen sind natürlich nicht alle Dinge gleich, und hier tritt die Vignette von Kean ein. Er diskutiert, wie die NASA beschlossen hat, Stickstoff in Simulatoren nach dem schrecklichen Feuer während des Trainings für die Apollo-Missionen im Jahr 1967 zu verwenden, bei dem drei Astronauten getötet wurden. Die Verwendung von Stickstoff anstelle von reinem Sauerstoff am Boden ist insofern nützlich, als es die Wahrscheinlichkeit von Bränden verringert, aber seine Verwendung hatte einen Nebeneffekt. In einem Fall betraten fünf Männer ein mit Stickstoff gefülltes Abteil und brachen zusammen. Es gab keinen Sauerstoff zum Atmen, aber wie die Probanden in Schneiders Studie wurden sie einfach ohnmächtig; zwei von ihnen starben. Wie Downey bemerkt und dies mit seinem Interesse am Tauchen in Verbindung bringt, kann die Tatsache, dass der Atemdrang durch hohe CO2-Werte ausgelöst zu werden scheint, „auch der Grund dafür sein, dass Freitauchteilnehmer häufig ohnmächtig werden; sie haben wenig Sauerstoff, bevor der Kohlendioxidgehalt hoch genug wird, um die Atmung anzuregen.“ Kurz gesagt, zitiert Downy erneut: „Wenn Sie den Atem anhalten, geht Ihnen nicht so sehr die Luft aus, sondern Sie bekämpfen starke Impulse zum Atmen, wenn Sie den Sauerstoff noch nicht wirklich benötigen.“

Also, wie auch immer, das ist alles ziemlich ordentlich. Es gibt ein adaptives Problem, nämlich Sauerstoff aufzufüllen, der für normale Stoffwechselprozesse notwendig ist. Ein Teil der Lösung des Problems scheint – aber wiederum nur ein Teil, wie Parkes angibt – ein sensorisches System zu sein, das entwickelt wurde, um CO2 zu messen und die Atmung zu motivieren, wenn dieser Wert hoch wird, was unter normalen Umständen damit zusammenhängt, wenn die O2-Werte niedrig sind. Wenn dieses Niveau ansteigt, wird der phänomenologische Drang zum Atmen erzeugt, der zu angemessenem Handeln motiviert. Dieser Drang kann für eine gewisse Zeit ausgeglichen werden, aber nur für eine gewisse Zeit, und diese Grenze scheint mit der zunehmenden Wahrscheinlichkeit von Schäden aufgrund von Sauerstoffmangel zu tun zu haben. Auch hier ist es komplex, aber dennoch scheinen wir auf eine zufriedenstellende Darstellung dieser Systeme hinzuarbeiten.