Wir favorisieren hier die Methode der Hypoxie (siehe unten). Die einschlägige Literatur zu Hypoxie widmet allerdings der Anreicherung von Kohlendioxyd, CO2 , im Blut, der sog Hypokapnie, kaum Aufmerksamkeit. Deshalb soll hier mit diesem Problem begonnen werden. Zunächst blicken wir auf die Gefahrenseite.
DIE HYPOKAPNIE
Sie ist eine Übersäuerung des Blutes durch zu viel Kohlendioxyd. Die Folgen: Zittern (Tremor), Blutdruckanstieg, Schwindel, Herzrasen, Krampfanfälle, Panik, narkotische Bewusstlosigkeit, schließlich der Tod durch Atemstillstand, herbeigeführt durch eine CO2-Übersäuerung im Blut. Der Tod kann dagegen auch durch eine Hypoxie (siehe dazu unten) durch das Fehlen von Sauerstoff im Gehirn eintreten. Und das viel sanfter.
Die angepeilte Exit-Methode soll deshalb das Ausschalten der Sauerstoffzufuhr ins Gehirn durch das Einatmen eines inerten Gases sein, wobei weiter ausgeatmet wird, um das CO2 los zu werden. Das geht aber nicht so einfach. Denn in dem zu benutzenden Exit- Bag, oder der Maske, sammelt sich das ausgeatmete CO2 erst einmal an. Es fällt aus der vorgesehenen Öffnung im Bag oder der Maske nicht einfach heraus. Im Bag oder der Maske entsteht vielmehr ein Gasgemisch mit CO2-Anteilen.
Unsere normale Luft hat einen CO2-Anteil von 400 ppm oder 0,04 %, den wir nicht spüren. Erhöht sich indes in dem Luft- bzw. im Gasgemisch, das wir einatmen, der CO2-Anteil auf 4 – 5 %, kommt es zu Panikreaktionen, ähnlich wie beim Ersticken (s. u.). Daraus resultieren zwei Fragen:
1. Entsteht in der Maske, bzw. im Bag überhaupt ein Gasgemisch, oder sinkt das deutlich schwerere CO2 nicht doch nach unten ab?
2. Wie viel CO2 gibt der Körper mit jedem Ausatmen frei? Ist diese Menge überhaupt bedenklich?
GASGEMISCHE
Bekanntlich vermischen sich Gase im Gegensatz zu Lösungen (Festes aufgelöst in Flüssigkeit) oder Legierungen (Metalle) sehr leicht. Dabei werden z. T. auch sogar feste Teile aufgenommen, z. B im Rauch und Nebel. Der Prozess der Vermischung kommt zu Stande, weil sich Gasmoleküle schnell bewegen und sich dabei permanent anstoßen. Hinzu kommt die ständige Verwirbelung, die sich nur in hermetisch geschlossenen Behältern unterbinden ließe.
Gasgemische sind heterogene Gemische, d. h. es kommt zu keinen chemischen Verbindungen. Eine erhebliche Rolle spielen Temperatur und die Druckverhältnisse. Der Partialdruck kann gemessen werden und kann bei den einzelnen Gasen auch in unserem Körper unterschiedlich hoch sein.
Die Vermischung als ein Prozess wird Diffusion genannt. Dabei streben die beteiligten Gase einen Konzentrationsausgleich an, sie wollen sich untereinander möglichst schnell gleichmäßig verteilen. Strömungen verstärken wie beim Umrühren von Lösungen den Vermischungsprozess, die Tendenz zum Konzentrationsausgleich bleibt dabei aber ungebrochen. Die Gewichtsunterschiede zwischen beteiligten Gasen sind sehr gering und spielen bei der Vermischung keine Rolle. Strömungen gibt es zudem im Bag oder in der Maske allemal.
Die Bewegung im Gasgemisch hin zu einem Konzentrationsausgleich nennt sich thermische Bewegung. In diesem Prozess bewegen sich die einzelnen Atome und Moleküle zwar nach Zufall, insgesamt verläuft der Gesamtprozess indes statistisch gradlinig. Das Gasgemisch strebt immer nach einem „thermodynamischen Gleichgewicht“, also nach einer Gleichverteilung.
In dem Bag oder in der Maske wird also das sauerstofffreie nahezu 100 % reine inerte Gas (Helium, Stickstoff, Argon) auf die Ausatmenluft treffen. Ausgeatmet wird dann zunächst neben dem eingeatmeten inerten Gas ein noch gegebener Sauerstoff-Anteil von ca. 17 % und ein CO2-Anteil von 4,03 %. Der 0-Anteil von 17 % nimmt dann sukzessive ab.
Einmal vermischte Gase lassen sich nur schwer wieder entmischen, allenfalls wie gesagt in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter. Taucher empfehlen sich untereinander, ihre mit einem Gas-Trimix gefüllten Flaschen nach einer monatelangen Lagerung zwecks erneuter Vermischung etwas zu rollen.
Bei ihrer Vermischung folgen die Gase dem Gesetz der Entropie. Will man ein Gasgewicht unbedingt wieder entmischen, muss eine erhebliche Energie aufgebracht werden, am besten ein drastisches Herunterkühlen. Bei minus unter 270 Grad stoßen sich die Moleküle gegenseitig nicht mehr an, die Vermischung bleibt aus. Gern wird dann auch der Hinweis auf den tödlichen Gärkeller gegeben, wo schon jemand in einem CO-See erstickt sein soll. Aber hier war es sehr kühl, lange Zeit windstill, und das Kohlendioxid ist unten aus den Fässern ausgetreten.
Die einzelnen Gasgewichte in kg pro Kubikmeter bei dem normalen Luftdruck von 1.01 bar:
O 1,43
Ar 1,78
CO2 1,98
He 0,18
Luft 1,2
N 1,17
Die Differenzen zwischen den einzelnen Gewichten sind also sehr gering, was die Vermischung wohl begünstigt.
Argon, das in der uns interessierenden Literatur kaum erwähnt wird, hat eine etwas andere narkotische Wirkung als HE und N. Während das noch etwas schwerere CO2 immer wieder durchaus abgeatmet wird, setzt sich das Argon vermutlich unten in der Lunge fest, da es von den Alveolen (Lungenbläschen) nicht aufgenommen wird. Damit sinkt aber auch das Vermögen der Lunge, CO2 abzuatmen. Hypoknapie? Wegen der Alveolen-Sache favorisiere ich das körpernahe Nitrogen.
Zur Frage zwei
Ist nun das erneute Einatmen des zuvor abgeatmeten CO2 nachteilig oder gar gefährlich? Auf jeden Fall wird es unangenehm, wenn eine CO2- Konzentration von 20.000 ppm eingeatmet wird – es beginnt mit Husten und dann so fort. Normale Luft hat einen CO2- Anteil von 400 ppm.
Abgeatmet wird bei Einsatz von N als inertes Gas, wie gesagt, zunächst 17% Sauerstoff, 4,03% CO2, dann die 78% Nitrogen und 0,97% restliche Gase. Das CO2 hat also den gesunkenen O-Anteil kompensiert. Allerdings bedeuten 4,03% CO2 bereits eine Menge von 40.000 ppm. Noch einmal eine andere Rechnung:
400 ppm CO2 sind normalerweise in der Luft. 400 ppm entsprechen 0,04 Volumenprozent. Mit einem Atemzug werden aber bereits 30.000 oder 40.000 ppm CO2 freigesetzt. Das sind 3 – 4 Volumenprozent. Da der wieder ausgeatmete Sauerstoffanteil anfangs noch recht hoch ist und wieder z. T. eingeatmet wird, verlangsamt sich die CO2-Produktion, wie sie durch die Verbrennungseffekte im Körper ohnehin weiter abläuft, zumindest anfänglich nicht dramatisch.
Würden die mit dem ersten Atemzug abgeatmeten 30.000 ppm CO2 noch zweimal komplett wieder eingeatmet, kämen wir auf 90.000 ppm bzw. 9 Volumenprozent. Ein CO2-Anteil von 4 – 5 % Volumen beim Einatmen führt bereits zur Panik, 8 % CO2-Anteil sind tödlich. Ein CO2-Anteil von 1000 ppm, also 1 %, bewirkt bereits ein Zittern., von dem in der Literatur ja auch berichtet wird.
Es kommt also darauf an, welches Gasgemisch in der Maske oder Haube entsteht. Über die Diffusionsgeschwindigkeiten liegen mir keine Zahlen vor. Vielleicht vermischt sich das sehr leichte Helium nicht so schnell mit dem CO2 als das nur wenig leichtere Argon. Vielleicht ist es aber auch umgekehrt.
ZUR HYPOXIE
Der Alarmgeber im Körper bei Luftmangel ist das CO2. Es gibt den Befehl, atmen, atmen. Wenn wie beim Ersticken oder Ertrinken nicht mehr geatmet werden kann, kommt es zur Schnappatmung und zur Panik, nicht aufgrund eines Sauerstoffmangels (es ist zunächst noch genügend Sauerstoff im Körper) sondern aufgrund des CO2-Anstiegs. Bei der Hypoxie wird nun weiter geatmet, aber eben ohne Sauerstoff. Das CO2 soll dabei abgeatmet werden. Das Gehirn ist so beschaffen, dass es bei einer ausbleibenden O-Zufuhr peu ad peu seinen Betrieb einstellt. Die Folge Hirntod und anschließendes multiples Organversagen. Die CO2-Reduktion dabei ist aber wichtig.