Natürlich oder künstlich?

UNTER VORAKKLIMATISATION versteht man die Durchführung einer Akklimatisation unmittelbar vor einer Trekkingtour/Expedition in großen bis extremen Höhen.

ENTSCHEIDENDER AUSLÖSENDER FAKTOR zur Auslösung der Anpassungsmechanismen an die Höhe im menschlichen Körper ist, den Organismus einer Sauerstoffunterversorgung auszusetzen (= Hypoxieexposition). Dies kann durch den Aufstieg in natürliche Höhen erreicht werden.

Anhaltswerte für Akklimatisationszeiten nach Höhenstufen

Dabei wird der Körper einer „hypobaren Hypoxie“ ausgesetzt, einer Sauerstoffunterversorgung bei erniedrigten Druckverhältnissen, die mit ansteigender Aufstiegshöhe immer niedriger werden. Heute spricht man auch von einem „natürlichen Höhentraining“.

Diese Art von Vorakklimatisation ist die bisher am häufigsten angewandte Methode und meist schon in heimischen Gebirgen möglich. Höhen ab 2500m erweisen sich dabei als geeignet. Je höher und länger (mind. 2-3 Tage) die Bergbesteigung im Vorfeld ist, desto größer ist der Akklimazisationsreiz und desto besser die Vorakklimatisation. Alleine nach einer Zugspitzbesteigung (2962m) dort oben 4-5 Tage zu verbringen, kann das Risiko, höhenkrank zu werden, um das 2-3 fache mindern (Mees 2011). Gerade bei hohen Bergzielen mit schnellem Höhengewinn, wie z.b. am Kilimanjaro, ist solch eine Vorakklimatisation zu Hause im Heimatland anzuraten. Auch die sog. „Speedbesteigungen“ von Achttausendern in einigen wenigen Tagen sind ohne eine vorausgegangene Vorakklimatisation von 7-8 Wochen nicht möglich, was bei diesen außergewöhnlichen Leistungen meist nicht erwähnt wird. Neben den günstigen physiologischen Veränderungen durch die natürliche Höhenexposition, die neben der Höhenanpassung letztlich auch zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit führt (Lämmle 2010), müssen beim natürlichen Höhentraining auch noch andere veränderte Umwelteinflüsse wie Temperaturabnahme, Strahlungsintensität der Sonne und Reduktion des Wasserdampfdruckes, Berücksichtigung finden, was alles die körperliche Leistungsfähigkeit auch negativ beeinflussen kann.

Wie lange hält eine Vorakklimatisation an?

Je kürzer das Zeitintervall zwischen Vorakklimatisation und dem eigentlichen Berg/Expeditionsziel ist, umso effektiver wirkt die Vorakklimatisation. Bei einigen wenigen Vorakklimatisationstagen sollte die Abreise zum eigentlichen Bergziel möglichst innerhalb einer Woche erfolgen.

Auch die Belastungssteuerung sieht bei der Vorakklimatisation im Unterschied zur Akklimatisation am eigentlichen Bergziel anders aus. Sowohl die Belastungsintensitäten mit Abfall der Sauerstoffsättigung, werden bei der Vorakklimatisation frühzeitiger hochgefahren. Dem Risiko, während der natürlichen Vorakklimatisation höhenkrank zu werde, kann nur durch Einhalten der Akklimatisationsregeln begegnet werden, die hier genauso gelten.

Seit den erfolgreichen „Everest-Flash-Expeditionen“ von 2018 u. 2019 ist neben dem „natürlichen Höhentraining“ das „künstliche Höhentraining“ in den Vordergrund gerückt. Alle Teilnehmer dieser Expeditionen wurden in der Vorbereitung zu Hause 4-8 Wochen vor Abflug einer „normobaren Hypoxie“ (Sauerstoffunterversorgung bei natürlichen Druckverhältnissen auf Meereshöhe) ausgesetzt. Die Besteigung des Mt. Everest dauert dann mit diesen konsequent eingesetzten Vorakklimatisationsmaßnahmen vom Abflug in Europa mit Anreise zum Basislager, event. Akklimatisationstouren am Berg, Bergbesteigung und gesamter Rückreise gerade mal 3 Wochen. Diese Vorakklimatisation wird nach Möglichkeit aktiv, also in Verbindung mit Trainingseinheiten und passiv, also in Ruhe, im Schlaf, durchgeführt.

Ziel dieser „Flash-Expeditionen“ ist, den Leistungsverlust in extremen Höhen durch möglichst kurze Aufenthalte über 5300m, wo der menschliche Körper auch bei bester Versorgung konstant abbaut und durch optimale Vorakklimatisation zu reduzieren (Lämmle 2010). Der Grundsatz Schnelligkeit ist Sicherheit in der Höhe führt nicht nur zu einer erhöhten Erfolgsquote der Flash-Expeditionen bei der Gipfelbesteigung, sondern erhöht auch die Sicherheit der Gipfelaspiranten, da man sich im „gefährlichen Terrain“ kürzer aufhält, sowohl hinsichtlich der Höhe (über 5300m), als auch bzgl.der objektiven Gefahren (Spalten, Lawinen, Eisserracs). Bei einer Everestbesteigung von Nepal aus (Hillary-Route) muß dabei beispielsweise die Todesfalle Nr.1 bei diesem Aufstieg, der Khumbu-Eisbruch, weniger oft bewältigt werden.

Im Unterschied zum „natürlichen Höhentraining“ kommt beim „künstlichen Höhentraining“ zunehmend eine Sauerstoffunterversorgung (Hypoxieexposition) unter künstlich hergestellten, oder vor Ort herrschenden Druckverhältnissen zum Einsatz. Dieses „künstliche Höhentraining“ kann auf zwei Arten durchgeführt werden.

Arten der Vorakklimatisation

In speziellen Unterdruckkammern wird der Luftdruck reduziert und damit können die verschiedenen Höhenstufen simuliert werden. Es herrschen hypobare Druckverhältnisse wie am Berg, jedoch künstlich erzeugt. Diese Art von Vorakklimatisation ist jedoch technisch sehr aufwendig und nicht so leicht in unserem Alltagsleben unterzubringen.

Bei den Höhenzelten oder beim Einsatz der Höhenmasken wird dagegen ein künstliches Luftgemisch eingeatmet, das von einem Generator produziert wird. Je nach Reduktionsgrad des Sauerstoffs zugunsten des Stickstoffs können dabei die verschiedenen Höhen (2000m – 7300m) simuliert und allmählich gesteigert werden (hypoxische Luftgemische). Die individuelle Hypoxietoleranz ist für den Hypoxiegrad (simulierte Höhe) entscheidend. Es gelten die Druckverhältnisse auf Meereshöhe (normobare Hypoxie) oder am Wohnort (hypobare Hypoxie-höher als Meereshöhe).

Diese Hypoxieexposition kann passiv durch Einatmen des produzierten Luftgemisches über eine Maske direkt oder in Zelte, Kammern, Räume eingeleitet werden. Der Masken- u. Zelteinsatz ist zu Hause ohne großen technischen Aufwand möglich und leicht in unser alltägliches Leben zu integrieren. Die Akklimatisationseffekte solcher wiederholter Aufenthalte in normobarer Hypoxie sind jedoch bisher weniger erforscht als die bei kontinuierlichem Aufenthalt in natürlichen Höhen.

Die Atemanpassung bei der Hypoxieexposition erfolgt schnell, bei 1Std./Tag über 10 Tage, die Zunahme der Gesamthämoglobinmasse (rote Blutkörperchen) bedarf einer längeren Expositionsdauer von 12 Std./Tag über 18 Tage. Diese Hypoxieexposition kann dann auch mit einem aktiven Training (Fahrradergometer, Laufband) kombiniert werden. Diese Kombination erweist sich hinsichtlich Höhenanpassung und Leistungssteigerung vermutlich am effektivsten. Prof. Hoppeler (1992) zeigte in seinen Untersuchungen , daß dabei für Höhenbergsteiger und Alpine Skirennläufer das Trainingsregime „living low – training high“ am sinnvollsten ist. Dabei wird nur das Training oder ein Teil des Trainings in Hypoxie durchgeführt, was organisatorisch heute mit Höhenkammern und Höhenzelten möglich ist (schnell verfügbar und kostengünstig). Die Ausdauerleistungsfähigkeit wie auch die Atmungsparameter werden dabei verbessert, muskuläre Leistungsverluste (> 5300m) können wegen der kurzen Trainingseinheiten verhindert werde.

Zur Überwachung des Hypoxietrainings, sowohl in Bezug auf die Sicherheit (Auslösung einer akuten Bergkrankheit oder körperliche Überlastung oder eine Kombination daraus), als auch in Bezug auf die Dokumentation des Vorakklimatisationserfolges wird heute generell ein Finger-Pulsoxymeter als einfach zu handhabendes und leichtes Meßinstrument benützt. Höhenkrank kann man auch beim künstlichen Höhentraining werden, nur daß diese Eventualität in der Regel kein Problem darstellt.

Bei einem intermittierenden Hypoxietraining (IHT) kann die Trainingsbelastung unter Sauerstoff- Mangelexposition im Wechsel mit normoxischen Phasen (normale Umgebungsluft außerhalb der Kammer oder Maske oder Zelt) die Anforderungsbedingungen an den Organismus steigern. Der Körper wird unter Belastung wechselweise einer Hypoxie bzw. Normoxie ausgesetzt. Die intrazelluläre Hypoxie wird einerseits durch den ansteigenden 02-Verbrauch in der Zelle durch gesteigerte körperliche Aktivität, andererseits durch die atmungsbedingte Hypoxie gesteigert. Für die dadurch mögliche Stimulation trainingsaktiver Wachstumsfaktoren, die sich wiederum positiv auf die Sauerstofftransportkapazität auswirken, ist ebenfalls die Hypoxie der entscheidende Reiz. Die zelluläre Sauerstoffversorgung wird dadurch aufrecht erhalten. Insgesamt kann beim IHT nicht nur der Akklimatisationeffekt verbessert werden, sondern bei individuell optimierter Aktivierung von Trainingsbelastung und Hypoxiegrad auch die Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Organismus (Stoffwechselaktivität, Gefäßtonusregulation, antioxidative Kapazität) gefördert werden (Burtscher 2018).

Vorteile der Hypoxieexposition

Das IHT verbessert, ähnlich wie die kontinuierliche Hypoxie, die Atemanpassung und die Anpassung der Blutversorgung mit resultierender, verbesserter Sauerstoffversorgung des Gewebes aber auch Veränderungen im Gewebebereich mit einem Effekt der optimierten Sauerstoffausnützung. Entscheidend bei dem intermittierenden Hypoxietraining ist auch, daß durch eine übliche Trainingseinheit von bis zu 2 Stunden täglich nicht nur die Ausdauerleistungsfähigkeit und auch die Atmungsparameter verbessert werden, sondern daß es in diesem Zeitrahmen zu keinen muskulären Leistungsverlusten kommt wie bei gleicher Höhe (> 5300m) und kontinuierlichem Aufenthalt in diesen Höhen. Diese Vorakklimatisationdauer sollte möglichst erst kurz vor Abflug/Abreise zum Ziel-Berg (wenige Tage, längstens 1-2 Wochen) enden. Darüberhinaus können auch Bergsteiger, bei denen eine erhöhte Anfälligkeit zur Höhenkrankheit bereits nachgewiesen wurde, von einem vorausgehenden IHT profitieren und können das persönliche Risiko, höhenkrank zu werden, vermindern. (Burtscher 2007)

VORAKKLIMATISATIONS-PLÄNE

Künstliches Höhentraining wird nicht kontinuierlich 24 Std. pro Tag betrieben. Signifikante Akklimatisationseffekte werden bei mehrstündigen Hypoxie-expositionen pro Tag erkennbar (Tannheimer 2020). Umso länger man der Sauerstoffunterversorgung ausgesetzt ist, umso größer ist der Akklimatisationseffekt. Umso höher die angestrebte Endhöhe , umso größer muß die Hypoxiedosis ausfallen. Diese Hypoxiedosis wird generell von 4 Elementen bestimmt:

Grad der Hypoxieeinheit (simulierte Höhe)

Dauer der einzelnen Hypoxie-Einheit

Zahl und zeitliche Abfolge der Hypoxie-Einheiten

Einsatz beim Schlaf, in Ruhephasen oder beim Training

Derzeit ist noch unklar, welche Vorakklimatisationstrategie am effektivsten ist. Man ist hier noch auf die Erfahrung der Sportmediziner und Anbieter solcher künstlicher Höhensysteme angewiesen und in Abhängigkeit von dem gesetzten Ziel ist ohnehin ein individuelles Trainingsprotokoll erforderlich. Eine medizinische Betreuung durch einen erfahrenen Höhenmediziner ist bei der Vorakklimatisation angeraten, denn auch ungünstige gesundheitliche Auswirkungen können bei bestimmten individuellen Gegebenheiten z.B Vorliegen einer obstruktiven Schlafapnoe, nicht ausgeschlossen werden. (Burtscher Alpinbrief 8/2018)

Zur Effektivität der Vorakklimatisation sei wohl die Gesamtexpositionsdauer im Zelt bzw. in der Kammer der entscheidende Parameter. Ein 8-stündiges Schlafen im Hypoxiezelt über 6 Wochen (summarisch 336 Stunden) entspricht einem kontinuierlichen Aufenthalt in natürlicher Höhe über 14 Tage (summarisch 336 Stunden). Bezüglich der aufzuwendenden Zeit für eine Vorakklimatisation bedeutet die künstliche Vorakklimatisation zu Hause im Vorfeld mehr Aufwand als die natürliche Vorakklimatisation mit kontinuierlichem Aufenthalt.

Ausblick

Die künstliche Hypoxieexposition zu Hause im Vorfeld des eigentlichen Bergzieles wird in Zukunft bei der Besteigung höherer bis extrem hoher Berge als fester Bestandteil ihren Platz einnehmen.

Die Sicherheit der eigentlichen Berg-Unternehmung wird dadurch erhöht, die Erfolgsquote zur Gipfelbesteigung gesteigert. Letztlich werden auch die bisherigen Berg-Besteigungsstile an den hohen bis höchsten Bergen (klassischer Expeditionsstil, Alpinstil, moderner Expeditionsstil) um den „Express-Expeditionsstil“ erweitert. Bei letzterer wird die mehrwöchige Vorakklimatisation möglichst bis kurz vor der Abreise durchgeführt und kann bis auf eine maximale simulierte Schlaf-Höhe von 7300m ausgelegt werden.

Ein zusätzlicher optimaler Einsatz von Zusatzsauerstoff (mehr O2-Flaschen vor Ort und erhöhte Flußraten durch neue Regler) und ein erhöhtes Einsatzverhältnis Sherpas zu Gipfelaspirant werden unausweichlich weitere Bestandteile dieses Flash-Expeditionsstils sein. Abschliessend sei zur Wirksamkeit der Vorakklimatisation gesagt: Ob und in welchem Ausmaß eine Vorakklimatisation ihre Wirkung hat, hängt letztlich vom Hypoxiegrad (simulierte Höhe) und der Art (kontinuierlich oder intermittierend) und der Dauer der Exposition ab. Unterschiede in der Wirksamkeit resultieren jedoch auch aus einer individuellen Atemantwort (“ventilatory response“) und in Abhängigkeit vom individuellen Gesundheits- und Trainingszustand (Burtscher 2005). Auf jeden Fall bedarf eine Vorakklimatisation einer individuellen und zielabhängigen Planung (Protokolle) und generell dringend noch weiterer wissenschaftlicher Erforschung.

Die Vorteile künstlicher Vorakklimatisation auf einen Blick

Eine medizinische Betreuung durch einen erfahrenen Höhenmediziner ist bei der Vorakklimatisation angeraten …

Porträt Dr. Karl Flock

Geboren 1953 in Weilheim i. O.B.

Nach Abschluss des Studiums der Betriebswirtschaftslehre als Dipl.-Kfm. studierte er Medizin in München und Kapstadt (Südafrika). Als staatlich geprüfter Skilehrer gründete und betrieb er schon im Studium eine überregionale Skischule. Seine Promotion schrieb er über „Unfälle und Erkrankungen bei Polarexpeditionen“. Mit der Facharztausbildung zum Orthopäden fand er die ideale Kombination von Beruf und seinen sportlichen Aktivitäten. 9 Jahre arbeitete er an der Orthopädischen Klinik der Universitätsklinik Rechts der Isar, München. Während dieser Zeit profilierte er sich zum Kniespezialisten und betreute als Mannschaftsarzt die Deutsche Eishockey-Nationalmannschaft und 6 Jahre als Mannschaftsarzt die Deutsche Ski-Damen-Nationalmannschaft bei internationalen Bewerben. 1992 gründete und leitete Dr. Karl Flock das Orthopädische Fachzentrum (OFZ) mit ambulantem OP-Zentrum und Standorten in Weilheim, Garmisch und Starnberg. Seit 2017 betreibt er in Weilheim seine Privatpraxis für Orthopädie und Sportmedizin und führt seine Operationen stationär wie ambulant am Krankenhaus Weilheim durch.

Bergsteigerisch setzte er sich bei seinen Bergreisen mit Besteigungen einiger 6000er bereits während des Studiums mit der Höhenmedizin auseinander. 2006 bestieg er erfolgreich den Mt. Everest und 2008 vollendete er die „Seven Summits“, die jeweils höchsten Gipfel aller Kontinente: Mt. Everest (8.850m), Aconcagua (6.962m), Mt. McKinley (6.194m), Kilimandscharo (5.895m), Elbrus (5.642m), Mt. Vinson (4.897m) und Carstensz-Pyramide (4.884m). 2010 bestieg er den Cho Oyu (8.201m; ohne Gipfel). 2019 versuchte er den Mt. Cook, den höchsten Berg Neuseelands, zu besteigen. Karl Flock ist verheiratet und hat drei sportbegeisterte Kinder. Zum regelmäßigen Ausdauertraining geht er Skitouren, joggen und mountainbiken.

Weiterführende Literatur zur Vorakklimatisation :

• Burtscher M.: Intermittierende Hypoxie: Höhenvorbereitung, Training, Therapie. Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie, 53(2), (2005)

• Burtscher M./Brandstätter E./Gatterer H.: Preacclimatization in simulated altitudes. Zeitschrift “Sleep Breath”, Springerverlag DOI 10.1007/s11325-007-0127-9 (2007)

• Burtscher M.: Vorakklimatisation im Höhenzelt aus Physiologischer Sicht.

• Alpinmedizinischer Rundbrief 59, Gemeinsames Organ von ÖGAHM und BEXMED (8/2018)

• Hochholzer T./Burtscher.: Trekking&Expeditionsbergsteigen. Panico-Verlag, Köngen (2011)

• Lämmle T.: Höhe und Bergsteigen – Die taktischen Grundregeln des Höhenbergsteigens. DAV Summit Club, München (2010)

• Mees K.: Höhentrekking und Höhenbergsteigen. Bruckmann-Verlag (2011)

• Tannheimer M./Lechner R.: Rapid ascents of Mt. Everest: normobaric hypoxic preacclimatization. International Society of Travel Medicine (2020)