Sauerstoff über den Wolken
Eine Studie hat untersucht, ob zusätzlicher Sauerstoff bei Flügen in großer Höhe nicht nur schützt – sondern dem Gehirn auch schaden könnte.
Druckverlust in großer Höhe ist lebensgefährlich – das zeigte 1999 der Tod von Golfstar Payne Stewart und 2005 das Unglück des Helios Airways Flug 522 in Griechenland mit 121 Todesopfern. Sauerstoffmasken versorgen den Körper auch bei „dünner Luft“ und retten Leben. Doch es gibt Hinweise, dass eine dauerhaft hohe Sauerstoffzufuhr – etwa bei Militärpiloten – dem Gehirn schaden könnte. Eine Studie von Eurac Research hat solche Flugbedingungen im Extremklimasimulator terraXcube nachgestellt.
In Flugzeugen ohne Druckkabine – also ohne künstlich regulierten Luftdruck wie in Verkehrsflugzeugen – wird ab einer gewissen Flughöhe zusätzlicher Sauerstoff empfohlen oder sogar vorgeschrieben. Denn je höher man fliegt, desto „dünner“ wird die Luft, und unser Körper erhält weniger Sauerstoff. Doch wie wirkt sich diese künstliche Sauerstoffgabe auf unser Gehirn, unser Blut und unsere Konzentration aus? Genau das hat ein Forschungsteam in der sogenannten Hypoxiflight-Studie untersucht. Im terraXcube, dem Zentrum für Extremklimasimulation von Eurac Research, stellten sie realistische Flugbedingungen für zivile Piloten und Pilotinnen und Fluggäste nach – und das unter streng kontrollierten standardisierten Bedingungen.
Höhenflüge im Labor
Die Simulation fand im terraXcube statt – einer hochmodernen Forschungseinrichtung in Bozen, in der Umweltbedingungen wie Kälte, Wind und große Höhen realitätsnah nachgebildet werden können. Zwölf gesunde Freiwillige (durchschnittlich 36 Jahre alt und medizinisch untersucht) „flogen“ dort für drei Stunden in wechselnden Höhen zwischen 2.500 und 4.500 Metern – mit verschiedenen Mengen an zusätzlichem Sauerstoff, die ihnen über eine sogenannte Venturi-Maske zugeführt wurden. Die Konzentration des eingeatmeten Sauerstoffs wurde dabei schrittweise erhöht: von 35 Prozent über 50 und 60 bis hin zu 100 Prozent. Venturi-Masken kommen auch in der klinischen Versorgung zum Einsatz. Sie ermöglichen eine besonders präzise Einstellung des Sauerstoffanteils in der Atemluft – unabhängig davon, wie schnell oder tief die getestete Person atmet. Das macht sie ideal für kontrollierte Studien wie diese, in denen kleinste physiologische Veränderungen zuverlässig gemessen werden sollen. Das Forschungsteam wollte wissen: Führt das Atmen von sauerstoffreicher Luft in diesen Höhen zu einem oxidativen Stress – einem Zustand, bei dem im Körper mehr freie Radikale entstehen, als neutralisiert werden können? Diese können unsere Zellen schädigen, insbesondere im Gehirn. Um möglichst präzise Daten zu gewinnen, wurden die Teilnehmenden „verkabelt“ und medizinisch umfassend überwacht. Ein dünner Katheter wurde in eine Arterie gelegt. So konnten kontinuierlich der Blutdruck sowie der Sauerstoffgehalt im Blut gemessen werden. Zusätzlich entnahm das Forschungsteam in regelmäßigen Abständen Blutproben, um zwei typische Marker für oxidativen Stress zu analysieren: das malondialdehyd-modifizierte LDL (M-LDL), ein oxidiertes Fettmolekül im Blut, sowie Glutathionperoxidase 1 (GPX1), ein körpereigenes Enzym, das schädliche oxidative Prozesse im Körper in Schach hält. Parallel dazu wurden psychologische Tests durchgeführt, um Konzentration und Reaktionsfähigkeit unter den simulierten Flugbedingungen zu überprüfen.
Oxidativer Stress bleibt aus – trotz hoher Sauerstoffwerte
Im Mittelpunkt der Untersuchung stand die Frage, ob die Gabe von zusätzlichem Sauerstoff unter Flugbedingungen den oxidativen Stress im Körper steigen lässt. Die Auswertung der Blutproben zeigt: Trotz deutlich erhöhter Sauerstoffwerte im arteriellen Blut (teilweise über 160 mmHg) ließen sich bei keinem der beiden untersuchten Stressmarker signifikante Veränderungen feststellen. Einzelne Teilnehmende zeigten leicht erhöhte oder verringerte Werte – jedoch ohne auffällige oder besorgniserregende Abweichungen. Eine interessante Beobachtung ergab sich dennoch: Bei älteren Personen stieg der GPX1-Wert tendenziell etwas stärker an. Ob dies eine relevante Bedeutung hat, muss in weiteren Studien geprüft werden.
Reale Zwischenfälle – die Gefahr von Druckverlust im Flug
Zwei tragische Flugunfälle haben auf dramatische Weise gezeigt, wie lebensgefährlich ein Druckverlust in großer Höhe sein kann – besonders, wenn die Sauerstoffversorgung versagt. 1999 verlor der Learjet des US-Golfprofis Payne Stewart kurz nach dem Start den Kabinendruck. Die Crew und Passagiere wurden vermutlich innerhalb weniger Minuten bewusstlos. Der Jet flog noch mehrere Stunden führerlos durch den US-Luftraum, bis ihm der Treibstoff ausging und er abstürzte – niemand an Bord überlebte. Nur wenige Jahre später, im Jahr 2005, kam es an Bord der Boeing 737-300 des Helios Airways Flug 522 zu einem ähnlichen Vorfall. Aufgrund eines falsch eingestellten Drucksystems versagte die Sauerstoffversorgung. Das Flugzeug flog im Autopilot-Modus weiter, bis es in der Nähe von Athen abstürzte. Alle 121 Menschen an Bord kamen ums Leben. Der Unfall gilt als einer der schwerwiegendsten durch hypoxische Bewusstlosigkeit in der zivilen Luftfahrt.
Was heißt das für Fliegende?
„Das Ergebnis ist beruhigend – und vor allem praxisrelevant“, unterstreicht Studienleiter Nikolaus Netzer von Eurac Research. „Die in der zivilen Luftfahrt üblichen Sauerstoffmengen von bis zu 60 Prozent sind aus physiologischer Sicht unbedenklich. Weder für Pilotinnen und Piloten noch für Fluggäste“, so Netzer weiter. „Gerade in Notfallsituationen – etwa bei einem Druckabfall in der Kabine – können Sauerstoffmasken lebensrettend sein.“ Eine spannende Beobachtung: Eine Teilnehmerin bekam beim Tragen der Maske Panik, hyperventilierte und klagte über Schwindel. Solche Reaktionen – ausgelöst durch psychischen Stress, nicht durch den zusätzlichen Sauerstoff – können im Ernstfall problematisch sein. Ein Ergebnis der Studie lautet daher auch, dass Atemtraining und mentale Vorbereitung für das Flugpersonal künftig genauso wichtig werden könnten wie die technische Ausstattung.
Die Hypoxiflight-Studie untermauert: Zusätzlicher Sauerstoff bei Flügen in großen Höhen ist nicht gefährlich – sondern sinnvoll und sicher. Die Studie bestätigt damit bestehende Schutzmaßnahmen in der zivilen Luftfahrt.
Unter folgendem Link finden Sie die in Biomolecules publizierte Studie mit dem Titel „Oxidative Stress Reaction to Hypobaric–Hyperoxic Civilian Flight Conditions“: https://doi.org/10.3390/biom14040481
Was passiert bei einem Druckabfall im Flugzeug?
- Technische Sicherheit:
Moderne Flugzeuge halten den Kabinendruck künstlich auf einem sicheren Niveau. Mehrere Sicherheitsventile und strukturelle Schutzmechanismen sorgen dafür, dass bei plötzlichem Druckverlust keine unkontrollierten Belastungen entstehen.
- Automatische Sauerstoffmasken:
Ab einer Flughöhe von 4.200 Metern lösen sich automatisch Sauerstoffmasken aus der Kabinendecke. Sie versorgen die Passagiere etwa 15 Minuten lang mit Sauerstoff – genug Zeit, um auf eine sichere Höhe abzusinken. Die Cockpit-Crew hat Zugang zu längeren Sauerstoffreserven.
- Notabstieg:
Im Fall eines Druckabfalls leiten die Piloten bzw. Pilotinnen unmittelbar einen schnellen Sinkflug ein – typischerweise unter 10.000 Fuß (ca. 3.000 Meter), wo keine zusätzliche Sauerstoffversorgung mehr notwendig ist. In manchen Flugzeugmodellen erfolgt dieser Abstieg teilautomatisiert über spezielle Sicherheitssysteme.
- Verhalten der Fluggäste:
Nach einem Druckverlust zählt jede Sekunde: Studien zeigen, dass bei Verlust des Kabinendrucks auf Reiseflughöhe die kognitive Funktion schon nach wenigen Sekunden sinken kann. Innerhalb von 30 Sekunden sind viele Passagiere nicht mehr in der Lage, einfache Handlungen richtig auszuführen – etwa eine Maske aufzusetzen. Darum sollten Passagiere im Ernstfall ihre Maske sofort aufsetzen und erst danach anderen helfen.
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