Jahrbuch 2014 by bigdetail

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Kälteund Lawinenmedizin

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Große Große und und extreme extreme Höhen Höhen

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JAHRBUCH 2014 ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR ALPIN- UND HÖHENMEDIZIN

Jubiläumsausgabe

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JAHRBUCH 2014 ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR ALPIN- UND HÖHENMEDIZIN

HERAUSGEBER:

W. SCHOBERSBERGER B. SCHOBERSBERGER G. SUMANN W. DOMEJ

Impressum Herausgeber: SCHOBERSBERGER Wolfgang, Prim. Univ.-Prof. Dr. med., Vizepräsident der ÖGAHM, Institut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), TILAK und UMIT, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: wolfgang.schobersberger@uki.at SCHOBERSBERGER Beatrix, Mag. Dr. med., Universitätsklinik für Innere Medizin I, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: beatrix.schobersberger@i-med.ac.at SUMANN Günther, Prim. Mag. Dr. med., Institut für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Landeskrankenhaus Vöcklabruck, Dr.-Wilhelm-Bock-Straße 1, A-4840 Vöcklabruck E-Mail: guenther.sumann@gespag.at DOMEJ Wolfgang, Univ.-Prof. Dr. med., Präsident der ÖGAHM, ARGE-Alpinmedizin, Klinische Abteilung für Lungenkrankheiten, Medizinische Universität Graz, Auenbruggerplatz 20, A-8036 Graz E-Mail: wolfgang.domej@medunigraz.at Verleger: Österreichische Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin Satz, Gestaltung und Druck: Athesia-Tyrolia Druck GmbH, Innsbruck www.athesiadruck.com ISBN 978-3-9501312-4-6 © 2014 · Alle Rechte vorbehalten

INHALT Vorwort des Präsidenten................................................................................. 7 Autorenverzeichnis ......................................................................................... 17 FACHARTIKEL H. Gunga, R. Prell Thin air and strong bonds .............................................................................. 19 B. Mair, G. Putzer Prolongierte Reanimation – Indikation und Technik................................. 49 L. Moroder, M. Hohlrieder, P. Mair Reanimation nach Lawinenverschüttung – Wer überlebt ......................... 63 R. Unterpertinger, P. Mair Möglichkeiten und Grenzen der automatischen externen Defibrillation im alpinen Gelände................................................. 75 W. Roth Ist der endotracheale Tubus noch der Goldstandard der Atemwegssicherung ................................................................................. 87 G. Sumann, T. Hochholzer, M. Faulhaber, M. Burtscher High-altitude mountaineering made safer ................................................... 99 E. Baumgartner, F. Berghold, P. Paal Schwangerschaft, Antikonzeptiva und Bergsteigen .................................... 123 R. Waanders, G. Riedmann Auf der Spur von Faktor X: Die Suche nach der Schlüsselstelle im Kopf ..... 131 F. van der Kallen Der Einsatz von Psychopharmaka im Alpinsport ....................................... 147 5

H. Mairbäurl Anpassung des erythrozytären Sauerstofftransports an Belastung und Höhe................................................................................... 161 D. Niederseer, J. Niebauer Kardiovaskuläre Nutzen-Risiko Abwägung von Alpinem Skilauf bei Breitensportlern ................................................... 185 A. Koller, W. Schobersberger Konditionelle Anforderungen im alpinen Skisport – eine kurze Übersicht ....................................................................................... 205 M. Angermann Vorbereitung auf einen Wettkampf in Höhenlage aus der Sicht der Trainingspraxis .................................................................. 217 M. Niedermeier, E. Pocecco, H. Gatterer, M. Faulhaber Vorhersagemöglichkeiten der akuten Bergkrankheit ................................. 239 G. Siebenhofer, M. Atzlinger, W. Domej Blutdruck vor und nach passivem Aufstieg in mittlere Höhe ................... 255 M. Burtscher Kälte und sportliche Leistungsfähigkeit ....................................................... 275 W. Domej, K. Öttl, G. Siebenhofer, T. Küpper Reaktive Spezies unter hypobarer und normobarer Hypoxie.................... 287 T. Sonnweber, M. Nairz, J. Theurl, G. Weiss Hypoxie und Eisenstoffwechsel ..................................................................... 311 P. Mair Mit Menschen unterwegs ............................................................................... 323 C. Blank, W. Schobersberger Evidenz-basierter Gesundheitstourismus im Alpenraum – Eine Herausforderung für die Zukunft ......................................................... 337 6

VORWORT Zum 25-jährigen Jubiläum: Aktuelle Aspekte und Perspektiven Die Gründerväter der Österreichischen Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin, Franz Berghold, Egon Humpeler und Wolfgang Schobersberger, die bei ihrem Zusammentreffen anlässlich einer höhenmedizinischen Veranstaltung in Davos im Jahre 1988 den Entschluss fassten, ihre Vision von einer eigenen nationalen höhenmedizinischen Fachgesellschaft zu verwirklichen, hatten wohl kaum mit dem großen Erfolg und der nachhaltigen Entwicklung dieses medizinischen Randgebietes gerechnet. Selbst die Vereinsgründung der ÖGAHM am 15. April 1989 erfolgte keineswegs in einem euphorischen Akt, sondern war noch von Skepsis und ungewisser Erwartungshaltung geprägt, zumal die Unsicherheit bestand, ob wohl alle an Alpinmedizin Interessierten auch wirklich in einem gemeinsamen Boot Platz fänden. Franz Berghold schrieb anlässlich der ersten Ausgabe des Jahrbuches im Jahre 1990: „Alpinmedizin bedeutet keine monodisziplinäre Thematik, sondern lebt vielmehr von der engen und vielgestaltigen Verflechtung von Wissenschaft und Praxis; mit Alpinmedizin beschäftigen sich vor allem Menschen, die sich selbst leidenschaftlich mit dem Wandern und Bergsteigen verbunden fühlen.“

Abb. 1: Vision von einer nationalen höhenmedizinischen Gesellschaft: F. Berghold, W. Schobersberger und E. Humpeler (von links nach rechts)

Die Zeit war einfach reif: Die drei erwähnten Persönlichkeiten (Abb. 1), damals wie heute begeisterte Alpinsportler, waren fasziniert von einer bis dato in der Öffentlichkeit noch nicht wirklich wahrgenommenen medizinischen Disziplin, die sich mit der Erforschung physiologischer und pathophysiologischer Prozesse unter den speziellen Bedingungen der körperlichen Belastung unter höhenatmosphärischen Bedingungen befasste. Während der Alpinsport in erster Linie auf körperliche Voraussetzungen, Technik und Erfahrung abzielte und immer auch von einem hohen sportlichen, präventiven, sozialen sowie pädagogischen Stellenwert begleitet war, basierte der Goldstandard der frühen Höhenmedizin auf grundlegenden Erkenntnissen der Physiologie seiner Zeit sowie den Anfängen der Bergrettungsmedizin. Diese Ära klassischer höhenmedizinischer Pionierleistungen ist heute weitgehend vorbei; andere Teilgebiete der Höhenmedizin reüssierten, aber auch neue traten in das Blickfeld (1) (Tab. 1). Tab. 1: Einige Teilgebiete der Höhenmedizin Höhenphysiologie und -pathophysiologie Hypothermie und Lawinenmedizin Terrestrische und experimentelle Hypoxie Alpine Unfallforschung Alpine Sport- und Leistungsmedizin Alpine Notfallmedizin Bioklimatologie Berg- und Flugrettungsmedizin Sportpsychologie

Wie kaum in einem Teilgebiet der Medizin sind Know-how und sportliche Aktivität in der Höhenmedizin verflochten. Aus diesem Grunde wurde eine stark praxisorientierte Wissensvermittlung durch ein gut strukturiertes Lehrgangswesen, das auch die Weiterentwicklung der persönlichen bergsteigerischen Fähigkeiten der Kursteilnehmer durch eigens engagierte Bergführer inkludierte, bereits sehr früh in einen Masterplan der ÖGAHM gefasst. Dieser wurde von alpinmedizinisch interessierten Kolleginnen und Kollegen verschiedenster Fachrichtungen gerne angenommen. Die durch die ISMM, MEDCOM-UIAA und MEDCOM-IKAR zertifizierten Lehrgänge der ÖGAHM vermitteln in ide8

aler Weise höhenmedizinisches Fachwissen mit alpinsportlichen Fertigkeiten. Das Geheimnis des bisherigen Erfolges lag jedoch nicht allein in hochwertigen Kursangeboten oder regelmäßig in den gesellschaftseigenen Medien erscheinenden Publikationen, sondern vor allem in der fachlichen Kompetenz und Begeisterungsfähigkeit seiner Akteure. Auch ein Jahr nach Auslagerung der Alpinärztekurse stehen ein unverändert attraktives Ausbildungspaket, alpine Erlebniswerte inklusive, für den Erfolg und die Beliebtheit der österreichischen Alpinärzteausbildung. Obwohl es verständlich ist, dass Absolventen der Alpinärztekurse in erster Linie für sich und ihre sicherere Bergsportausübung profitieren möchten, wäre eine Breitenwirkung des erworbenen Wissens und Weitergabe etwa in Form alpinmedizinischer Beratung oder in der studentischen Lehre wünschenswert, dürfte jedoch weiterhin eher die Ausnahme bleiben; so werden Absolventen des „Diploma in Mountain Medicine“ gegen die Intention der ÖGAHM als medizinische Begleiter von Trekking- und Expeditionsgruppen sehr selten aktiv. Fünfundzwanzig Jahre nach Vereinsgründung ist die ÖGAHM Dank vieler engagierter Mitstreiter und aber des sich kontinuierlich vergrößernden Kreises höhenmedizinisch interessierter Mitglieder zur „Institution“ geworden. Das Curriculum der Alpin- und Höhenmedizin, aber auch die höhenmedizinische Forschung, beides statutenverankerte Säulen der Gesellschaft, konnten über die Jahre unter den bisherigen Präsidenten Elmar Jenny, Gerhard Flora, Franz Berghold, Martin Burtscher und meiner Wenigkeit in Qualität und Umfang weiterentwickelt werden (Abb. 2). Auf die Leistungen unter ihrer Ära können wir heute stolz sein; sie bedeuten gleichzeitig aber auch, die Arbeit für die Gesellschaft in dieser Weise fortzusetzen. Das 25-jährige Bestandsjubiläum wurde Anfang November im Rahmen eines Festaktes in Verbindung mit einer höhenmedizinischen Fortbildungsveranstaltung im Bundessportheim Obergurgl gebührend begangen.

Abb. 2: Bisherige Präsidenten der ÖGAHM: E. Jenny, G. Flora, F. Berghold, M. Burtscher und W. Domej (von links nach rechts)

Ausgehend von der weitgehend symptomorientierten Höhenmedizin des vergangenen Jahrhunderts mit stark physiologischer Gewichtung und Anlehnung an die Bergrettungsmedizin gilt die Höhen- bzw. Hypoxiemedizin mangels entsprechender öffentlicher Einrichtungen auch heute noch als Randdiszi plin. Obwohl sich an der zentralen Ausrichtung, nämlich die Höhenhypoxie in ihrer Auswirkung auf den Menschen zu erfassen, nichts geändert hat, hat sich das Verständnis hypoxiegetriggerter Abläufe heute bis in den molekularen Bereich vertieft. Daher können heute auch wesentliche neue Erkenntnisse in der Höhenmedizin nur mehr mit hohem technischen Aufwand bzw. Untersuchungen auf molekularer Ebene erreicht werden. Die Höhenmedizin steht damit wahrscheinlich erst am Anfang einer Neuentwicklung, wobei biotechnologische Methoden neue Ansätze wie beispielsweise „functional genomics, epigenomics und proteomics“ ermöglichen. Mit diesen Werkzeugen werden wir den Schlüssel der individuellen Hypoxiesensitivität vielleicht schon bald in die Hand bekommen. Das Anforderungsprofil der höhenmedizinischen Forschung im 21. Jahrhundert unterscheidet sich somit grundlegend von den Forschungsaktivitäten des vergangenen Jahrhunderts. Das heutige höhenmedizinische Wissen, das auch für andere Fachrichtungen zunehmend relevant wird, ist mit dem Stand vor 25 Jahren nicht mehr vergleichbar (Tab. 2). Die Notwendigkeit höhenmedizinischer Forschung ergibt sich einfach in Anbetracht der steigenden Zahlen im Höhentourismus und sollte durchaus auch im Interesse politischer Verantwortungsträger und des Tourismus gelegen sein. Alpinmedizinische Forschung und Wissensverbreitung dienen der Prävention, Leistungsverbesserung und Risikominimierung Gesunder sowie der Rehabilitation und Roborierung chronisch Kranker. Beides sollte auf wissenschaftlicher Basis kontinuierlich weiterentwickelt werden (2). Tab. 2: Aktuelle Bereiche mit Relevanz der höhenmedizinischen Forschung Alpiner Breitensport: Präakklimatisation Alpiner Spitzensport: Hypoxietraining/Höhentraining Klinische Medizin: Verhalten chronischer Erkrankungen unter Höhenexposition Pharmaindustrie: Wirksamkeit, Metabolismus und Haltbarkeit von Pharmaka unter Hypoxie Rehabilitationsmedizin: Besserung bestimmter Krankheitsbilder unter Einfluss der Höhe Trekking und Expeditionsmedizin, höhenmedizinische Expertise

Präventivmedizin, Public Health Arbeitsmedizin: Arbeit unter Hypoxiebedingungen (Höhenarbeitsplätze, Brandschutz)

Wir stehen bereits am Beginn einer individualisierten Diagnostik der Sauerstoffsensitivität; spezifischere Screeningmethoden und Präakklimatisationsverfahren in „künstlicher Höhe“ werden prospektiv zur weiteren Risikominimierung in großer Höhe beitragen können. Über die Schnittstelle Hypoxie ist Höhenmedizin heute auch mit anderen medizinischen Fachrichtungen vernetzt, allen voran Disziplinen, in deren Aufgabenbereich die Diagnostik und Behandlung hypoxischer bzw. ischämischer Erkrankungen fällt. Bis zum Ende des vergangenen Jahrhunderts waren terrestische Höhen nahezu das einzig mögliche Experimentierfeld, um Reaktionsabläufe unter Einfluss der Höhe zu untersuchen. Auch heute noch stellen reale Höhen ein wichtiges Modell dar, um Vorgängen unter natürlichen Hypoxiebedingungen auf den Grund zu gehen. Mit der Entwicklung und Verbreitung der Hypoxiekammertechnologie wurde jedoch in den letzten Jahrzehnten der Zugang zur Hypoxieforschung wesentlich vereinfacht. Die Zahl experimenteller Studien stieg in den vergangenen Jahren signifikant an und die Expertise in der Höhenmedizin konnte durch zahlreiche kontrollierte Studien wesentlich verbessert werden; das hatte auch ein besseres Verständnis der sehr komplexen Vorgänge um die Akklimatisation bzw. die Höhen(in)toleranz zur Folge.

Abb. 3: „Urgestein“ der Österreichischen Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin: Gründungsmitglieder Univ.-Prof. Dr. Franz Berghold (rechts) und Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Schobersberger (links) anlässlich des 100. Lehrganges auf der FranzSenn-Hütte im Jahre 2011

Es ist kein Geheimnis, dass sich auch einige Mitglieder der ÖGAHM durch ihre intensive und kontinuierliche Arbeit auf dem Gebiete der Höhenmedizin akademisch/beruflich erfolgreich weiterentwickeln konnten; sie konnten über die Jahre zu honorigen Repräsentanten der internationalen höhenmedizinischen Community avancieren (Abb. 3). Dies könnte ein Ansporn für höhenmedizinisch interessierte junge Kollegen und Kolleginnen sein, vielleicht diesem Beispiel zu folgen. Im vergangenen Vierteljahrhundert konnten wir den methodischen Wandel und die zunehmende Interdisziplinarität der Höhen-/Hypoxiemedizin deutlich miterleben, weg von klassischen höhenmedizinischen Feldstudien hin zu witterungsunabhängigen Untersuchungen unter experimentellen Bedingungen (3). Der aktuelle Trend zur Höhenmedizin und Hypoxieforschung wird sich in Zukunft intensivieren, zumal erkannt wurde, dass auch Patienten mit bestimmten chronischen Erkrankungen (COPD, KHK, metabolisches Syndrom) in Bezug auf ihre Belastungstoleranz von einer Höhen-/Hypoxieexposition profitieren können (4–6). Die ÖGAHM hat die Hypoxieforschung als vielversprechendes Arbeitsfeld erkannt und deshalb auch vor zwei Jahren in ihre Vereinsstatuten aufgenommen. Auch der Bedarf an höhenmedizinischer ärztlicher Beratung, Begleitung (Trekking, Hochtourenwochen) sowie der qualifizierten Betreuung spezieller Patientengruppen am Berg (COPD, Asthma, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, arterielle und pulmonal-arterielle Hypertonie, Diabetes mellitus, Tumor- und Anfallsleiden, hämatologische Erkrankungen, aber auch Herzklappen-, Gelenks- oder Organersatz, Gehörlosigkeit oder Blindheit) wird möglicherweise in den kommenden Jahren verstärkt auf die Höhenmedizin zukommen. Die ärztliche Betreuung im alpinen Breitensport durch die Höhenmedizin kann heute durchaus unter dem Begriff „Public Health“ verstanden werden; dem trägt die ÖGAHM auch statutengemäß Rechnung, indem sie sich explizit der Förderung und Entwicklung von Maßnahmen zur Verbesserung der Gesundheit und Sicherheit im alpinen Bereich und deren Verbreitung verschrieben hat (§ 3.1 der Statuten). Viele Menschen möchten sich ja grundsätzlich präventiv ausrichten, kennen größtenteils die gesundheitlichen Risikofaktoren, möchten aus einer strukturierten Arbeitswelt ausbrechen, sich mehr bewegen, sind aber heute oft so ausgepowert, dass sie weder physisch noch mental in der Lage sind, ihren oft hochgesteckten alpinen Wunschdestinationen nachzukommen. Hier besteht heute die Möglichkeit, höhenmedizinische Beratung, ggf. erweitert um eine Hypoxieprovokation mit Bestimmung der hypoxischen Gefäßreaktivität in kritischen Organgebieten, Messung des transkutanen pO₂ 12

oder der ventilatorischen Hypoxieantwort (HVR) verbunden mit aussagekräftigen serologischen bzw. plasmatischen Indikatoren (z.B. Surrogatparameter des oxidativen Stress, Antioxidantienstatus) bzw. auch leistungsdiagnostische Untersuchungen (Spiroergometrie) bei einem bestimmten Höhenäquivalent in Anspruch zu nehmen. Gerade bei älteren Menschen können Voruntersuchungen ein wichtiges Regulativ zur Risikominimierung darstellen. Man sollte sich trotz aller modernen medizinischen Hilfsmittel jedoch bewusst sein, dass die Höhenverträglichkeit realiter wahrscheinlich auch in Zukunft nicht hundertprozentig einschätzbar sein wird, da neben der hypobaren Hypoxie noch andere schwer erfassbare Faktoren wie der vor Ort schwer messbare Radikalstatus, aber auch die Willenskraft, das individuelle Risikoverhalten, die Leidensfähigkeit oder die psychische Verfassung eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen. Es ist zudem keineswegs entschieden, ob Alpinsport generell gesund ist. Von extremen Ausdauersportarten (Ultramarathons, 24-Stunden-Läufe etc.) wissen wir, dass immunsuppressive Nachwirkungen auftreten können; spekulativ gibt es dabei große individuelle Unterschiede. Das Ausmaß der dafür verantwortlichen Belastung sowie Schweregrad und Dauer der Hypoxieexposition sind heute weitgehend unbekannt und stehen vermutlich mit der endogenen Generation von freien Radikalen und Entzündungsmediatoren in Zusammenhang. Dieser Hinweis sollte Alpinsportlern in der höhenmedizinischen Beratung mitgegeben werden, vor allem, wenn sie sich in extremen Höhen bewegen und/oder bis zur Erschöpfung verausgaben. In letzter Zeit zeigten zwei spektakuläre Beispiele am Dach der Welt, dass bei Einhaltung gewisser Regeln Höhenbergsteigen von Kindheit bis ins hohe Alter möglich ist. So erreichte der über 80-jährige Japaner Yuichiro Miura 2014 zum dritten Mal in seinem Leben den Gipfel des Mount Everest und übertraf damit den bisherigen Rekord des Nepalesen Mi Bahadur Sherchan aus dem Jahre 2008, der mit 76 Jahren am höchsten Gipfel stand. Auch der erst 13-jährige Jordan Romero schaffte es als jüngster Everestbezwinger aller Zeiten zusammen mit seinem Vater bis zum höchsten Punkt der Erde. Beide Leistungen waren ohne Zweifel auch deshalb so außergewöhnlich, da einerseits der Juniorbergsteiger altersmäßig noch nicht, der Seniorbergsteiger nicht mehr am Höhepunkt der körperlichen Leistungsfähigkeit stand. Beide Fälle führen uns die extreme Altersbreite vor Augen, mit der die Höhenmedizin heute befasst ist. In vielen Fällen spielen auch Medikamente im Alpinsport eine nicht unwesentliche Rolle. Das Problem ist in Form der Selbstmedikation am Berg bekannt (7). Der therapeutische Ansatz der Höhenmedizin beschränkte sich bisher im 13

Großen und Ganzen auf die Akutbehandlung schwerer Formen der Höhenintoleranz, wenn man von Empfehlungen zu jenen Erkrankungen absieht, die sich unter Hypoxieeinfluss potentiell verschlechtern können. Evidenzbasierte Medizin und Medikamente sind heute eine Selbstverständlichkeit und gewährleisten einen hohen Grad an Patientensicherheit. Demgegenüber steht die „Off-Label“-Medikation, die Verabreichung eines zugelassenen Medikamentes außerhalb des Indikationsrahmens. In der Regel handelt es sich dabei um Substanzen, deren Wirksamkeit zwar ausreichend geprüft wurde, deren Anwendung jedoch bei Erkrankungen außerhalb des verzeichneten Indikationbereiches nicht vorgesehen ist, selbst wenn eine sehr ähnliche Symptomatik oder Pathogenese besteht. Eine zulassungsüberschreitende Verabreichung eines Medikamentes liegt dabei im Ermessen und in der Verantwortung des Arztes. In der Höhenmedizin sollte man sich deshalb stets bewusst sein, dass mangels diagnostischer Möglichkeiten vor Ort einerseits keine präzisen diagnostischen Einschätzungen möglich sind, andererseits praktisch alle Medikamente, die im Rahmen von Höhenunverträglichkeiten heute Verwendung finden, als Off-Label-Use gelten. Aus diesem Grunde sucht man beispielsweise vergeblich im Beipacktext unter der Ruprik „Indikationen“ des klassischen Höhenmedikamentes Acetazolamid (Diamox®) nach „Prophylaxe akuter Bergkrankheit/ AMS“. Trotz hinlänglich empirischer Wirksamkeit sowie zahlreichen Untersuchungen war die Evidenz in dieser Indikationsstellung offensichtlich nicht ausreichend. Die Beipacktexte der meisten Medikamente sind bezüglich Aufbewahrung und Einnahme zudem so abgefasst, dass sie nur für den Einsatz unter normalen Umgebungsbedingungen in Betracht kommen. In der Höhenmedizin sind diese Bedingungen jedoch selten gegeben (8, 9). Bei der bekannt erhöhten oxidativen Stressbelastung in der Höhe, ggf. zusammen mit thermischem Stress, Exsikkose, UV-Exposition oder extremer Alkalose, sind Pharmaproduzenten heute sehr zurückhaltend was Hinweise zu Wirksamkeit, Metabolismus und Haltbarkeit ihrer Präparate betrifft. Der Großteil aller Arzneimittel wurde ausschließlich auf Normalhöhe bzw. Meeresspiegelniveau geprüft. Es ist durchaus vorstellbar, dass das Wirk- und Nebenwirkungsprofil einzelner Präparate unter Höhen- bzw. Hypoxiebedingungen vom bekannten Muster auf Normalhöhe abweicht. Hier lässt die Phantasie für höhenmedizinische Forschungsprojekte großen Spielraum. Ob diese nun experimentell in einer Höhenkammer oder unter realen Höhenbedingungen erfolgen, ist eine Frage der Kosten, zeitlichen Valenzen, angewandten Methodik, persönlichen Einstellung und des logistischen Aufwandes. Reale höhenmedizinische Feldstudien stellen naturgemäß eine größere Herausforderung dar, entschädigen 14

dafür oft mit attraktiver alpiner Landschaft. Angesichts vieler offener Fragen auch im Zusammenhang mit neuen potentiell gegen Höhenkrankheit wirksamen Medikamenten bleibt die höhenmedizinische Forschung auch in Zukunft eine interessante Herausforderung. Es wäre darüber hinaus wünschenswert, wenn die ÖGAHM in Zukunft auch in Gesundheits- und Umweltfragen einen richtungsweisenden Standpunkt vertreten würde. Dabei geht es nicht nur um den Lobgesang für regelmäßiges Ausdauertraining, in den sich bereits viele nichtärztliche Berufsgruppen mit präventivem Beratungsanspruch eingestimmt haben, sondern vielmehr auch um den Erhalt alpiner Freiräume. Unsere Identität als Alpinsportler ist eng mit dem freien Zugang zum alpinen Raum verbunden. Letzterer ist daher gesundheits- und sozialpolitisch von großer Relevanz. Die ÖGAHM sollte sich gemeinsam mit den alpinen Vereinen für die Beibehaltung der uneingeschränkten Nutzung dieser alpinen Freiräume, insbesondere für die Beibehaltung der Wegefreiheit, stark machen, für eine ökologische Berglandbewirtschaftung eintreten und alpinen Übererschließungsprojekten vehement entgegentreten (10). Naturschutz bedeutet auch Gesundheitsschutz und darf nicht dort aufhören, wo übergeordneten Interessen und Lobbys höhere Prioritäten zugestanden werden als der lokalen Bevölkerung. Restriktionen wie Begehungs-, Betretungs-, Kletter-, Befahrungs-, Flug- oder Schwimmverbote, überhöhte Mauteinhebungen oder sogar Besteigungsgebühren sind in ihrer Genehmigung an objektiv nachvollziehbare Kriterien zu binden und grundsätzlich kontraproduktiv und unsozial, wenn es gilt, den Präventionsgedanken durch mehr Bewegung und sportliche Aktivität in einer freien Natur besser in der Bevölkerung zu verankern. Hier sollte unsere Gesellschaft, falls erforderlich, durchaus Zähne zeigen. Im Sinne einer dynamischen Weiterentwicklung unserer Gesellschaft müssen wir auf neue Herausforderungen mit Offenheit reagieren, aber an erforderliche Anpassungen in der Ausrichtung mit Bedacht herangehen. Neben der Schärfung des Profils wäre in Zukunft auch eine engere Vernetzung mit universitären Einrichtungen und anderen Institutionen, die sich mit Höhen- bzw. Hypoxieforschung befassen, vorteilhaft und wünschenswert. Ein gemeinsamer höhenmedizinischer Forschungsstützpunkt in den Ostalpen steht zur Zeit nicht einmal zur Diskussion und könnte auf absehbare Zeit bestenfalls einer Halluzination entspringen. Damit schließt sich der Kreis, Halluzinationen sind höhenmedizinisch gesehen ein bekanntes Phänomen.

LITERATUR (1) Gunga H.C., Kirsch K.A. Nathan Zuntz (1847–1920) – a German pioneer in high altitude physiology and aviation medicine, part I: biography. Aviat Space Environ Med 1995; 66: 168–171. (2) Domej W., Schwaberger G., Guger C., Herfert J., Haditsch B., Földes-Papp Z., Tilz G.P. Aspects and necessity of moderate-altitude research. Wien Med Wochenschr 2005; 155(7–8): 149–156. (3) Houston C.S. From the mountains to the labs. A brief summary of the people and their studies on which rests most of what we know today. Int J Sports 1992; 13(1): 6–9. (4) Burtscher M., Pachinger O., Ehrenbourg I., Mitterbauer I., Mitterbauer G., Faulhaber M., Pühringer R., Tkatchuk E. Intermittent hypoxia increases exercise tolerance in elderly men with and without coronary artery disease. Int J Cardiol 2004; 96: 247–254. (5) Burtscher M., Haider T., Domej W., Linser T., Gatterer H. et al. Intermittent hypoxia increases exercise tolerance in patients at risk for or with mild COPD. Respir Physiol Neurobiol 2009; 165(1): 97–103. (6) Schobersberger W., Schmid P., Lechleitner M., von Duvillard S.P., Hörtnagel H. et al. Austrian moderate altitude study 2000. The effects of moderate altitiude (1700 m) on cardiovascular and metabolic variables in patients with metabolic syndrome. Eur J Appl Physiol 2003; 88: 506–514. (7) Zafren K., Berghold F., Hillebrandt D. Performance enhancing drugs at high altitude. Wilderness Environ Med 2013; 24(2): 173–174. (8) Küpper T. Höhenwirksamkeit von Medikamenten. In: Haditsch B., Domej W., Schobersberger W., Burtscher M. (Hrsg.). Jahrbuch 2008 der Österreichischen Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin, Raggl Druck GmbH, Innsbruck, 2008: 121–128. (9) Küpper T., Schraut B., Rieke B., Schroeffl V., Steffgen J. Drugs and drug administration in extreme climates. J Travel Med 2006; 13: 35–47. (10) Domej W. Gesundheitsprävention und andere Perspektiven in der Höhenmedizin. Alpinmedizinischer Rundbrief 2008; 39(2): 22–27.

Wolfgang Domej Präsident der ÖGAHM

Autorenliste ANGERMANN Michael, Dr., Sportwissenschafter, Höttinger Au 49/3, A-6020 Innsbruck E-Mail: m.h.angermann@gmail.com BAUMGARTNER Evelyn, Dr., FEM-MED, Ordination für Frauenheilkunde und Geburtshilfe, Sparkassenplatz 2, A-6020 Innsbruck E-Mail: baumgartner@fem-med.at BLANK Cornelia, Mag. Sc. hum., Dipl. BW (FH), Institut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), UMIT – Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik, Eduard-Wallnöfer-Zentrum 1, A-6060 Hall/Tirol E-Mail: cornelia.blank@umit.at BURTSCHER Martin, Univ.-Prof., MD, PhD, Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck, Fürstenweg 185, A-6020 Innsbruck E-Mail: martin.burtscher@uibk.ac.at DOMEJ Wolfgang, Univ.-Prof. Dr. med., Klinische Abteilung für Lungenkrankheiten, Univ.-Klinik für Innere Medizin Graz, MU-Graz, Auenbruggerplatz 20, A-8036 Graz E-Mail: wolfgang.domej@medunigraz.at GUNGA Hanns-Christian, Prof. Dr. Dipl. geol., Department of Physiology, Center for Space Medicine Berlin, Charité Universitätsmedizin Berlin, CharitéCrossOver (CCO), Charitéplatz 1, D-10117 Berlin E-Mail: hanns-christian.gunga@charite.de KOLLER Arnold, Priv.-Doz. Dr., Institut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), TILAK, In der Stille 20, A-6161 Natters E-Mail: arnold.koller@uki.at MAIR Birgit, Ao. Prof. Dr. med., Universitätsklinik für Anästhesie und Intensivmedizin, Medizinische Universität Innsbruck, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: birgit.schwarz@uki.at MAIR Paul, Mag. rer. nat., mc2alpin – Verein für Erlebnis und Sicherheit, Franz-Schöpf-Weg 2, A-6406 Oberhofen E-Mail: paul.mair@mc2alpin.at 17

MAIRBÄURL Heimo, Prof. Dr., Medizinische Klinik VII, Sportmedizin UniversitätsKlinikum Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 410, D-69120 Heidelberg E-Mail: heimo.mairbaeurl@med.uni-heidelberg.de MORODER Luca, Dr., Universitätsklinik für Anästhesie und Intensivmedizin, Medizinische Universität Innsbruck, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: luca.moroder@uki.at NIEDERMEIER Martin, MSc, Institut für Sportwissenschaft, Universität Innsbruck, Fürstenweg 185, A-6020 Innsbruck E-Mail: martin.niedermeier@uibk.ac.at NIEDERSEER David, Dr., PhD, BSc, 1. Abteilung für Innere Medizin, Krankenhaus Oberndorf, Paracelsusstraße 37, A-5110 Oberndorf E-Mail: d.niederseer@kh-oberndorf.at ROTH Winfried, Dr. med., Abteilung für Anästhesie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Klinikum Traunstein, Cuno-Niggl-Str. 3, D-83278 Traunstein E-Mail: winfried.roth@kliniken-sob.de SIEBENHOFER Gernot, cand. Med., Univ.-Klinik für Innere Medizin Graz, MU-Graz, Auenbruggerplatz 20, A-8036 Graz E-Mail: gernot.siebenhofer@medunigraz.at SONNWEBER Thomas, Dr., Universitätsklinik für Infektiologie, Immunologie, Rheumatologie und Pneumologie, Medizinische Universität Innsbruck, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: thomas.sonnweber@uki.at SUMANN Günther, Prim. Mag. Dr., Institut für Anästhesiologie und Intensivmedizin, LKH Vöcklabruck, Dr.-Wilhelm-Bock-Straße 1, A-4848 Vöcklabruck E-Mail: guenther.sumann@gespag.at UNTERPERTINGER Regina, Dr., Klinik für Anästhesie und Intensivmedizin, Medizinische Universität Innsbruck, Anichstraße 35, A-6020 Innsbruck E-Mail: regina.unterpertinger@uki.at VAN DER KALLEN Frans, Dr., Seckau 67 e, A-8732 Seckau E-Mail: frans.vdk@aon.at WAANDERS Robb, Mag. rer. nat. Drs. rer. soc., Schwerpunktkrankenhaus Rankweil, Erwachsenenpsychiatrie, Valdunastraße 16, A-6830 Rankweil E-Mail: robb.waanders@lkhr.at 18

❙ Hanns-Christian Gunga und Rebecca Prell ❙

Dünne Luft und starke Bindungen Österreichisch-deutsche Beiträge zur Geschichte der Höhenphysiologie und die Rolle von Nathan Zuntz (1847–1920) und Arnold Durig (1872–1961)

Thin air and strong bonds Austrian-German contributions to the history of high altitude physiology and the role of Nathan Zuntz (1847–1920) and Arnold Durig (1872–1961)

ZUSAMMENFASSUNG Nathan Zuntz (1847–1920) war eine Schlüsselperson in der Geschichte der Höhenphysiologie und der Flugmedizin. Von 1881 bis 1918 führte Zuntz als Professor für Tiermedizin an der Landwirtschaftlichen Hochschule in Berlin Laborstudien über die Veränderungen im Stoffwechsel in Ruhe und unter Belastung durch. 1885 entwickelte er zusammen mit August Julius Geppert (1856–1937) den berühmten „Zuntz-Geppert’schen Respirationsapparat“, was dazu führte, dass er in den frühen 1890er-Jahren seine Forschung auf dem Gebiet der Höhenphysiologie fortführte. Hierfür erfand Zuntz ein transportables Messgerät, das den Gasaustausch maß. Im berühmten Buch „Höhenklima und Bergwanderungen“ veröffentlichte Zuntz die Ergebnisse seiner Studien. Einige Jahre später unternahm Zuntz eine weitere Expedition auf die Kanarischen Inseln, bereits auf der Anreise per Schiff erhob er Messdaten zur Physiologie des Menschen auf Meereshöhe. Bis 1914 führte er Studien in Luftschiffen und Flugzeugen durch. Nathan Zuntz deckte für mehr als 52 Jahre ein erstaunlich breites Spektrum an Forschungsgebieten ab. Stoffwechsel, Ernährung, Atmung, Blutgase, Bewegung und Höhenphysiologie waren dabei die am häufigsten diskutierten Themen. Er erfand innovative Geräte, nicht nur den „Zuntz-Geppert’schen Respirationsapparat“, sondern auch das erste Laufband im Jahre 1889. 1916 ging Zuntz in Ruhestand und verstarb am 22. März 1920 in Berlin. Zu Lebzeiten pflegte Zuntz den Kontakt mit Kollegen. Einer von ihnen war der 19

österreichische Physiologe Arnold Durig (1871–1961). Die Arbeiten Durigs decken – ähnlich wie die von Zuntz – das gesamte Gebiet der Physiologie ab, insbesondere erforschte Durig Themen wie Atmung, Stoffwechsel, Leistungsund Höhenphysiologie. Er war ein sehr begeisterter Bergsteiger, Wissenschaftler und Arzt. Zusammen mit Zuntz verbrachte er 1903 mehrere Wochen in den Alpen. Ihre Erkenntnisse wurden später u.a. in den „Denkschriften der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften (Wien)“ veröffentlicht. 1903 wurde Durig an die Hochschule für Bodenkultur in Wien berufen, wo er 1904 zum außerordentlichen Professor und schließlich 1905 zum ordentlichen Professor ernannt wurde. Im Ersten Weltkrieg übernahm Durig die Leitung des k. u. k. Kriegsspital bei Grinzing, hier war er für 60 Baracken und rund 6.000 verwundete Soldaten verantwortlich. Im Jahr 1915 wurde er zum ordentlichen Mitglied der österreichischen Akademie der Wissenschaften ernannt, wo er 1918 die Nachfolge von Siegmund Exner-Ewarten antrat. 1938 wurde Durig durch das NS-Regime in den Zwangsruhestand versetzt. Bis zu seinem Tod im Jahr 1961 blieb er in seinem Haus in Latschen (Vorarlberg, Österreich). Sowohl Arnold Durig als auch sein wissenschaftlicher Mentor, Nathan Zuntz, die nicht nur eine lebenslange Freundschaft verband, können heute als Pioniere und Leitfiguren in der Geschichte der Höhenphysiologie gelten. Schlüsselwörter: Nathan Zuntz, Arnold Durig, Höhenphsyiologie, Zuntz-Geppert’schen Respirationsapparat SUMMARY Nathan Zuntz (1847–1920) was a key person in the history of high altitude physiology and aviation medicine. As a professor of animal physiology at the Landwirtschaftliche Hochschule (Agricultural University) in Berlin from 1881 until 1918, he carried out laboratory studies on the changes in metabolism at rest and during exercise. To this end he, together with August Julius Geppert (1856–1937), developed the famous “Zuntz-Geppert’schen Respirationsapparat” (Zuntz-Geppert respiratory apparatus) in 1885. In the early 1890’s, Zuntz extended his research to the field of high altitude physiology. For their investigations in the field Zuntz invented a transportable gas exchange measuring device. A synopsis of these studies was published by Zuntz in 1906, the famous book “Höhenklima und Bergwanderungen” (High altitude climate and mountain-touring). A few years later Zuntz undertook further expeditions to the Canary Islands, conducting studies in airships and planes until 1914. For over 52 years, the work of Nathan Zuntz (1847–1920) covered an amazingly wide spectrum of research fields; metabolism, nutrition, respiration, blood gases, 20

exercise, and high altitude physiology were the main themes. He invented several new devices such as the Zuntz-Geppert respiratory apparatus in 1886 and the first Laufband (treadmill) in 1889. Zuntz retired in 1916 and died in Berlin on March 22, 1920. As very close co-workers during his life-time was the Austrian physiologist Arnold Durig (1871–1961). He – as Zuntz – still covered the whole field of physiology, particularly respiration, metabolism, exercise and high altitude physiology. He was a very enthusiastic mountaineer, scientist, and physician. Together with Zuntz he stayed several weeks in the Alps in 1903 which were later published in the “Denkschriften der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften (Wien)”. In 1903 Durig was appointed to the Hochschule für Bodenkultur in Vienna (School of Agricultural Sciences), 1904 Appointment as Associate Professor, and finally 1905 Full Professor. During World War Ist he took over the Surgeon General, Head of the k. u. k. Kriegsspital Grinzing (60 baracks for 6,000 wounded soldiers). In 1915 he became a full member of the Austrain Academy of Sciences and was appointed to the Chair of Physiology (Medical Faculty of the University of Vienna, former Exner-Ewarten chair) in 1918. In 1938 Durig was forced into retirement as Full Professor and temporarily arrested, and retired afterwards. Until his death in 1961 he stayed at his home in Latschen. Both, the Austrian Arnold Durig and his scientific mentor, the German Nathan Zuntz, who shared a life-long friendship, can be regarded as main figures in the history of high altitude physiology and medicine, in general. Keywords: Nathan Zuntz, Arnold Durig, high altitude physiology, Zuntz-Geppert respiratory apparatus

BIOGRAPHY AND SCIENTIFIC FIELDS OF NATHAN ZUNTZ Nathan Zuntz (Fig. 1)was born in Bonn on October 6th, 1847. His mother Julie, née Katzenstein, had been born and raised in Kassel and his father was a Jewish merchant in Bonn, Leopold Zuntz, who established a coffee shop dynasty (“A. Zuntz sel. Wwe.”) in Germany which by the end of the 1920s, was a flourishing company with 800 employees, numerous stores and its own cafés along the country. In the years 1849–1863, Nathan’s ten siblings Albert, Carolina, Jeanette, Emma, Simonetta, Anna, Joseph, David, Mathilde and Siegmund Richard were born. Nathan, the first-born child, was of a delicate constitution and consequently did not begin school until seven years of age, at the grammar school in Bonn in 1854. In 1863 – shortly before passing his Abitur (final high 21

school examination) – Zuntz stopped attending high school and began an apprenticeship as a banker in Bonn. But Zuntz’s training at the Bonn bank was brief. After only a few weeks he was forced to give up the apprenticeship position because “he behaved poorly by spilling an inkwell over the record book and was subsequently released on grounds of inaptitude” (1). After returning to high school in Bonn, Zuntz passed his Abitur in the autumn of 1864 at the age of 17. 1864 can be determined as the date on which Zuntz enrolled as a student at the University in Bonn. 1868 as the date at which he left university. Zuntz was made Schultze’s assistant in the course of the fourth semester of his studFig. 1: Nathan Zuntz (1847–1920) at the age of ies. After passing his Rigoroabout 60 years sum (oral examination for the doctorate) with the grade “summa cum laude” and his inaugural dissertation was published under the title “Beitraege zur Physiologie des Blutes”. In 1868, Zuntz passed the state examination and was licensed to practice as a physician. Zuntz practiced in Oberpleiss am Siebengebirge until September 1869. Afterwards he went to the Charité and other institutions in Berlin for the winter semester and attended courses and seminars held by Graefe, Frerichs, Virchow, Westphal, Traube. When he returned from Berlin, Zuntz began working as Pflüger’s assistant in Bonn in 1870. When Zuntz completed his medical studies in 1868, the “Chemisch-physikalische und physiologische Laboratorium der Königlich Landwirtschaftlichen Akademie Poppelsdorf ” (Chemico-Physical and Physiologi22

Fig. 2: The Royal Agricultural Academy in Berlin 1906 (Gunga 2009)

cal Laboratory of the Royal Agricultural Academy of Poppelsdorf) near Bonn had just been established in the previous year, as had the Institute for Chemistry run by Kekulé. In 1872, the Anatomical Institute was moved from the building at the Hofgarten castle grounds (which now houses the Akademisches Kunstmuseum) to Poppelsdorf. In Bonn, the subjects Anatomy and Physiology had been taught separately since 1859 and the famous Eduard Pflüger (1829– 1910) had been appointed to the newly-created chair for Physiology while still a young schola. This is how, in the course of the next two decades, a center for natural science developed in Poppelsdorf near Bonn from the simplest of beginnings. Following his return from Berlin, Zuntz became Pflüger’s assistant on April 1st, 1870, after he had already published several scientific treatises on the acid-base balance of the blood, some of them together with Pflüger and started in the same year the habilitation procedure (1). The outbreak of the Franco-Prussian War of 1870/71 caused an interruption to the young scientist’s career. In late 1872, Zuntz took a position as a teacher at the Königliche Landwirtschaftliche Akademie Poppelsdorf (Royal Agricultural Academy Poppelsdorf) and in 1874 Zuntz had been appointed ausserordentlicher Professor (full professor without tenure). In 1880, Zuntz received a preliminary notice as to his being appointed to the Chair of Veterinary Physiology at the 23

Fig. 3: The Zuntz-Geppert respiratory apparatus in a typical set-up to measure metabolism at rest (1)

Fig. 4: A technical description oft he treadmill invented by Zuntz and Hagemann in 1889 (1)

Agricultural Academy in Berlin (Fig. 2). One of Zuntz’s outstanding qualities characterizing his work was the close relationship between theory and practice. This was apparent in the approaches he took during his early years in Bonn, and over the course of the 1890’s this trait developed fully in a multitude of fields. So, when in 1881 Zuntz started his new position in Berlin and the course was set for a new era in veterinary physiology research in Berlin. Despite all the improvisation required, Zuntz was able to begin his experiments on the physiology of respiration and metabolism in the early 1880’s in collaboration with Geppert which later turned out to be fundamental to the field of respiratory and metabolic research, respectively (2, 3). In the frame of this research they invented the famous “Zuntz-Geppert respiratory apparatus” (Fig. 3). Furthermore, Zuntz and Geppert formalized the equation to determine oxygen consumption during rest and exercise using expiratory (or inspiratory) volume measurements only. At the same time Zuntz and von Mering completed the investigations into the physiology of digestion and induced the term “digestive process” (1). It was as a result of his studies on respiratory, metabolic and nutritional physiology that Zuntz started to be interested in exercise physiology, and human perforamnce in extreme environments. Since this research had pragmatic and economic significance, the Institute got more and more recognition, financial funding and recognition even by the Emperor Wilhelm II. Zuntz himself later emphasized the economic significance of his research on many occasions (Zuntz, 1899a, p. 3). The reserach on the metabolism of horses “Untersuchungen über den Stoffwechsel des Pferdes bei Ruhe und Arbeit (Studies on the Metabolism of the Horse at Rest and at Work) were so fundamental that even today they are held in high esteem (1). The spectrum of his activities now ranged from the physiology of blood, circulation and muscles to that of nutrition and digestion, animal breeding and starvation, embryology and Fig. 5: The ergometer invented by Zuntz and Voit in onwards to problems of 1904 25

climate and high-altitude physiology (1–3). In the course of his studies, especially those on horses, Zuntz and Hagemann invented the treadmill (Fig. 4), made direct measurements of the blood pressure in the pulmonary artery and aorta during rest and exercise. A few years later the Zuntz-Voit ergomeFig. 6: A recent post stamp (2012) in honour ter for similar studies (Fig. 5), an of the ergometer invention made by Zuntz invention which was recently honand Voit in 1904 ourde by a post stamp (Fig. 6). The blood pressure measurment during the testing on horses mentioned above were among the first measurements published in the scientific literature and the methods applied by Zuntz were later (1929) used by Campos and associates at Harvard University to quantify the energy expenditure of dogs running on a treadmill (1). By using Fick’s principle for determining cardiac output, Zuntz was able to make far reaching discoveries on gas exchange and cardiac performance. Much later, following the end of World War II, Forßmann is said by Cournand to have laid claim to these ideas originally developed by Zuntz. In the early 1890ties Zuntz and Loewy (Fig. 7), a life-long friend and co-worker and expert in respitaory physiology, started to work on the effect of hypobaric-hypoxia together of Lazarus, the director of the Jewish Hospital in Berlin, who had a therapeutic pneumatic chamber (1). The pneumatic chamber itself was a copy of the one built by Paul Bert in Paris. As stated above, the chamber was Fig. 7: Adolf Loewy (1862–1936) (Heimatused mainly for therapeutic purmuseum, Montafon, Estate of Arnold Durig) 26

poses, but was also made available to scientists, balloonists and other researchers for scientific studies and experiments. For Zuntz’s high-altitude research purposes, the pneumatic chamber of the Jewish Hospital was of exceptional significance. The preliminary trials conducted there were the laboratory counterpart, so to speak, to the field physiological studies begun in the mid-1890s by Zuntz in the Alps, on Tenerife, and while ballooning. Zuntz believed it to be imperative that final conclusions be based not only on physiological data from a laboratory setting (Fig. 8), but that they also stand up to a field-study control and vice versa. This methodical procedure is reflected most clearly in his “Studien zu einer Physiologie des Marsches” (“Studies on the Physiology of Marching”), which are very closely related to his investigations in the field of high altitude physiology. Some results and conclusions from these studies broke new ground and continue to be cited in basic textbooks of exercise physiology even today. In the broadest sense, the “Studies on the Physiology of Marching” was work commissioned for the German [War Department], which had ordered an investigation “serving to establish the required physiological attributes for the permissible load of soldiers on marches” (1) in the spring of 1894 (Fig. 9). This ministerial decision had been preceded by discussions in the army’s upper echelons addressing precisely this issue. All involved had concurred that the load that soldiers were carrying at the time was too 27

Fig. 8: Nathan Zuntz at his new laboratory of the Royal Agricultural laboratory around 1910

Fig. 9: A Prussian soldier equipped with the transportable oxygen measurement device by Zuntz (1901) (1)

heavy. In addition, the improvement of military medical studies in the 19th century had given rise to the justified hope that new discoveries in science could be applied practically in order to maintain and sustain the army’s fighting ability. The study revealed that the respiratory quotient at the end of the marches was always reduced, in other words that in place of the carbohydrates used up by work, fat was metabolized during long periods of sustained physical exercice. As demonstrated by further measurements, the body’s carbohydrate stores, reduced by the march, had not been replaced, not even by the next day. In August 1895, Zuntz and Schumburg conducted the first high altitude field study at the Monte Rosa. Thus, Zuntz and his school embarked on high altitude research which together among others with Arnold Durig took place in the years 1895 to 1903 in the Monte Rosa massif and in 1910 on Pico del Teide in Tenerife. Central scientific focus points of Zuntz’s expeditions were the effect of exercise on metabolism, the impact of high-altitude climate on metabolism, on hematopoiesis, and the the etiology of “mountain sickness” (altitude sickness). This expedition as well as another in 1896 only gave unsatisfactory results and prompted the decision to conduct a lengthier expedition with a larger number of participants, and so, Zuntz’s major expedition to Monte Rosa came about in the summer of 1901 (Fig. 10) and used the newly built Capanna Regina Margherita (4). In 1903 Zuntz set off once again for the Monte Rosa massif, this time accompanied by Arnold Durig. This expedition was sponsored by the Königlich Preussische Akademie (Royal Prussian Academy) in Berlin and the Austrian Ministerium für Kultur und Unterricht (Ministry for Culture and Education). The objective was to expand and conclude the respiratory and metabolic experiments conducted during the major expedition in 1901. This Alpine expedition of 1903 was, however, clearly beyond the stamina and health of Zuntz, who was now over fifty years old. Years later, in his obituary for Zuntz, Durig remarked: “Images come to mind from the past when we lived, worked and cooked together during the weeks in the icy regions, in remote seclusion from mankind, and how you – with indescribable modesty – were content with even the worst of all I could offer you. You said to me then – seventeen years ago – at the highest frontier glacier, ‘I am so tired, just let me die.’ This must have been the first sign that your heart was beginning to fail” (5). During that journey, Zuntz and Durig spent almost 3 weeks in the peak regions of Monte Rosa. This was to be Zuntz’s last major expedition in the Alps. The months that followed were devoted to sorting through and evaluating the extensive material collected. The results of these studies made up the major portion of “Höhenklima und Bergwanderungen” (High Altitude Climate and Mountain Hiking on 28

Fig. 10: Zuntz and his colleagues at the Monte Rosa Expedition in the Alps in summer 1901 (1)

Human Beings) by Zuntz et al. published in 1906, and Durig’s publication in the “Denkschriften der Kaiserlichen Akademie” in 1911. In the succeeding years as rector of the College of Agriculture in Berlin, Zuntz’s scientific work was forced to take second place to his other duties. However, he was visited during this period by many famous scientists such as Marie and August Krogh (Copenhagen), and Joseph Barcroft (Cambridge) in the summer of 1907. In 1908, Zuntz spent the summer in the United States, sharing the instruction of a course in biochemistry presented at the Third Session of the Conference of Agriculture of Cornell University at Ithaca, N.Y. Back in Berlin a key issue for him was the question under which physiological circumstances lactate is produced. Zuntz believed that lactate was produced only under hypoxic conditions. As stated recently by Barnard and Holloszy this was a point “on which Zuntz was mistaken, and his interpretation was very reasonable considering the complete lack of information regarding the regulation of glycogenolysis” (6). But Zuntz and his school were absolutely right when they concluded, based on their numerous studies on nutrition during the preceding decades, that both fat and carbohydrates mainly serve as substrates for energy during exercise in humans, and that the role of protein as an energy-providing substrate 29

was negligible (6, 7). During the years around 1910, Zuntz turned his attention with renewed interest to a research topic which had intensively captivated him several years before: climate physiology. In order to clarify the practical benefits of a study of this sort, Zuntz referred to his own analyses of the physiology of marching, which he had performed with soldiers: “These investigations have had the practical result that the marching ability of soldiers has been increased by way of a certain reduction of baggage weight and by the clothing being better adapted to [meet] the needs created by heat expenditure. Furthermore, these investigations also showed that consuming easily-digested foodstuffs in small quantities, especially of sugar, during exhausting marches is very beneficial. These experiments revealed that the greatest obstacle preventing high performance was excessive temperature. (…) The temperature at which the performance is considerably restricted depends on multiple factors, among which the most crucial are humidity and air movement. While experimenting on the marching soldiers, I was able to determine that the danger of heat stress given a certain temperature is lower to the same degree that the air moves and is dry. [We] were even successful, at that time, in exactly determining in numbers the amount of sweat that the body needed to excrete in order to avoid overheating at various temperatures, wind velocities and humidity levels” (Letter from Zuntz to Loebker, 1908, fol. 89–92, Staatsbibliothek Berlin) (1). Therefore, not surprisingly and not simply by chance, in 1911 Zuntz also got deeply involved during these years in the evaluation process for the inauguration of the Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft for promoting science and research (today’s Max Planck Society). The list of experts particpating reads like a Who-is-Who of the field’s contemporary elite and it can be seen as proof of the great esteem that Zuntz was held in that he, as a non-university researcher, was requested to state his position alongside such illustrious colleagues such as E. Fischer (Berlin), Waldeyer (Berlin), Rubner (Berlin), v. Wassermann (Berlin), M. Delbrück (Berlin) and S. Arrhenius (Stockholm, Sweden). It was a goal to establish a “bio-ontological institute in Dahlem” which should “combine all sciences which deal with organisms and their development”. It was “intended to be a complex of connected, yet individual institutes” such as “zoology (such as) comparative anatomy, embryology and physiology (...) and areas which thus far have been considered remote such as palaeontology and anthropology” which should be closer connected to biological disciplines (1). At the same time Zuntz got more and more interested in climatolical and balneological reserach. To quote from a lecture Zuntz gave to the balneological society in Berlin in 1911 reads. “Climate research is of course of extremely high interest 30

to the forum you represent, inasmuch as it provides the basis for hygienic and therapeutic measures. But being aware of the relationships between climate and man is also of higher anthropological and economic significance. It gives us the basis for assessing the ability of man to perform in various climates. And to the extent that standard rules for remedying damaging climate effects are the outcome discoveries made, they will enable us to know how man can survive in extreme climate conditions” (1). Later, Zuntz summarized the purpose and tasks of climate research for balneology as follows: “Recently, efforts have been made to put individual climate factors to use – high and low temperatures, intensive light, electrical charging of the atmosphere and its emanation content – as remedies. Normally, however, we will only be able to avail ourselves of the mixture of the many varied effects given in the climate of a location. Climate physiology, serving medical science, now has the task of researching and determining the effect of each of these individual factors on as many bodily functions as possible, and of determining to what extent, these effects support or mutually neutralize each other in the various combinations in which they may appear in different locations and their climates. It is easy to recognize that the tremendous magnitude of this task and to understand that a series of various methods must be utilized in order to carry it out. On the one hand, every individual climate factor has to be applied in varying intensities to persons of various constitutions, healthy and ill, and the effect on the various organs and on the metabolic processes has to be studied. On the other hand, the climates as nature offers them to us have to be researched in their effects on individuals of various body build, various age and under various pathological strains. The second category of studies will always remain the most significant for the physiology of climate because it alone enables an impact lasting for weeks or even years” (1). In order to create such artificial climates, Zuntz resorted to the respiratory chamber in the veterinary physiology laboratory, which had recently been upgraded to an increased capacity (80 cbm) at the Königliche Landwirtschaftliche Hochschule (Royal Agricultural College). Therefore it is not surprsing that he played a significant role in a multi-week expedition led by Pannwitz to the Canary Island of Tenerife in the spring of 1910 (Fig. 11). A letter (greetings from the ocean liner) from Zuntz to Darmstaedter is signed by the members of the expedition and provides evidence of the interest taken by many international researchers who took part in, among them Durig, v. Schroetter, Barcroft. After the expedition had reached Tenerife, they investigated was “whether the 31

Douglas Durig

v. Schroetter Barcroft Zuntz

Fig. 11: Members of the International Tenerife Expedition in 1910

results which Zuntz and Durig had obtained while on Monte Rosa remained applicable even under the altered conditions of the warm climate of Tenerife, or whether the air temperature and light were factors that considerably influenced the previously demonstrated changes in the physiological behavior of man in high altitude climates” (1). During the investigation they restricted themselves to recording basic physiological parameters such as pulse frequency, blood pressure, and body temperature. Furthermore, they conducted respiratory experiments at various altitudes. A particular focus of their work was the increased radiation of the sun at high altitudes, with its implications for gas exchange and the respiratory mechanism of the organism (Fig. 12, Fig. 13). In 1903, Zuntz and Durig had, already performed similar experiments together on Monte Rosa for this purpose. But, in contrast to the previous series of experiments, the intention of the Tenerife Expedition was to subject the entire body to radiation from the sun at high altitude. The series of experiments were not without considerable negative repercussions on the subjects’ health. Durig’s physical state following such a field experiment is described as follows: “The effects of the exposure to the sun were intense. Not only did Durig feel a strong burning sensation on his body during the experiment, especially on 32

the chest and upper thighs, but also, as a consequence of the sunning, suffered a quite painful burn on the entire front side of his body, which led to an edema and to blisters forming on his chest, stomach and legs so that even the weight of the blanket at night was extremely painful. The pain was alleviated by the application of anaesthetic Fig. 12: Measurements to quantify the gas exchange ointment. In the evening under resting conditions at high altitude during the of the day on wich he had international high altitude expedition to Tenerife in subjected himself to radia- the spring of 1910 (1) tion, the body temperature sank to 35,9°C (96,6°F) in the rectum, evidently caused by the loss of heat resulting from the hyperaemic skin” (Durig, Schrötter and Zuntz, 1912, p. 473) (1). In the spring of 1912, Zuntz was appointed director of the newly established scientific advisory council of the Center for Balneology in Berlin and in the same year he Wissenschaftliche Gesellschaft für Flugtechnik e.V. (Scientific Society for Aviation Technology) was founded in Berlin, today the DLR and a total of ten subcommittees (a–k) were set up, including the Ausschuss f für medizinische und psychologische Fragen (Committee “f ” for Medical and Psychological Issues). As far as reference was made to the committee’s members, it was stated Fig. 13: Measurements to quantify impact of radiatithat the “Vereinigung zur on on the skin during the international high altitude wissenschaftlichen Erfor- expedition to Tenerife in the spring of 1910 (1) 33

schung des Sportes und der Leibesübungen (Association for the Scientific Investigation of Sport and Physical Exercises): Professor Nicolai – Berlin; Privy Councilor Professor Zuntz – “ called in as members by the committee. One of the Society’s objectives was to publish research done in the field of aviation science, which led to the series Luftfahrt und Wissenschaft (Aviation and Science), edited by Sticker. One of the first works published in this series that same year was Zuntz’s treatise Zur Physiologie und Hygiene der Luftfahrt (On the Physiology and Hygiene of Aviation), which today ranks as the earliest and most comprehensive work in the field of aviation medicine in the world (1–3). Afterwards he published papers on sports physiology and their possible influence on public health. Over the course of the war, the increasingly limited food supplies prompted Zuntz to conduct nutritional physiological observations on himself. Since turning 41 in 1888, Zuntz had meticulously recorded his metabolism, body weight and body temperature together with Loewy. In May of 1916, he determined a “very considerable decrease in the oxidation process” and that he had lost weight from 67.5 kg (1912) to 60.6 kg, a result of the war-time food (1). Shortly after the outbreak of World War I, demonstrating great foresight, Zuntz had already made a strong public appeal that in view of the threatening shortage, the grain normally used in Germany for feeding pigs be made directly available to the population for food, arguing that this was a more sensible use from a nutritional standpoint. His views ultimately culminated in Zuntz’s calling for the official slaughtering of 8–9 million pigs, which was conducted in the spring 1915 (1). In the last years of his life there was also no end to the scientific honors bestowed on Zuntz. In July of 1918, prior to the conferral by the Kaiser of the Order of the Crown, 2nd Class, Zuntz received an honorary doctorate from the Tierärztliche Hochschule Hannover (Hanover School of Veterinary Medicine and from the Bodenkultur in Vienna. And finally, one year later, on August 3rd, 1919, Zuntz was awarded an honorary doctorate from the Department of Philosophy of the University of Bonn on the occasion of its hundredth anniversary and retired in 1919. Furthermore, he was nominated three times for the Nobel Prize, in 1910, 1919, and finally 1920. Interestingly enough, the motivations cited in the nominations differed from one suggestion to the next. While in 1910 the extensive work Zuntz had done in the field of physiology (blood, circulation, respiration, thermoregulation) was lauded, then his investigations on the metabolism of horses and ruminants gave credit, and in 1920 his contributions to nutritional research were mentioned. On the other hand, in 1919 Zuntz himself nominated eight colleagues, these being Barcroft, Benedict, Krogh, Loeb, Neuberg, Oppenheim, Tigerstedt, and von 34

Fig. 14: Nathan Zuntz working in his office of the Royal Agricultural Academy in Berlin at the age of about 65 years

Wassermann. He suggested Barcroft for his work on the oxygen affinity of hemoglobin and metabolism, Benedict for his work on metabolism, and Krogh for his work on respiratory methods, gas exchange, cardiac output etc. And in fact, Krogh was awarded, the Nobel Prize in 1920. As Zuntz’s successor shortly later the faculty of the Royal Agricultural College chose Scheunert, who had thus far been an ausserordentlicher Professor (professor without tenure) at the Tierärztliche Hochschule (School for Veterinary Medicine) in Dresden. Zuntz’s own remarks on the procedures surrounding the appointment to the chair are to be found in a letter from 1920 addressed to an unknown recipient: “I would most have preferred to secure Durig, but he had taken on a professorship in physiology at Vienna University half a year earlier. Despite this, he was leaning towards coming, but finally turned the offer down after a lengthy period of hesitation. Amongst my students, my favorite choice as successor would have been Loewy and perhaps also Caspari, but this probably failed mainly on account of the anti-Semitism of my “honored colleagues.” In the end, Scheunert in Dresden 35

was appointed, an associate and relative of Ellenberger, and will be taking up the position on April 1st. Personally, I hope that we will get along well together” (Fragment of a letter from Zuntz to an unknown person from February 2nd, 1920, Staatsbibliothek Preussischer Kulturbesitz [Berlin State Library], Slg Darmstaedter – Nathan Zuntz –, 3d. 1885, fol. 3) (1). “If Mehring was the friend from his youth, then Durig was the friend of his [old] age (...). As his old friends died before him the young circle of his students had long since gathered around him. Only young Durig from Innsbruck was his equal, as he was inspired by the same wealth of ideas and the same joy he took in his work. How this son of the mountains enjoyed working [with your grandfather] on the Monte Rosa mountain range, how happily he helped his aging mentor when climbing! Nathan’s dearest wish was to make Durig his successor at the institute. But the young professor was granted the Ordinariat (full professorship) at the University of Vienna--thus this dream disappeared. His son Durig would have made it so easy for him to leave the beloved workplace” (Emma [Sarah] Zuntz, undated, p. 48/49) (1). This “beloved workplace” in his final years at the Royal Academy of Agriculture can be seen in Figure 14. On March 22nd, 1920, Nathan Zuntz passed away in Berlin.

BIOGRAPHY AND SCIENTIFIC WORK OF ARNOLD DURIG Karoline Durig give birth to Arnold Durig (Fig. 15) on the 12th of November, 1872 in Innsbruck (Austria) where his father Josef Durig conducted the teacher training college. Originally Josef Durig came from Tschagguns, a small mountain village in the Montafon a long valley in the Austrian province Vorarlberg (8). Arnold Durig spent his school days in Innsbruck. After his graduation he started studying medicine, parallel he worked at the Hygiene and Chemical Institute and obtained an assistant. In 1898 he received his doctorate in medicine (Fig. 16). Subsequently he was assistant physician and volunteer at various clinics in Innsbruck, worked as a dentist and finally as a country doctor in lower Austria. In 1900 Durig habilitated for Physiology and became an assistant of Professor Sigmund Exner at the Institute of Natural Resources and Life Scienes in Vienna (Fig. 17). Only two years later, he achieved the position of a private lecturer and started after a semester of research in Oxford his important 36