Eine Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems (ZNS) bedeutet wörtlich die Vergiftung des Gehirns durch zu viel Sauerstoff. Eine ZNS-Sauerstoffvergiftung ist sehr gefährlich, insbesondere im Wasser, wo jedes Anzeichen oder Symptom ein Risiko darstellt. Das US Navy Dive Manual 1 verwendet die Eselsbrücke VENTIDC für Symptome und Anzeichen.
Es gilt allgemein als erwiesen, dass eine Sauerstofftoxizität im Zentralnervensystem erst ab einem Sauerstoffpartialdruck ( PO₂ ) von über 1,6 bar auftritt. Allerdings gibt es einige Berichte über Krampfanfälle im Zentralnervensystem unter Wasser im „sicheren“ PO₂ -Bereich.² ,³ Möglicherweise handelt es sich nicht um eine absolute Grenze… Betrachten wir die gesammelten Erkenntnisse aus kontrollierten und überwachten Tauchgängen mit leicht hyperoxischem Sauerstoffpartialdruck ( PO₂ ≤ 1,6 bar).
Seit 1993 wurden keine Studien zur Sauerstofftoxizität im zentralen Nervensystem (ZNS) durchgeführt. Allerdings wurden für andere Zwecke experimentelle Expositionen unter leicht hyperoxischen Bedingungen mit dokumentierten Auswirkungen auf die ZNS-Sauerstofftoxizität durchgeführt. Ein 2013 veröffentlichter Review⁴ führt Folgendes auf: Studien zur Sauerstofftoxizität im ZNS mit schnellen Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks (PO₂ ) zwischen 1970 und 1993 umfassten 210 Tauchgänge mit einem Wechsel von Oberflächenluft zu einem erhöhten PO₂ von maximal 1,6 bar. Tauchgänge, die vor 2013 primär der Untersuchung der pulmonalen Sauerstofftoxizität dienten, lieferten weitere 929 experimentelle Tauchgänge mit einem PO₂ ≤ 1,4 bar und 34 Tauchgänge mit einem PO₂ von 1,6 bar. Für die Entwicklung von Dekompressionstabellen für Kreislauftauchgeräte wurden 2435 Tauchgänge durchgeführt, zumeist bei einem PO₂ von 1,3 bis 1,6 bar, jedoch mit kurzzeitigen PO₂ -Anstiegen auf über 1,7 bar während des Abstiegs. Bei diesen Tauchgängen nach 1993 war der Kohlendioxidgehalt (CO 2 ) im Einatemgas vernachlässigbar.
Die 210 Tauchgänge zur Untersuchung der Sauerstofftoxizität des zentralen Nervensystems (ZNS) umfassten 5 Tauchabbruchereignisse, bei denen es sich wahrscheinlich, aber nicht sicher um eine ZNS-Sauerstofftoxizität handelte, sowie 2 wahrscheinliche ZNS-Ereignisse, die die Taucher nicht zum vorzeitigen Auftauchen zwangen. Bei den übrigen 963 Tauchgängen mit quadratischem Profil trat ein wahrscheinliches ZNS-Ereignis mit Tauchabbruch und 7 Symptomgruppen auf, die wahrscheinlich auf eine ZNS-Sauerstofftoxizität hindeuteten, jedoch keine eindeutigen ZNS-Symptome. Bei den Dekompressionstauchgängen traten trotz des PO₂- Anstiegs beim Abstieg keine ZNS-typischen Ereignisse auf. Anders ausgedrückt: Bei Tauchgängen wie den experimentellen traten keine durch Sauerstofftoxizität bedingten Krampfanfälle auf – die obere Grenze der Wahrscheinlichkeit liegt unter 9 zu 10.000 – und andere Symptome, die wahrscheinlich auf eine ZNS-Sauerstofftoxizität hindeuten, sind selten. Im Jahr 2013 verzeichnete das US Navy Safety Center fast 29.000 ereignislose, nicht-experimentelle Tauchgänge mit Mischgas-Kreislauftauchgeräten, bei denen der PO2 nominell 1,3 bar betrug, jedoch mit PO2- Überschreitungen beim Abstieg.
Experimentelle Aufzeichnungen seit 1970 deuten darauf hin, dass eine Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems (ZNS) bei einem Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) ≤ 1,6 bar bestenfalls sehr selten auftritt. Andere Erkenntnisse sprechen jedoch dagegen. Forscher der israelischen Streitkräfte veröffentlichten einen Bericht² über 2527 Tauchgänge mit Sauerstoff-Kreislauftauchgeräten in Tiefen unter 7 m. Bei diesen Tauchgängen traten 150 Fälle auf, die auf eine Sauerstoffvergiftung des ZNS hindeuten, was einer Gesamthäufigkeit von 6 % entspricht. Zehn dieser Taucher verloren entweder während des Tauchgangs oder kurz nach dem Auftauchen das Bewusstsein. Selbst bei einem PO₂ von 1,2 bar berichteten 3 % der Taucher nach 240 Minuten Tauchzeit über Symptome, die auf eine Sauerstoffvergiftung des ZNS hindeuten.
Der wahrscheinlichste Faktor für die relativ hohe Häufigkeit von ZNS-Vergiftungen bei diesen Übungstauchgängen war die CO₂- Inhalation. Bei weiteren 36 ZNS-Sauerstoffvergiftungen (darunter 13 Fälle mit Bewusstlosigkeit der Taucher) bei ähnlichen israelischen Übungstauchgängen wurde die Gaszusammensetzung in 18 Kreislauftauchgeräten nach dem Vorfall untersucht. In 11 dieser Geräte überschritt der CO₂- Partialdruck im Inspirationskreislauf 25 mbar (2,5 kPa, 2,5 % des Oberflächenäquivalents).
Das offensichtliche Problem bei diesen Tauchgängen war die unzureichende Kapazität des Abgasreinigungssystems. Die gemessene Durchbruchzeit in diesem Kreislauftauchgerät-Modell war kürzer als die Tauchdauer, wenn der CO₂ -Testfluss nur 1,12 l/min betrug.⁵ Die französische Marine berichtete⁶ , dass 1 ) ein Ausfall des Abgasreinigungssystems in Kreislauftauchgeräten desselben Typs 26 der 153 zwischen 1979 und 2009 registrierten Unfälle mit Kreislauftauchgeräten verursachte und 2) dass die Häufigkeit von Krampfanfällen aufgrund von Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems nach dem Wechsel zu einem Kreislauftauchgerät mit größerer Abgasreinigungskapazität abnahm. Interessanterweise wiesen Experimente zur Untersuchung der Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems vor 1970 deutlich mehr positive Ergebnisse auf als spätere. Bei den wenigen Messungen vor 1970 mit einem Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) ≤ 1,6 bar traten ZNS-Symptome entweder bei anstrengender körperlicher Betätigung mit Kreislauftauchgeräten in Trockenkammern⁷ oder bei Kreislauftauchgeräten auf, in denen eine CO₂ -Anreicherung festgestellt wurde. 8. Körperliche Betätigung ist wichtig, weil Menschen, die selbst gegen einen mäßigen Atemwiderstand atmen, bei starker körperlicher Anstrengung zu wenig atmen und dadurch CO₂ anreichern. 9–11
CO₂ im Atemkreislauf führt zu einer CO₂- Retention, also zu erhöhten CO₂ -Werten im Körper (siehe Artikel zu CO₂ ). CO₂- Retention hat verschiedene gesundheitsschädliche Auswirkungen, darunter eine erhöhte Durchblutung des Gehirns. Bei hohem Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) in der Einatemluft steigert die erhöhte Hirndurchblutung die Sauerstoffversorgung des Hirngewebes und simuliert so einen höheren PO₂ -Wert. Zu beachten ist, dass bei Tauchgängen mit hohem PO₂ -Wert Substanzen, die die systemischen Blutgefäße erweitern, das Risiko einer Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems erhöhen können.
Also – Vorsicht vor CO₂ ! Bei einem Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) ≤ 1,6 bar und leichter Atmung ist das Risiko eines zerebralen Sauerstoffkrampfes extrem gering, solange der Atemregler nicht durchbricht. Ein Durchbruch des Atemreglers birgt selbst bei einem PO₂ von 1,2 bis 1,3 bar die Gefahr einer zerebralen Sauerstoffvergiftung. Starke körperliche Anstrengung, selbst bei moderatem Atemwiderstand, erhöht das Risiko zusätzlich – ein weiterer Grund, es ruhiger angehen zu lassen und den Tauchgang zu genießen.
Referenzen:
- Commander, Naval Sea Systems Command, S. Navy Diving Manual, Revision 6, Kapitel 19 (Arlington, VA: NAVSEA, 2008).
- Arieli R, Schochat T, Adir Y. ZNS-Toxizität beim Tauchen mit Kreislauftauchgeräten: Symptome, die bei 2527 Tauchgängen berichtet wurden, Space Environ. Med., 77: 526–532, 2006.
- Arieli R, Arieli Y, Daskalovic Y, Eynan M und Abramovitch A. Sauerstofftoxizität im ZNS beim Tauchen mit Kreislauftauchgeräten: Anzeichen und Symptome vor dem Bewusstseinsverlust. Space Environ. Med., 77: 1153–1157, 2006.
- Shykoff BE. Inzidenz von Sauerstofftoxizität im ZNS bei leichter Hyperoxie: Eine Literatur- und Datenübersicht, NEDU TR 13-03, Navy Experimental Diving Unit, April 2013.
- Arieli R. Die Auswirkungen einer Über- oder Unterfüllung des Natronkalkbehälters auf die CO2-Absorption in zwei geschlossenen Sauerstoffkreislauf-Rebreathern, Undersea Hyperbaric Med., 35(3): 213-218, 2008.
- Gempp E, Louge P, Blatteau JE und Hugon M. Deskriptive Epidemiologie von 153 Tauchunfällen mit Kreislauftauchgeräten bei französischen Militärtauchern von 1979 bis 2009, Military Medicine 176(4):446–450, 2011.
- Young JM. Akute Sauerstofftoxizität beim arbeitenden Menschen, Unterwasserphysiologie, Proceedings des IV. Symposiums, CJ Lambertsen hrsg., Academic Press: New York und London, 1971, S. 67–76.
- Schaefer KE. Sauerstofftoxizitätsstudien beim Unterwasserschwimmen, J. Appl. Physiol. 8(5): 524–531, 1956.
- Lanphier EH. Stickstoff-Sauerstoff-Gemische-Physiologie, Phase 6. NEDU-Forschungsbericht 7-58, Navy Experimental Diving Unit, Washington DC, 1958. http://archive.rubicon-foundation.org/3362
- Shykoff BE, Warkander DE. Kohlendioxid-Retention (CO2) bei körperlicher Belastung in Abhängigkeit von inhaliertem CO2 und Atemwiderstand. Undersea and Hyperbaric Medicine 39(4): 815–828, Juli/Aug. 2012.
- Warkander DE, Shykoff BE. Kombinationen von Atemwiderstand und eingeatmetem CO2: Auswirkungen auf die körperliche Ausdauer. NEDU TR 14-14, Navy Experimental Diving Unit, August 2015.
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Verfasst von Barbara Shykoff
Barbara Shykoff erwarb ihren Bachelor of Arts (Ingenieurwissenschaften, Schwerpunkt Chemie) an der Universität Toronto, ihren Master of Science (Bioingenieurwesen) an der Universität New Brunswick und ihren Doktortitel (Biomedizintechnik) an der McGill University. Seit 16 Jahren arbeitet sie bei der US Navy Experimental Diving Unit. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen auf der pulmonalen Sauerstofftoxizität, weiteren Aspekten einer verlängerten, leicht hyperoxischen Exposition sowie den physiologischen Auswirkungen des Atemwiderstands mit und ohne CO₂-Inhalation.
