Sauerstoff ist lebensnotwendig, spielt aber eine komplexere Rolle für die Tauchsicherheit. Erhöhte Sauerstoffanteile können die Dekompressionseffizienz verbessern, indem sie den Anteil an Inertgasen im Atemgas reduzieren. Ein hoher Sauerstoffpartialdruck ( PO₂ ) ist zudem ein Standardverfahren zur Behandlung der Dekompressionskrankheit. Problematisch ist jedoch, dass zu viel Sauerstoff auch gesundheits- und lebensbedrohliche Vergiftungen hervorrufen kann. Dieser Artikel basiert auf einer ausführlicheren Übersichtsarbeit zu diesem Thema (Pollock 2019).
Das Sauerstoffkontinuum
Der Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) entspricht dem Produkt aus Sauerstoffanteil ( FO₂ ) und Umgebungsdruck ( PO₂ = FO₂ * Umgebungsdruck). PO₂ wird üblicherweise in Atmosphären (atm) angegeben. Der PO₂-Wert der Luft auf Meereshöhe beträgt 0,21 atm (0,21 * 1 atm). Der von offenen Beatmungssystemen abgegebene PO₂-Wert steigt und fällt mit dem Umgebungsdruck. Beispielsweise beträgt der PO₂- Wert der in 1 m Höhe (3 Fuß Meereshöhe) eingeatmeten Luft in einem offenen System bereits 0,23 atm (0,21 * 1,1 atm). Der PO₂ -Wert der in 20 m Höhe (66 Fuß Meereshöhe) eingeatmeten Luft in einem offenen System beträgt 0,63 atm (0,21 * 3,0 atm).
Sauerstofftoxizität
Die pulmonale Sauerstofftoxizität bezeichnet eine Reizung des Lungengewebes durch anhaltendes Einatmen – oft über viele Stunden – deutlich erhöhter Sauerstoffkonzentrationen. Sie kann bei einem Sauerstoffpartialdruck (PO₂) von nur 0,5 atm und ausreichender Expositionszeit auftreten. Zu den Anzeichen und Symptomen gehören anhaltender, unproduktiver Husten, ein Engegefühl in der Brust oder Beschwerden beim Einatmen sowie Schmerzen hinter dem Brustbein. Leichte Symptome klingen in der Regel innerhalb weniger Stunden nach Rückkehr zur Luftatmung folgenlos ab. Ein Grund dafür, dass ein Immersionslungenödem (IPE) übersehen werden kann, ist, dass leichte Symptome fälschlicherweise einer pulmonalen Sauerstofftoxizität zugeschrieben werden können.
Eine Sauerstoffvergiftung des zentralen Nervensystems (ZNS) ist eine Schädigung des Gehirns durch erhöhte Sauerstoffkonzentrationen (PO₂). Diese kann sich bei ausreichend hohen Werten bereits nach relativ kurzer Zeit entwickeln. Zu den Anzeichen und Symptomen gehören Muskelzuckungen im Gesicht, Tunnelblick, Übelkeit, Parästhesien, Bewusstlosigkeit und Krämpfe. Zunächst können subtile Symptome auftreten, die sich jedoch rasch verschlimmern oder sofort zu einer vollständigen Arbeitsunfähigkeit führen können. Das Risiko einer ZNS-Vergiftung steigt ab einem PO₂ von 1,3 atm (Arielli et al. 2006). Da Bewusstlosigkeit unter Wasser mit einem hohen Ertrinkungsrisiko einhergeht, stellt eine ZNS-Vergiftung eine erhebliche Gefahr dar.
Eine weitere Möglichkeit ist eine Sauerstofftoxizität der Augen. Hyperbare Myopie (Kurzsichtigkeit) kann sowohl bei Patienten unter hyperbarer Sauerstofftherapie (HBO) als auch bei Tauchern, die hohem Sauerstoffpartialdruck (PO₂) ausgesetzt sind, auftreten. Diese Erkrankung erfordert wiederholte Exposition über einen relativ kurzen Zeitraum. Das Risiko steigt nach 15 oder mehr HBO-Sitzungen, und die Entwicklung kann bei Tauchern, die hohen PO₂-Werten ausgesetzt sind, unterschiedlich schnell erfolgen. Die Sehstörungen bilden sich in der Regel innerhalb weniger Wochen nach Expositionsende vollständig zurück.
Eine besorgniserregendere Form der Sauerstoffvergiftung des Auges ist die Entstehung von Katarakten. Katarakte entwickeln sich üblicherweise als fortschreitende Trübung der Augenlinse, die zu verschwommenem Sehen und eingeschränkter Sicht bei schlechten Lichtverhältnissen führt. Die Kataraktbildung ist in der Regel irreversibel und erfordert letztendlich einen operativen Linsenaustausch. Das Auftreten oder die Beschleunigung von Katarakten wurde bei Patienten mit hyperbarer Sauerstofftherapie (HBO) beobachtet. Bislang gibt es nur wenige gesicherte Erkenntnisse, doch bestehen berechtigte Bedenken, dass häufige und lange Tauchgänge bei hohem Sauerstoffpartialdruck (PO₂) ein Kataraktrisiko für Taucher darstellen könnten. Dies ist ein guter Grund, die Sauerstoffexposition besonders sorgfältig zu beachten.
Nutzen und Bedenken bei hohem Sauerstoffgehalt
Sauerstofftoxizität ist beim Tauchen mit offenem Kreislauf weniger problematisch, da die maximalen Sauerstoffpartialdrücke ( PO₂ ) in der Regel nur über relativ kurze Zeiträume eingeatmet werden. Beim Tauchen mit geschlossenem Kreislaufgerät ist sie hingegen ein entscheidender Faktor, da der hohe PO₂ -Wert während des Großteils der Tauchgänge auf einem festgelegten Wert gehalten wird.
Ein hoher PO₂ - Sollwert ist wünschenswert, um den Dekompressionsstress bei Tauchern zu reduzieren. Je höher der Sollwert, desto weniger Inertgas wird während des Abstiegs und der Bodenphase aufgenommen und desto mehr wird beim Aufstieg, insbesondere im letzten Teil, wieder abgegeben. Der PO₂-Wert der Atemluft in einem offenen Kreislaufgerät beträgt 1,3 atm in etwa 52 m Tiefe. Ein Kreislaufgerät mit geschlossenem Kreislauf, das mit einem festen PO₂ -Sollwert von 1,3 atm arbeitet, liefert von diesem Punkt an bis zum Aufstieg einen progressiv sinkenden Inertgaspartialdruck. Bei einem PO₂- Sollwert von 1,6 atm atm atmet ein Taucher mit einem Kreislaufgerät in 6 m Tiefe praktisch kein Inertgas mehr ein, wodurch ein steiler Gradient für die Inertgasabgabe entsteht.
Die Minimierung des Dekompressionsstresses ist wichtig, doch auch die Sauerstofftoxizität ist ein entscheidender Faktor bei hohem Sauerstoffpartialdruck (PO₂ ) . Es mag verlockend sein, die Bedenken hinsichtlich eines akuten PO₂- Anstiegs zu verharmlosen, da die HBO-Therapie zur Behandlung der Dekompressionskrankheit Patienten einem PO₂ von 2,8 atm aussetzen kann. Es gibt jedoch entscheidende Unterschiede, die das Risiko einer ZNS-Toxizität in einer trockenen Druckkammer reduzieren. Die HBO-Behandlung beinhaltet geplante Sauerstoffpausen, um die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen zu verringern; die Patienten bleiben in Ruhe; und – am wichtigsten – ein Patient, der in der Druckkammer einen Krampfanfall erleidet, kann einfach behandelt werden, indem die Sauerstoffmaske oder -haube abgenommen und die Atemwege bei Bedarf freigemacht werden.
Taucher sind im Wasser bei Bewusstseinsstörungen einem deutlich höheren Risiko ausgesetzt. Die Fähigkeit zur Selbstrettung ist nicht mehr gegeben, und eine Rettung durch andere ist alles andere als sicher. Vollgesichtsmasken oder Haltebänder für das Mundstück verringern zwar das Risiko, das Mundstück zu verlieren, beheben aber nicht die Atemwegsbehinderung durch Erbrechen in das Mundstück oder den Verlust der Tarierungskontrolle. Die Schwelle für Krampfanfälle kann im Wasser zudem niedriger sein, bedingt durch körperliche Anstrengung, einen Anstieg des arteriellen CO₂- Gehalts (bedingt durch körperliche Anstrengung oder unzureichende CO₂- Abgabe), erhöhte Atemarbeit, allgemeinen Stress, Kältestress und eine Vielzahl von Medikamenten oder Drogen, die Taucher möglicherweise einnehmen, ohne sich der potenziellen Wechselwirkungen bewusst zu sein.
Hohe Sauerstoffgrenzen
Der PO₂-Grenzwert von 1,6 atm hat eine lange Tradition im wissenschaftlichen, beruflichen und technischen Tauchen. In der Praxis zeichnet sich jedoch ein Trend zu konservativeren Grenzwerten ab. Der standardmäßige obere Sollwert vieler moderner Kreislauftauchgeräte liegt bei 1,3 atm. Es ist nicht ungewöhnlich, für Teile oder die gesamte Dauer von Langzeittauchgängen niedrigere PO₂-Sollwerte zu verwenden. Sowohl die US-amerikanische National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) als auch das Komitee Z275.2 der Canadian Standards Association reduzierten 2015 den maximalen PO₂-Wert während der Arbeitsphase von Tauchgängen von 1,6 auf 1,4 atm und näherten sich damit dem Standard-PO₂-Grenzwert von 1,4 atm für Sporttaucher an.
Die PO2-Grenzwerte sollten einen Kompromiss zwischen dem Nutzen der Dekompressionsbelastung und den Gefahren einer Sauerstoffvergiftung darstellen. Ein angemessenes Risiko-Nutzen-Verhältnis lässt sich erreichen, indem der PO2-Wert während der Tiefenphase eines Tauchgangs angepasst wird, da hier die absolute Reduzierung der Inertgasaufnahme gering und die Lebensgefahr durch Bewusstseinsstörungen extrem hoch ist. Ein niedrigerer Sollwert in der Tiefe ermöglicht eine flexiblere Erhöhung des PO2-Werts während des flacheren Aufstiegs, wo der Dekompressionsvorteil eines hohen PO2-Werts groß und die Lebensgefahr durch Bewusstseinsstörungen etwas geringer ist. Die Anpassung der gesamten Sauerstoffdosis (abhängig von Konzentration und Dauer) kann einen gewissen Schutz vor allen Formen der Vergiftung bieten, einschließlich potenziell schwerwiegender Augenschäden.
Das Argument, der PO₂- Grenzwert von 1,6 atm sei über lange Zeiträume hinweg ausreichend erprobt worden, ist nicht uneingeschränkt stichhaltig. Die Existenz eines Grenzwerts ist irrelevant, solange nicht zahlreiche Expositionen bis zu diesem Wert durchgeführt werden. Expositionen, die teilweise oder vollständig bei niedrigeren PO₂- Werten durchgeführt wurden, geben keine Auskunft über die Sicherheit höherer PO₂- Werte . Es gibt ausreichend dokumentierte Belege und theoretische Bedenken, um die Verwendung moderater PO₂- Grenzwerte zu befürworten, um sichere Expositionen zu gewährleisten und potenzielle Langzeitrisiken zu vermeiden.
Wissenslücken schließen
Weitere Forschung ist notwendig, um die Gefahren und Vorteile hoher Sauerstoffkonzentrationen (PO₂ ) sowie die große individuelle und expositionsbedingte Risikovariabilität besser zu verstehen. Die Forschung zu potenziell schwerwiegenden Ereignissen gestaltet sich schwierig, doch die Tauchgemeinschaft kann durch die Meldung aller Fälle von Sauerstoffvergiftung – unabhängig von Schweregrad und Folgen – einen wichtigen Beitrag leisten. Um die Leitlinien zu verfeinern und die Leistungsfähigkeit von Überwachungssystemen weiterzuentwickeln, sind umfangreiche Daten erforderlich.
Schlussfolgerungen
Hohe Sauerstoffpartialdrücke (PO₂ ) bergen sowohl Vorteile als auch Risiken für Taucher. Die Reduzierung des Dekompressionsstresses muss gegen das erhöhte Risiko einer Sauerstoffvergiftung abgewogen werden. Geänderte Praktiken haben zwar zu einer gewissen Senkung der PO₂ -Normwerte geführt, doch ist weitere Forschung erforderlich, um die Faktoren, die die Anfälligkeit für Sauerstoffvergiftungen und deren Schweregrad beeinflussen, besser zu verstehen. Zusätzliche Erkenntnisse werden mit hoher Wahrscheinlichkeit eine weitere Verfeinerung der Richtlinien und der Praxis nach sich ziehen.
Referenz
Arieli R, Shochat T, Adir Y. ZNS-Toxizität beim Tauchen mit Sauerstoffkreislauf: Symptome, die bei 2527 Tauchgängen berichtet wurden. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2006; 77(5): 526–532.
Pollock NW. Sauerstoffpartialdruck – Gefahren und Sicherheit. In: Cote IM, Verde EA (Hrsg.). Diving for Science 2019: Proceedings of the AAUS 38th Scientific Symposium. American Academy of Underwater Sciences: Mobile, AL; 2019: 33–38.
