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Wir möchten diesem Artikel eine Stellungnahme von Dr. Simon Mitchell zur Kernaussage dieses Beitrags voranstellen. Wir sind der Ansicht, dass sie die wichtigsten Erkenntnisse des Artikels zusammenfasst und Shearwaters Position zu diesem Thema verdeutlicht:
„Die naheliegende Frage ist, ob wir unseren Tauchcomputern nun vorgaukeln können, mit Luftverdünner zu tauchen, obwohl wir in Wirklichkeit Trimix verwenden. Die Studie beantwortet diese Frage leider nicht. Zwar deutet sie darauf hin, dass es keine Belege für eine unterschiedliche Behandlung von Helium und Stickstoff gibt (wie von Doolette bei Tieren berichtet), doch ist es denkbar, dass der lange vorherrschende Glaube, Helium benötige mehr Dekompression, die Unterschätzung des erforderlichen Dekompressionsbedarfs (um ein akzeptables Risikoniveau zu erreichen) durch die von uns allen verwendeten Dekompressionsalgorithmen kompensiert hat und dass wir zwar die richtige Menge an Dekompression durchführen, aber wahrscheinlich aus dem falschen Grund.“
- Dr. Simon Mitchell
Unser Verständnis der Dekompressionswissenschaft hat sich in den letzten zwei Jahren dank des Dekompressionsphysiologen Dr. David Doolette und seines Teams der Navy Experimental Diving Unit (NEDU) grundlegend gewandelt. Ihr im Mai 2015 veröffentlichter Bericht „Dekompression durch He-N₂-O₂ (TRIMIX)-Bounce-Dives ist nicht effizienter als durch He-O₂ (HELIOX)-Bounce-Dives“ widerlegt eine Annahme über das Tauchen mit Mischgasen, die seit der Entwicklung der ersten praktikablen Heliox-Tabellen durch die NEDU vor fast 80 Jahren weit verbreitet war.
Ihre Ergebnisse: Der Dekompressionsbedarf eines Tauchers beim Oberflächen-Bounce-Tauchen hängt ausschließlich von der Zeit, der Tiefe und dem Sauerstoffgehalt ( PO₂ ) während des Tauchgangs ab, unabhängig vom Anteil an Helium und/oder Stickstoff im Atemgasgemisch. Anders ausgedrückt: Die sogenannte „Heliumstrafe“, also die zusätzlichen Stopps und die längere Dekompressionszeit, die beim Atmen von Heliumgemischen bei einem Oberflächen-Bounce-Tauchgang erforderlich sind, existiert nicht.<1>
Die Schlussfolgerung? Praktisch alle existierenden Tabellen, Tauchcomputer und Dekompressionssoftware, die heute von technischen Tauchern verwendet werden, insbesondere der Buhlmann ZH-L16-Algorithmus, der die Halbwertszeiten von Stickstoff auf das 2,65-fache derjenigen von Helium festlegt, weisen eine veraltete Verzerrung auf, die zu einer zunehmenden Dekompressionszeit führt, je höher der Heliumanteil im Gemisch ist.
Das Problem besteht darin, dass die Heliumstrafe zwar fiktiv ist, die „Tiefenstrafe“ – also die Tatsache, dass die meisten Algorithmen mit zunehmender Tiefe und Dauer des Tauchgangs riskantere Tauchpläne vorschreiben – jedoch real ist. Es gibt jedoch keine zuverlässige Methode, im Voraus zu bestimmen, welche Strafe welche ist, also um welche Strafe sie reduziert werden kann und um welches Ausmaß.
Wie sind wir hierher gekommen?
Die von verschiedenen Algorithmen berechnete zusätzliche Dekompressionszeit beim Atmen eines Heliumgemisches beruht auf der lange vertretenen Annahme, dass Helium, da es leichter als Luft ist, vom Körper schneller aufgenommen wird als Stickstoff (im Fall des Buhlmann-Algorithmus 2,65-mal schneller). Daher schreiben aktuelle Algorithmen einen tieferen ersten Stopp vor (um die Heliumübersättigung in schnell dekomprimierenden Kompartimenten, die Gewebe wie Gehirn oder Rückenmark repräsentieren, abzubauen), was zu einer fortgesetzten Gasaufnahme in langsamer dekomprimierenden Kompartimenten und folglich zu einer verlängerten Gesamtdekompressionszeit führt.
Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass die Helium-Strafe nur ein Mythos ist. In den letzten zwei Jahrzehnten haben Taucher von Global Underwater Explorers (GUE) im Rahmen des Woodsville Karst Plain Project (WKPP) rekordverdächtig lange Höhlentauchgänge in Wakulla Springs und den dazugehörigen Höhlensystemen durchgeführt. CEO und Gründer Jarod Jablonski erklärte mir, dass sie festgestellt hätten, dass ihre benötigte Dekompression weitgehend unabhängig vom verwendeten Heliumanteil sei. Auch andere technische Taucher haben diese Diskrepanz bemerkt; einige manipulieren ihre Tauchcomputer, indem sie einen niedrigeren Heliumanteil eingeben als den im tatsächlich geatmeten Trimix, um ihre Dekompressionszeit zu verkürzen. Dies ist aus den oben genannten Gründen nicht empfehlenswert.
Der entscheidende Hinweis lieferte jedoch eine Tierstudie, die Doolette, Höhlenforscher und Mitglied des WKPP, Anfang der 2000er Jahre an der Universität Adelaide durchführte, bevor er zur NEDU wechselte. Die daraus resultierende Arbeit mit dem Titel „Veränderung des Blutflusses zeigt keine Unterschiede zwischen der Kinetik von Stickstoff und Helium im Gehirn oder im Skelettmuskel von Schafen“ wurde erst im Dezember 2014 veröffentlicht. Sie ergab, dass es in den untersuchten Bereichen keine Unterschiede in der Kinetik von Stickstoff und Helium gab, d. h. in der Aufnahme und Ausscheidung. Der Tippfehler im Titel – „Skelettmuskel“, der „Skelettmuskel“ hätte lauten müssen – wurde wie durch ein Wunder erst nach der Veröffentlichung der Arbeit entdeckt, sehr zum Ärger der Autoren. Die Studie kam zu dem Schluss, dass es unangemessen sei, Stickstoff und Helium in allen Kompartimenten außer den langsamsten, die in einem Dekompressionsalgorithmus verwendet werden, unterschiedliche Zeitkonstanten zuzuordnen.
Helium auf dem Prüfstand
In den letzten Jahren initiierten die kanadische Marine und andere Institutionen, unter anderem aufgrund steigender Heliumkosten, Trimix-Forschungsprogramme und luden die US-Marine zur Teilnahme ein. Die US-Marine nutzte Heliox schon immer als Verdünnungsmittel beim Tauchen mit Mischgas-Kreislauftauchgeräten; sie führt keine Tauchgänge mit Mischgas-Systemen im offenen Kreislauf durch. Doolette, sein Kollege Dr. Wayne Gerth, Leiter des Dekompressionsteams der NEDU, und Keith Gault überzeugten ihre Förderer davon, dass ein Trimix-Programm nur dann sinnvoll sei, wenn Trimix die Dekompressionszeiten im Vergleich zu Heliox deutlich verkürzen würde<2> – eine Behauptung, die nie zuvor überprüft worden war.
Die wenigen Humanstudien, die Nitrox- und Heliox-Tauchgänge auf dieselbe Tiefe verglichen, lieferten widersprüchliche Ergebnisse und keine überzeugenden Beweise für einen Unterschied im Dekompressionsbedarf. Es gab zwar weitere Studien mit Trimix, aber keine war darauf ausgelegt, einen tatsächlichen Effizienzunterschied zwischen Trimix und Heliox nachzuweisen. Doolette und sein Team haben ihre Studie entsprechend konzipiert.
Mithilfe ihres von NEDU entwickelten probabilistischen Dekompressionsmodells LEM (Linear Exponential Multigas) zur Beurteilung des Dekompressionskrankheitsrisikos wählte das Team ein Profil aus – 200 Fuß Wassertiefe (fsw), 40 Minuten Grundzeit –, das den größten Unterschied in den geschätzten Wahrscheinlichkeiten für eine Dekompressionskrankheit zwischen Trimix und Heliox unter einer Reihe von Kandidatenprofilen aufwies, die sowohl für praktische Tests am Menschen als auch operationell relevant waren (d. h. Grundzeit von etwa 20–60 Minuten im Bereich von 150–300 fsw). Das Experiment, das in der Ozeansimulationsanlage (OSF) von NEDU durchgeführt wurde, verlief wie folgt.
Jeder der freiwilligen Taucher im Experiment war mit einem Navy MK-16 Mischgas-Kreislaufgerät und einer Vollgesichtsmaske ausgestattet. Die Kreislaufgeräte wurden mit Trimix 12/44 (12 % Sauerstoff, 44 % Helium, 44 % Stickstoff) oder Heliox 12/88 (12 % Sauerstoff, 88 % Helium) als Verdünnungsgas befüllt. Anschließend tauchten die Taucher ab und wurden auf 61 Meter (200 Fuß) Wassertiefe gebracht, wo sie den 40-minütigen Nasstauchgang auf einem Fahrradergometer absolvierten.
Nach 40 Minuten wurden die Taucher gemäß der Mk-16 - Trimix-Tabelle (siehe Anhang) für 119 Minuten dekomprimiert. Dies war nicht nur 15 Minuten kürzer als der entsprechende Zeitplan für Heliox, sondern ermöglichte auch einen Aufstieg zum ersten Dekompressionsstopp in 70 Fuß Tiefe im Gegensatz zu 90 Fuß bei Heliox. Nach dem Auftauchen wurden die Taucher auf Anzeichen und Symptome der Dekompressionskrankheit (DCS) überwacht.
Laut LEM und der zugehörigen he8n25-Datenbank, die über viertausend Tauchgänge mit Luft, Nitrox, Heliox und einigen Trimix-Tauchgängen umfasst, hatten Taucher mit Trimix als Verdünnungsmittel eine Wahrscheinlichkeit von 2,14 %, eine Dekompressionskrankheit zu erleiden<3>, während die Wahrscheinlichkeit bei Heliox-Tauchern mit 5,56 % mehr als doppelt so hoch war. Wenn ihr Dekompressionsmodell korrekt wäre, d. h., wenn die Dekompression mit Trimix bei Bounce-Tauchgängen „effizienter“ wäre als mit Heliox, würden Doolette et al. in ihrer Studie eine höhere Inzidenz von Dekompressionskrankheit bei Heliox-Tauchgängen im Vergleich zu Trimix-Tauchgängen erwarten.
Die Ergebnisse? Innerhalb von etwa zehn Wochen absolvierten insgesamt 32 Freiwillige 50 Heliox-Tauchgänge ohne Zwischenfälle und 46 Trimix-Tauchgänge, bei denen zwei Fälle von Dekompressionskrankheit diagnostiziert wurden. Daraufhin brachen die Wissenschaftler das Experiment ab. Statistisch gesehen bestätigte dies die Nullhypothese der Forscher: Die Dekompression mit Trimix ist nicht effizienter als mit Heliox. Es bedeutet auch, dass bestehende Algorithmen, einschließlich des Algorithmus der US Navy, veraltet sind und überarbeitet werden müssen.
Laut Doolette wurde zwar nur ein einziges Profil getestet, zumindest teilweise aus Kostengründen, doch ist es unwahrscheinlich, dass die Prüfung eines anderen Profils im relevanten Bereich aufgrund der Funktionsweise von Dekompressionsalgorithmen zu einem anderen Ergebnis geführt hätte. Die Ergebnisse sollten auch für das Tauchen mit offenem Kreislauf gelten.
Die NEDU arbeitet derzeit an der Überarbeitung der Algorithmen der Marine, um die neuen Erkenntnisse zu berücksichtigen. Dies wird voraussichtlich eine Anpassung der Modellhalbwertszeiten für Stickstoff und Helium in Kompartimenten bis zu 100–200 Minuten oder mehr erfordern, was laut Doolette ein langwieriger Prozess ist. „Die gesamte Dekompressionsforschung verläuft so. Eine schnelle Selbstkorrektur ist selten möglich, wie in diesem Fall. Es hat lange gedauert, bis Buhlmanns Gaskonzepte korrigiert wurden“, sagte er.
Was bedeutet das alles also für technische Taucher?
Im Großen und Ganzen bedeutet dies, dass technische Taucher wahrscheinlich Heliox, das mittlerweile wohl Trimix überlegen ist, als bevorzugtes Verdünnungsmittel für Kreislauftauchgänge einsetzen werden, während bei Tieftauchgängen mit offenem Kreislauf (gibt es die überhaupt noch?) aufgrund der Heliumkosten wahrscheinlich weiterhin Trimix verwendet wird. Interessanterweise ist dies eine Vorhersage, die der weitsichtige Forscher und Ingenieur Dr. Bill Stone bereits in seinem Artikel „The Case for Heliox: A Matter of Narcosis and Economics“ (Januar 1992) in aquaCORPS #4 MIX getroffen hat.
„Zusammenfassend“, schrieb Stone, „dreht sich die Debatte um Heliox versus Trimix derzeit um die Kostenabwägungen, die mit den Ineffizienzen des offenen Kreislauftauchsystems in der Tiefe einhergehen. Schließlich als
Die dringlichere Frage ist natürlich: „Welchen Algorithmus werden Taucher für ihre Dekompressionsberechnungen mit Helium-Sauerstoff verwenden?“ Die aktuellen Mk-16 MOD 1-Tabellen der US Navy, die im Tauchhandbuch der US Navy veröffentlicht sind, stellen eine Möglichkeit dar, doch wie bereits erwähnt, enthält die aktuelle Version einen Helium-Zuschlag. Taucher müssen daher warten, bis NEDU oder andere Institutionen wie die Duke University einen korrigierten Algorithmus veröffentlichen und dieser anschließend von den Tauchcomputerherstellern implementiert wird.
Das wird leider nicht von heute auf morgen geschehen. „Aufgrund der Finanzierungszyklen wird es voraussichtlich zwei bis drei Jahre dauern, bis dieses Werk öffentlich zugänglich ist“, erklärte Doolette.
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Michael Menduno
<1> Im Gegensatz dazu wurde nachgewiesen, dass die Dekompression nach einem Heliox-Sättigungstauchgang weniger Zeit in Anspruch nimmt als nach einem Nitrox-Sättigungstauchgang, da der Stickstoff länger braucht, um aus den sehr langsamen Gewebekompartimenten zu entweichen, die die Dekompression bei Sättigungstauchgängen steuern.
<2> Heliox ist Trimix in anderer Hinsicht beim Tauchen mit Kreislauftauchgeräten überlegen, z. B. tritt keine Narkose auf, die Atemarbeit ist geringer und die kühlenden thermischen Eigenschaften von Helium spielen beim Tauchen mit Kreislauftauchgeräten keine Rolle. Ein möglicher Grund für die Verwendung von Stickstoff im Verdünnungsgas ist die Linderung eines möglichen Hochdruck-Nervensyndroms (HPNS) bei sehr tiefen Tauchgängen, im Allgemeinen jenseits von 150 m.
<3> Die Tabellen für das MK-16 MOD 1 Kreislauftauchgerät der US Navy sind ISO-Risikotabellen. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Dekompressionskrankheit für alle Zeitpläne gleich ist und auf etwa 2 % festgelegt wird. In den meisten Tabellen und Tauchcomputerplänen steigt das Risiko, das nicht explizit angegeben wird, proportional zur Dekompressionszeit. Darüber hinaus weisen die meisten Tabellen einen optimalen Bereich auf, in dem das Risiko minimal ist.
<4> Stones Team tauchte während seines bahnbrechenden Wakulla Springs-Projekts von 1987, das von Air Products gesponsert wurde, mit offenem Heliox-Kreislauf.
