Vor gut 45 Jahren, im Jahr 1970, nutzten Forscher der University of Pennsylvania die damals besten verfügbaren Informationen, um ein Modell für die Entwicklung einer pulmonalen Sauerstofftoxizität abzuleiten. <sup>1,2</sup> Als Messgröße verwendeten sie die Abnahme der Vitalkapazität (VC) (VC ist das Luftvolumen, das eine Person bei vollen Lungen ausatmen kann). Die Daten stammten aus Höhen- und hyperbaren Expositionen, bei denen Sauerstoffpartialdrücke (PO<sub> 2</sub> ) zwischen normoxisch (0,2 bar, 0,2 atm) und 0,5 bar erzeugt wurden, aus Expositionen auf Meereshöhe gegenüber 83 % O <sub>2 </sub> über 50 Stunden und gegenüber 98 % O <sub>2</sub> über 72 Stunden, aus hyperbaren Expositionen gegenüber Luft bei 5 bar (PO <sub>2</sub> = 1 bar) über 48 Stunden und gegenüber hyperbarem Sauerstoff (PO <sub>2 </sub> = 2 bar) über 12 Stunden. Anhand dieser Daten wurde die Exposition gegenüber jeglichem PO₂ als äquivalente Anzahl von Minuten mit 100 % Sauerstoff ( O₂ ) bei 1 bar, der sogenannten pulmonalen Toxizitätsdosis (UPTD), beschrieben. Mit jeder UPTD-Anzahl war eine mediane Abnahme der Vitalkapazität (VC) verbunden.
Das UPTD-Modell passte, wie alle Modelle, nicht exakt zu den Daten, schien aber gut zu passen. Die Anzahl der UPTD-Fälle nach einer Exposition wurde wie folgt definiert:
Die Exposition gegenüber zwei verschiedenen PO₂ -Konzentrationen während eines Tauchgangs konnte zu einer kumulativen Dosis addiert werden. Expositionen mit zeitlichem Abstand, beispielsweise ein Tauchgang gefolgt von einer Dekompressionsbehandlung, waren schwieriger zu beurteilen; das UPTD-Modell konnte eine teilweise Erholung nicht berücksichtigen.
Seit 1970 wurden zahlreiche Studien durchgeführt. Spulen wir vor.
- Die Gruppe an der University of Pennsylvania, die das UPTD-Modell vorschlug, sammelte weiterhin Daten aus Überdruckkammern zur Entwicklung einer pulmonalen Sauerstofftoxizität. Die US Navy Experimental Diving Unit (NEDU) stellte fest, dass die Ergebnisse für PO₂- Werte von 1,5 bis 2,5 bar deutlich von den UPTD-Vorhersagen abwichen. Tatsächlich passte das Modell nur gut zu der Studie mit PO₂ = 2 bar, die zur Entwicklung des UPTD-Modells verwendet wurde (nicht aber zu einer späteren Studie mit PO₂ = 2 bar), sowie zu Daten mit PO₂ = 1,5 bar.
- Forscher der Duke University zeigten, dass die zugrunde liegende Lungenschädigung je nach PO2 -Exposition unterschiedlich ist, obwohl die Anzeichen und Symptome über einen großen PO2 -Bereich hinweg ähnlich sind . Daher kann nicht erwartet werden, dass ein einziges Modell für alle PO2 -Werte geeignet ist.
- Es gibt keine „Einheitsdosis“, die mit der Zeit multipliziert werden könnte, um den Effekt über alle PO₂- VC-Änderungen hinweg näherungsweise als Funktion der Zeit für PO₂ < 1,5 bar zu bestimmen, ⁴ aber näherungsweise als Funktion des Quadrats der Zeit für höhere PO₂- Werte.⁴, ⁶
- Die US Navy Treatment Table 6 (TT6) enthält 633 UPTDs. Diese führen voraussichtlich zu einer medianen Abnahme der Vitalkapazität (VC) von 2 %, einer vernachlässigbaren Veränderung. Allerdings zeigten 7 von 18 gesunden Probanden, die einer TT6-Exposition unterzogen wurden, eine Abnahme der VC zwischen 8 % und 12 %, die 1 bis 3 Tage anhielt. Auch Veränderungen anderer Lungenfunktionsparameter waren bei diesen drei und einem weiteren Taucher auffällig. Einer der Taucher berichtete von leichten Symptomen. UPDTs liefern also kein vollständiges Bild.
- Da Veränderungen der Vitalkapazität (VC) erst bei Schwellungen des Lungengewebes und/oder Flüssigkeitsansammlungen in einigen Alveolen (interstitielles und/oder pulmonales Ödem) nachweisbar sind, sind andere Marker der pulmonalen Sauerstofftoxizität, die bei Exposition gegenüber niedrigem Sauerstoffpartialdruck ( PO₂ ) früher auftreten, wie beispielsweise Symptome, vorzuziehen. UPTDs korrelieren nicht mit Symptomen oder anderen Veränderungen der Lungenfunktion.
- Wir benötigen ein Modell, das die Erholung miteinbezieht, wenn wir die „pulmonale O2 -Dosis“ über mehrere Tauchgänge und/oder Dekompressionsbehandlungen hinweg beurteilen wollen.
Die Wissenschaft entwickelt sich durch die Aufstellung von Modellen und Hypothesen, die zunächst anhand eines Datensatzes, dann mit neuen Daten erneut getestet und entweder widerlegt oder bestätigt werden. Das UPTD-Modell, das 1970 vielversprechend erschien, wurde durch spätere Erkenntnisse widerlegt. Es ist an der Zeit, dass die Tauchgemeinschaft die Erkenntnisse der letzten 40 Jahre berücksichtigt. UPTD-Werte sind kein sinnvolles Messinstrument.
Referenzen
- Clark JM und Lambertsen CJ. Pulmonale Sauerstofftoleranz beim Menschen und Ableitung von Kurven der pulmonalen Sauerstofftoleranz , Bericht Nr. 1-70 des Instituts für Umweltmedizin, Universitätsklinikum der University of Pennsylvania, 1970.
- Bardin H und Lambertsen CJ. Eine quantitative Methode zur Berechnung der kumulativen pulmonalen Sauerstofftoxizität: Verwendung der Unit Pulmonary Toxicity Dose (UPTD) , Institute for Environmental Medicine Report Nr. 4-70, University of Pennsylvania Medical Center, 1970.
- Clark JM, Lambertsen CJ, Gelfand R, Flores ND, Pisarello, JB, Rossman, MD und Elias JA. Auswirkungen einer verlängerten Sauerstoffexposition bei 1,5, 2,0 oder 2,5 ATA auf die Lungenfunktion bei Männern (Vorhersagestudien V), Appl. Physiol. 86 (1): 241–259, 1999.
- Shykoff BE. Leistungsfähigkeit verschiedener Modelle zur Vorhersage von Veränderungen der Vitalkapazität durch Atmung hoher Sauerstoffpartialdrücke , NEDU TR 07-13, Navy Experimental Diving Unit, Oktober 2007. http://archive.rubicon-foundation.org/6867
- Demchenko IT, Welty-Wolf KE, Allen BW und Piantadosi CA. Ähnlich, aber nicht gleich: Normobare und hyperbare pulmonale Sauerstofftoxizität – die Rolle von Stickstoffmonoxid. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 293: L229–L238, 2007.
- Arieli, R. Sauerstofftoxizität als Funktion von Zeit und PO 2 , Basic and Clin. Physiol. and Pharmacol . 5 (1): 67–87, 1994.
- Shykoff BE. Pulmonale Auswirkungen der hyperbaren Exposition gemäß Tabelle 6 der US-Marinebehandlung , NEDU TR 08-04, Navy Experimental Diving Unit, März 2008. http://archive.rubicon-foundation.org/7967
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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.
