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Gasdichte

Menschen haben in Tiefen bis zu nahezu 700m relativ komfortabel überlebt und dabei Gas mit einer Dichte eingeatmet, die mehr als 12 Mal so hoch ist wie die der Oberflächenluft. Aber trotz ihrer Fähigkeit, unter extremen Bedingungen zu funktionieren, können geringfügige Unterschiede bei der Gasauswahl in jeder Tiefe Tauchgänge zulassen oder verhindern. Jahrzehntelang haben Taucher Wege gefunden, die Auswirkungen des Drucks auf den Körper zu mildern, ohne sie zu verstehen. Neue Forschungen helfen dabei, die menschliche Leistungsfähigkeit in schwierigen Umgebungen zu erklären und evidenzbasierte Praktiken zu entwickeln, um unser Risiko im Wasser zu minimieren.

Die Gasdichte ist einer der unbekannten Mechanismen an der Spitze der hyperbaren Forschung. In einem kürzlich erschienenen Papier (ab Seite 70) von Gavin Anthony und Simon Mitchell werden akademische Forschung und Tauchen mit einem neuen Verständnis des Gasbedarfs und der Frage, wie die Gasdichte Taucher gefährden oder zu ihrer Sicherheit beitragen kann, zusammengeführt.

Auswirkungen der Gasdichte

Die Gasdichte ist ein einfaches Konzept mit einer komplexen, aber ergiebigen Lösung für zwei Faktoren, mit denen Taucher konfrontiert sind: die Arbeit der Atmung (WOB) und die Beseitigung von Kohlendioxid (CO₂). Die Gasdichte ist ein Mass für die Masse pro Volumeneinheit in Gramm pro Liter (g/L, g*L^-1), während die WOB ein Integral des Drucks als Funktion des Volumens ist, das normalerweise in Kilopascal (kPa) oder Joule pro Liter (j/L) gemessen wird. Ein hoher WOB bedeutet, dass es mehr Anstrengung erfordert, einen Atemzug zu nehmen, und eine zunehmende Gasdichte bedeutet, dass es mehr Anstrengung erfordert, dieses Gas zu bewegen. Eine Erhöhung des WOB führt zu einer erhöhten CO₂-Produktion und einer verringerten Fähigkeit, Frischgas einzuatmen, was das zweite Problem noch verstärkt: CO₂-Produktion und -Rückhaltung. Hohe Partialdrücke von arteriellem CO₂ (PaCO₂) können zu Narkose, Hyperkapnie und Bewusstseinsverlust führen. Anstrengung (oder mechanisches Versagen in einem Rebreather) kann diese Zustände ebenfalls verursachen, aber die Gasdichte wirkt sich auf einen zweiten Mechanismus aus, der die Situation noch verschlimmert.

Der Mechanismus, der das CO₂ aus dem Blut entfernt, funktioniert durch einen Druckgradienten zwischen dem Partialdruck von eingeatmetem CO₂ (PiCO₂) und PaCO₂. PaCO₂ ist typischerweise zwei Grössenordnungen grösser als PiCO₂ (5,2 x 10^-2 Atmosphären Absolutdruck (ATA) gegenüber ~ 3,9 x 10^-4 ATA), was eine schnelle Diffusion von CO₂ aus dem Blut in den Lungenfilter und aus dem Körper heraus ermöglicht. Die Erhöhung von PiCO₂ durch eine erhöhte Gasdichte verringert diesen Gradienten und reduziert die Fähigkeit des Körpers, CO₂ zu eliminieren, was die Symptome der CO₂-Rückhaltung weiter verschlimmert.

Arbeiten unter Wasser

Ausrüstung, Atemfrequenz und viele andere Faktoren können die WOB beeinflussen. Die Unterschiede in der Ausrüstung sind in der Regel gering, und Taucher neigen dazu, mit anderen relevanten Faktoren umzugehen, bevor sie ins Wasser gehen, so dass die Taucher in vielen Situationen mit der Gasdichte als primärem Modifikator der WOB und als Brennpunkt für hyperbare Forscher zu kämpfen haben. Diese Experten stellen zunehmend fest, dass die Auswirkungen der Tiefe weitreichender sind als bisher verstanden, und viele schlagen vor, dass es vielleicht an der Zeit ist, neu zu überdenken, wie und was wir atmen wollen.
 

Anthony und Mitchell stellten fest, dass sowohl Rebreather- als auch Open-Circuit-Taucher ein gefährliches Mass an CO₂ zurückhielten, als ihre Atemgasdichte 6,0 g/L erreichte (normale Luft beträgt etwa 1,293 g/L bei 1 ATA). Frühere Studien ergaben, dass die CO₂-Rückhaltung während Anstrengungen bei 6,8 ATA (8,79 g/L) dazu führte, dass zwei Personen aus einem nassen Topf (einer mit Wasser gefüllten und unter Druck gesetzten Überdruckkammer, um eine bestimmte Tiefe zu simulieren) gerettet werden mussten, weil sie aufgrund der CO₂-induzierten Entkräftung keine Selbstwahrnehmung der Symptome hatten. Um das Problem weiter zu komplizieren, fanden Christian Lambertsen und seine Kollegen heraus, dass bei nur 4 ATA - dem Druck, den wir bei 3 Meter Meerwasser (msw), wo die Luftdichte etwa 5,17 g/L beträgt, erfahren würden - der maximale Ausatmungsgasfluss und die Beatmungsrate fast halb so hoch waren wie bei 1 ATA. Die Beweise scheinen darauf hinzuweisen, dass die Gasdichte nicht nur die Entwicklung und Beseitigung von WOB und CO₂, sondern auch unsere Fähigkeit, Gas effektiv zu atmen und auszutauschen, stark beeinflusst.

Anthony und Mitchell fassen ihre Forschung zusammen, indem sie eine ideale Gasdichte von 5,2 g/L empfehlen, mit einem absoluten Maximum von 6,2 g/L. Diese Zahlen entsprechen dem Lufttauchen bei 31 msw bzw. 39 msw.

Diese Grenzwerte stimmen mit den Sporttaucher-Grenzwerten überein und verringern die maximale Einsatztiefe (MOD) vieler gängiger Gase erheblich. Nitrox 32 (EANx 32) bei 34 msw und 40 msw führt zu Dichten von 5,6 g/L bzw. 6,54 g/L, die sowohl empfohlene als auch harte Grenzwerte überschreiten. Gängige technische Gase wie Trimix 18/35 und Trimix 10/70 unterliegen den gleichen Einschränkungen. Trimix 18/35 erreicht volle 6,0 g/L bei nur 61 msw mit einem pO₂ von nur 1,26 (mit einer typischen MOD von 90 msw), und Trimix 10/70 erreicht  beeindruckende 6,73 g/L bei 121 msw und bei seiner MOD von 151 msw einen beachtlichen Wert von 10,29 g/L, was weit über die maximalen Empfehlungen und die 8,79 g/L-Marke hinausgeht, die in der Studie von Dan Warkander und Kollegen die Rettung von Tauchern aus einem nassen Topf erforderte.

Die Lösung

Helium scheint die unmittelbare Lösung für Taucher zu sein, die sich über WOB und damit zusammenhängende medizinische Probleme (Immersionspulmonalödem, CO₂-Rückhaltung usw.) Sorgen machen, sowie für technische Taucher, die sogar normale Tauchgänge in moderaten Tiefen durchführen. Helium ist siebenmal weniger dicht als Stickstoff und verbessert auch die Schwere der Narkose, bringt aber eine Reihe neuer Hindernisse mit sich, darunter die Bedenken hinsichtlich der erweiterten Dekompression, der Kosten und des neurologischen Hochdrucksyndroms (HPNS).

Die Realität sieht so aus, dass die Gasdichte ein weiterer in einer Reihe dynamischer Risikofaktoren ist, mit denen sich Taucher aller Stufen auseinandersetzen müssen. Der Gasdichte muss zukünftig wie DCS berücksichtigt werden. Minderung der Gefahren durch persönliche Fitness, verringerte Arbeit in der Tiefe und angemessene Tauchgangsplanung hat in der Vergangenheit funktioniert und wird auch weiterhin funktionieren.

Daher müssen wir unsere Gase sorgfältig mischen und planen sowie alles über die menschliche Leistungsfähigkeit unter Druck lernen, was wir können.

Einen einfachen Gasdichte-Rechner (von Brendon Allen) findest du hier

Eine erweiterte Version für Rebreather-Taucher findest du hier

Persönliche Note: Wer seine END bisher immer konservativ im Bereich 20...25m geplant hat, wird mit dieser Problematik wohl auch weiterhin nicht gross konfrontiert.
Stelle sicher, dass dein pO₂ und die END in Ordnung sind. Wenn du glaubst das richtige Gas gewählt zu haben, berechne zur Sicherheit die Gasdichte in der Zieltiefe und stelle sicher, dass diese auch das in Ordnung ist. Wenn dies nicht der Fall ist, füge deinem Gemisch etwas mehr Helium bei.