Block 1 · Grundlagen der Dekompression
Wie dein Körper Gase aufnimmt und wieder loswird
Einleitung
Dieser Block schafft die Basis für alle weiteren Themen: Wie gelangt Inertgas in den Körper, wie wird es wieder abgegeben, und warum benutzen wir mathematische Modelle (z.B. Bühlmann), um Aufstiegsprofile zu planen? Dabei geht es nicht um Formeln, sondern um Zusammenhänge und die Relevanz für die Praxis. Wir arbeiten mit den Kernideen der Bühlmann-Modelle (Kompartimente, Halbwertszeiten, M-Werte) und deren Modifizierung durch Gradient Factors. Du wirst verstehen, wie man sie anwenden kann – und auch, wo Grenzen und Unsicherheiten liegen.
Bevor wir uns der Dekompression widmen, vorab eine kurze Erinnerung an die ganz grundlegenden Gasgesetze.
Sättigung und Entsättigung
Sobald du abtauchst, steigt der Umgebungsdruck und damit auch der Partialdruck der Inertgase im Atemgas. In der Lunge diffundiert Inertgas ins Blut, und wird von dort durch den gesamten Körper transportiert. Wenn der Inertgasdruck im Blut höher ist als in den umliegenden Geweben, diffundiert das Gas in die Gewebe - ist der Inertgasdruck im Blut niedriger, kommt es wieder aus den Geweben hinaus und kann in der Lunge den Körper verlassen.
Sättigung: Was passiert unter Druck?
Das grundlegende Prinzip von Sättigung und Entsättigung ist das Gesetz von Henry. Wenn Gas an eine Flüssigkeit grenzt, oder unterschiedliche Gewebe aneinander, wird sich der Gasdruck auf beiden Seiten mit der Zeit angleichen. Beim Abtauchen steigt der Umgebungsdruck, dadurch auch der Stickstoff-Partialdruck im Atemgas. Das führt zu einer verstärkten Aufnahme von Inertgas im Körper. Beim Aufstieg sinkt der Druck wieder – das Gas muss den Körper verlassen. Diesen Prozess kannst du in der Animation genauer anschauen.
Gewebekompartimente und Halbwertszeiten
In der Realität haben verschiedene Gewebe sehr unterschiedliche Sättigungs- und Entsättigungsgeschwindigkeiten.
Das lässt sich nicht für jedes Organ einzeln berechnen. Deshalb arbeiten Modelle mit künstlichen „Kompartimenten“:
Sie ordnen Halbwertszeiten zu, die zusammen das gesamte Spektrum menschlicher Gewebe abdecken.
Die Halbwertszeit beschreibt, wie lange ein Kompartiment benötigt, um sich zur Hälfte an eine neue
Drucksituation anzupassen. Beispiel: 5-Minuten-HWZ → nach 5 min 50 %, nach 10 min 75 %, nach 15 min 87,5 %.
Das heute gebräuchlichte Modell, der Bühlmann-Algorithmus ZHL16-C, rechnet mit 16 unterschiedlichen Modellgeweben mit Halbwertszeiten zwischen 5 und 635 Minuten. Wie die Sättigung in diesen Geweben über einen bestimmten Zeitraum verläuft, kannst du im nächsten Tool anschauen.
Sättigung eines Modellgewebes
Wir haben jetzt die einzelnen Bausteine: Gewebe sättigen, sie tun das unterschiedlich schnell, und wenn der Druck nachlässt, entsättigen sie wieder.
Um den Prozess der Entsättigung zu beschreiben und über die Grenzen der Übersättigung zu diskutieren, hilft dieser Plot. Hier werden Sättigung und vor allem die Entsättigung eines Modellgewebes anschaulich gemacht.
Teil 1: Wie ist der Plot aufgebaut?
Teil 2: Wie kann man die Sättigung und Entsättigung eines Gewebes verfolgen, und über welche Grenzen reden wir?
Mit diesem grundlegenden Bild ist man gut vorbereitet, um im nächsten Abschnitt die Grenzen der Übersättigung in den Blick zu nehmen.
↑ Nach obenGrenzen der Übersättigung: M-Werte und Gradient Factors
Da wir nicht direkt in den Körper schauen können, existieren Dekompressionsmodelle. Diese sollen die Prozesse so genau wie möglich
abbilden und eine plausible Einschätzung des Risikos ermöglichen. Das gebräuchlichste Modell ist der Bühlmann-Algorithmus ZHL-16C,
den wir hier zum Verständnis der Konzepte in den Mittelpunkt stellen.
Wir haben eben schon gesehen, dass die Kernfrage aller Dekompressionstheorie die ist: Wie weit darf ein Gewebe übersättigt sein, bevor das Risiko einer DCS zu hoch wird? Genau darum geht es bei den M-Werten und bei ihrer Modifizierung durch Gradientenfaktoren.
M-Werte
Jedes Modellgewebe hat eine Grenze der tolerierbaren Gasübersättigung. Diese steckt hinter dem M-Wert. Der M-Wert ist der Inertgasdruck, den ein Gewebe bei einem bestimmten Umgebungsdruck "gerade noch verträgt". Wird er überschritten, steigt das Risiko,
dass es zu DCS-Symptomen kommen kann.
Die M-Werte sind für jedes Modelllgewebe unterschiedlich. Das Modell geht davon aus, dass schnelle Gewebe eine höhere Übersättigung tolerieren können als langsame Gewebe.
Und die M-Werte sind tiefenabhängig. Der M-Wert setzt sich immer zusammen aus dem aktuellen Druck plus der tolerierten Übersättigung. Bei einem höheren Umgebungsdruck
sieht das Bühlmann-Modell auch eine höhere tolerierbare Übersättigung vor. Das Modell geht davon aus, dass in der Tiefe ein höherer Überdruck vertragen wird als an Land.
Wie sieht das mit den M-Werten, der Nullzeitgrenze und der Dekompression konkret für ein Modellgewebe aus? Das schauen wir am besten erst mal wieder an unserem Entsättigungsplot an.
Wir haben ja vorhin schon gesehen, dass das Risiko, DCS zu bekommen, größer wird, je weiter ein Gewebe in den Bereich der Übersättigung vordringt. Dabei lässt sich
nie konkret vorhersagen, wann genau es bei einer bestimmten Person zu Symptomen kommt. Man kann nur ein generelles statistisches Risiko bestimmen, und basierend darauf
eine Grenze festlegen. Genau das tun die M-Werte: Sie definieren eine Grenze des akzeptablen Risikos. Auch wenn ein M-Wert eine exakte Zahl ist, auf mehrere Stellen hinter dem Komma genau, steht dahinter keine exakte Grenze. Es handelt sich viel mehr um eine Grenze, die in den schwammigen Bereich
des zunehmenden Risikos scharf eingezeichnet wird.
Diese M-Werte ergeben für jedes Modellgewebe eine M-Linie, die den Aufstieg begrenzt. Wenn das Gewebe nur so weit gesättigt ist, dass beim Aufstieg die M-Linie nicht
überschritten wird, spricht man von einem Nullzeittauchgang. Sobald diese Grenze bei einem direkten Aufstieg überschritten würde, werden Deko-Stopps notwendig, um das Gewebe schon beim Aufstieg wieder
etwas zu entsättigen und damit unter der Linie zu halten. Bei Erreichen der Oberfläche sollte diese Grenze dann nicht mehr überschritten werden.
M-Werte und die Nullzeitgrenze
„Nullzeit“ bedeutet: Bei direktem Aufstieg wird kein M-Wert überschritten. Das eliminiert kein Risiko, hält es aber in einem als
akzeptabel definierten Rahmen.
In unterschiedlichen Tiefen sind es unterschiedliche Gewebe, die zuerst ihre maximale Sättigung erreichen und damit die Nullzeit beenden. In diesem Tool kannst du für jede Tiefe anschauen, welches Gewebe die Zeit begrenzt.
Wenn man sich hier auf verschiedenen Tiefen anschaut, welches Gewebe zuerst einen ktitischen Inertgasdruck erreicht, wird man folgendes feststellen:
Bei tiefen Tauchgängen, 40m, wird die Nullzeit sehr schnell erreicht - und zwar deshalb, weil das schnellste Gewebe seinen M-Wert erreichen würde, wenn man direkt aufsteigt.
Auf moderateren Tiefen verschiebt sich das "Führungsgewebe", also das Gewebe, das seinem M-Wert beim Aufstieg am nächsten kommt. Die schnellsten Gewebe tolerieren eine so hohe Übersättigung, dass sie auf 20m vollständig gesättigt sein können, ohne dass das kritisch wird. Welches Modellgewebe das Führungsgewebe ist verschiebt sich also zu den höheren Nummern.
Die Animation stoppt bei Erreichen der Original Bühlmann M-Werte. Natürlich kann man diese Grenze auch überschreiten - dann muss man beim Aufstieg Stopps einplanen,
um den zu stark übersättigten Geweben Zeit zu geben, wieder ein wenig zu entsättigen. Und natürlich kann man die M-Werte modifizieren und damit die Nullzeitgrenzen verschieben, oder die Dekompression verlängern.
Gradient Factors
Gradientenfaktoren sind ein Weg, die M-Werte zu modizifieren und ein zusätzliches Sicherheitspolster einzubauen.
Um zu verstehen, wie sie funktionieren, schauen wir noch einmal unseren grundlegenden Plot zur Entsättigung eines Modellgewebes an.
Hier sind jetzt unter der originalen M-Linie weitere Linien eingezeichnet: Die modifizierten M-Linien. Wenn man - was heute Konsens ist - die original M-Werte für zu riskant hält, kann man die Übersättigung, die man bereit ist zu akzeptieren, einfach reduzieren. Das passiert mit einem Prozentsatz der Übersättigung - man zieht eine neue Linie bei 80, 60 oder noch weniger Prozent der Übersättigung.
Wenn man bei dieser einfachen verschobenen Linie bleibt, hat man einfach etwas zusätzliche Sicherheit eingebaut. Üblicherweise werden aber zwei Gradientenfaktoren
eingesetzt: GF Low und GF High. Dargestellt wird das z.B. als GF 40/80 - die erste Zahl bezeichnet den GF Low, die zweite den GF High.
Warum wird das gemacht? Diese Praxis geht zurück auf die Vorstellung, dass tiefere Stopps beim Aufstieg sinnvoll seien, um das Blasenwachtum zu kontrollieren.
Wie sinnvoll das ist, diskutieren wir im Block über aktuelle Forschungen.
Wenn man einen niedrigeren GF Low wählt, bewegt man sich während des Aufstiegs langsam von dem niedrigeren zum höheren GF. Der GF Low bestimmt, in welcher Tiefe
der erste Stopp stattfindet, der GF High, mit welcher Übersättigung man die Oberfläche erreicht.
Gradientenfaktoren wählen
Alle Gewebe im Blick: Tauchgangsplanung
Wir haben bis hier in erster Linie angeschaut, was in einem einzelnen Modellgewebe passiert, und daran die Grenzen der Übersättigung definiert.
Dabei rechnet das Modell aber mit 16 Geweben mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften. Wir müssen also bei Aufstieg alle diese Gewebe im Blick haben.
Der Nullzeitfinder hat schon sichtbar gemacht, dass unterschiedliche Gewebe auf verschiedenen Tiefen ausschlaggebend sind. Was zur Bestimmung der Nullzeit gilt, ist auch in der Deko relevant. Welches Gewebe dem M-Wert am nächsten kommt, ändert sich während des Aufstiegs. Wir brauchen einen Weg, um alle Modellgewebe gleichzeitig im Blick zu haben.
Eine solche Visualisierung bieten Heatmaps. Um den Einstieg möglichst einfach zu machen, hier erst mal ein ganz simpler Deko-Planner, bei dem das Profil und eine Heatmap angezeigt werden.
Du kannst eine oder mehrere Tiefen und Zeiten eingeben, dein Atemgas und deine GF wählen. Wenn du dann auf berechnen klickst, bekommst du das Tauchgangsprofil, die Heatmap und eine Runtime.
Die Heatmap zeigt die Sättigung der einzelnen Gewebe in Blautönen. Je dunkler, umso näher kommt der Inertgas im Gewebe dem Zustand der Sättigung. Beim Aufstieg erreichen die Gewebe den Bereich der Übersättigung, der hier in Ampelfarben dargestellt wird. Grün bedeutet dabei, dass der Gradient noch sehr niedrig ist, bei rot sind 100% des M-Wertes erreicht.
Während du zur Planung von Tauchgängen einen echten, validierten Planer nutzen solltest, kannst du hier genau anschauen, was sich verändert, wenn du die Gradientenfaktoren verschiebst.
Um die komplette Tauchgangsplanung geht es in Block 6.
Genug mit dem Planer gespielt? Dann probier doch mal aus, ob du erkennst, welche Profile und Heatmps zusammengehören.