APEX Höhenphysiologische Expeditionen
Höhere Lagen stellen den Taucher vor besondere Herausforderungen. Der geringere atmosphärische Druck an der Oberfläche eines Bergsees wirkt sich auf die Tiefenmesser der Taucher aus, ebenso wie das Süßwasser, das eine geringere Dichte hat als im Meer (Wienke, 1993). Wenn der Taucher dann aus der Tiefe aufsteigt, ist die Veränderungsrate beim Absinken des Umgebungsdrucks viel größer als beim Auftauchen von einem Tauchgang im Meer (Smith, 1976). Diese Faktoren müssen kompensiert werden, da sonst bei Tauchgängen, die im Meer als relativ sicher gelten, im Körpergewebe des Tauchers reichlich Blasen aus Inertgas entstehen können, was zu einer Krankheit führt, die als Dekompressionskrankheit (DCS) bezeichnet wird und im Volksmund als „Taucherkrankheit“ bekannt ist. Die Dekompressionskrankheit kann von einem leichten Hautausschlag über zunehmende Schwere bis hin zu Lähmungen und Tod reichen. Nach Gribble (1960) wurde eine mögliche Höhenkrankheit erstmals von Schrotter im Jahr 1906 erwähnt, obwohl das Boycott und Haldane zugeschriebene Zitat von diesem Autor nicht gefunden wurde (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Ungeachtet dessen scheint es sich bei der „Höhenkrankheit“ um eine moderne Krankheit zu handeln, was bedeutet, dass wir wahrscheinlich noch viel mehr lernen müssen, bevor wir die beteiligten Mechanismen vollständig verstehen.
Fizzyologie
Wenn ein Taucher absteigt, erhöht sich der Druck, der den Taucher umgibt. Dieser Anstieg wirkt sich nicht auf Taucher aus, die starre „atmosphärische“ Anzüge tragen, aber die meisten von uns, die flexible Tauchkleidung tragen, kompensieren den erhöhten Druck, indem sie den Druck des Gases, das sie einatmen, erhöhen. Abgesehen von geringfügigen witterungsbedingten Schwankungen entspricht der Umgebungsluftdruck auf Meereshöhe ungefähr einer Atmosphäre, in zehn Metern Meerestiefe sollte der Druck zwei Atmosphären betragen, und für jede weiteren zehn Meter Tiefe kommt eine weitere Atmosphäre hinzu. Dank der Entwicklung des SCUBA Atemreglers durch Emile Gagnan und Jacques Cousteau wird das komprimierte Gas, das ein Taucher in der Tiefe einatmet, mit einem Druck abgegeben, der dem Umgebungsdruck entspricht. Auf diese Weise muss der Taucher sein Gas nicht von einem viel niedrigeren Druck auf einen höheren Druck „saugen“ (und deshalb können wir nicht einfach einen langen Schnorchel verwenden). Der Druck wird durch das Tauchgerät „reguliert“, das den Umgebungsdruck misst.
Das Einatmen von Gas bei erhöhtem Druck löst ein Problem (die Zufuhr von Gas in die Lungen), aber während das Blut dieses Gas durch den Körper transportiert, bewegt sich das Gewebe des Tauchers auf natürliche Weise auf ein Gleichgewicht mit dem neuen Umgebungsdruck zu, indem es das Gas absorbiert. Wenn der Taucher später zu einem viel niedrigeren Druck aufsteigt, z. B. an der Oberfläche, haben diese Gewebe nun einen höheren Druck an gelöstem Gas als der umgebende Luftdruck, und dieses Gas bewegt sich erneut in Richtung Gleichgewicht, diesmal durch Verlassen des Gewebes (Lenihan & Morgan, 1975). Es wird allgemein angenommen, dass die Geschwindigkeit dieser Bewegung in Richtung Gleichgewicht, d. h. die Größe der Differenz zwischen dem Gewebedruck und dem Umgebungsdruck, weitgehend für die Entstehung von Blasen im Gewebe eines Tauchers verantwortlich ist. Das Prinzip ist vergleichbar mit dem Öffnen einer Dose Limonade: Wenn man die Dose plötzlich öffnet, sprudelt die Limonade aufgrund der plötzlichen Differenz zwischen dem gelösten Druck und dem Umgebungsdruck. Wenn Sie die Dose langsam öffnen, sprudelt die Limonade nicht so stark, weil die Veränderung allmählich erfolgt. Wenn Sie in einem Verkehrsflugzeug geflogen sind, in dem der Luftdruck in der Kabine normalerweise viel niedriger ist als am Boden, haben Sie dann bemerkt, dass Ihre Limonade ungewöhnlich sprudelnd war? Das lag wahrscheinlich an dem noch größeren Unterschied zwischen dem Druck des gelösten Gases in der Limonade (normalerweise etwa 1,5 Atmosphären) und dem Umgebungsdruck in der Kabine. Dies entspricht einer der Hauptsorgen eines Tauchers in großer Höhe: der erhöhte Unterschied zwischen dem Druck des in seinem Gewebe gelösten Gases nach einem Tauchgang und dem (viel niedrigeren) Umgebungsdruck an der Oberfläche des Bergsees. Diese erhöhten Druckunterschiede werden erst ab einer Höhe von 300 m bedenklich (NOAA, 2001).
Beliebtheit des Höhentauchens.
Es gibt viele Gründe, warum Menschen in großen Höhen tauchen: Suche nach bestimmten Objekten wie Flugzeugen aus dem Zweiten Weltkrieg, Training, wenn das Meer unwirtlich oder zu weit entfernt ist, um praktisch zu sein, wissenschaftliche Forschung oder einfach nur zum Spaß. Bei der letzten Zählung im Jahr 2008 gab es 30 Tauchunternehmen, die in den Telefonbüchern von Johannesburg in einer Höhe von mehr als 1 500 m inserierten, und 53, die in den Telefonbüchern von Colorado in einer Höhe von mehr als 1 500 m inserierten (Buzzacott & Ruehle, 2009). Die Universität von Kalifornien führt in Lake Tahoe, in einer Höhe von 1.890 m (6.200 ft), ein wissenschaftliches Tauchtraining durch (Bell & Borgwardt, 1976), und die bolivianische Marine unterhält an den Ufern von Tiquina, in 3.810 m (12.500 ft), eine Tauchschule.
Für manche ist die Herausforderung des Tauchens in der Höhe der Zweck. Im Jahr 1968 stellte ein Team unter der Leitung von Jacques Cousteau den Rekord für Höhentauchen im Titicacasee in einer Höhe von 3.810 m (12.500 Fuß) auf. In den 1980er Jahren unternahm ein amerikanisches Team eine Reihe von Tauchgängen in den südamerikanischen Anden in einer Höhe von 5.928 m (19.450 ft) (Leach, 1986). 1988 führte ein Team der Tauchschule der indischen Marine in Cochin, Südindien, zahlreiche Trainingstauchgänge im Pykara-Stausee in den Nilgiri-Bergen auf 2134 m durch, bevor es 22 Tauchgänge im Manasbal-See (7,000ft, 2134m), 16 Tauchgänge in Leh (11,000ft, 3,353m) und schließlich Tauchgänge in 14,200ft (4,328m), im Pangong Tso See im Norden des Ladakh Staates im Himalaya (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). Wie es sich für eine Expedition gehört, litten einige Mitglieder der Truppe an Unterkühlung, Kopfschmerzen oder Bewusstlosigkeit. Die britische Expedition zum Khumbu-Gletscher in der Everest-Region des Himalaya hatte 1989 keine derartigen Probleme, als sie 18 Eistauchgänge im Gokyo Tsho auf 4.785 m (15.700 Fuß) und acht Eistauchgänge im Donag Tscho auf 4.877 m (16.000 Fuß) durchführte, wobei sie durch 1,2 m dickes Eis bis auf fast 30 m Tiefe vordrang (Leach, McLean, & Mee, 1994). Der Rekord am Lago Lincancabur wurde seit den 1980er Jahren mehrmals überboten (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), ist aber noch aktuell, und heutzutage taucht die bolivianische Marine dort alle paar Jahre (H. Crespo, persönliche Mitteilung, 2010). Die Schule in Tequina hat vor kurzem eine neue Überdruckkammer erhalten, hat sich zum Ziel gesetzt, ihre Mischgastauchkapazitäten erheblich zu erweitern und ist nach Meinung des Autors in der Lage, neue Tiefen im Titicacasee zu erreichen, unerforschte Höhlen zu kartieren, Artefakte von präinkaischen Zivilisationen zu bergen, die unser Verständnis der präkolumbianischen Geschichte revidieren werden, die menschliche Physiologie in Umgebungen zu beobachten, die bisher nicht erträglich waren, und eine Fauna zu erfassen, die der Wissenschaft bisher unbekannt ist.
Methoden der Kompensation
Tauchtabellen sind eine tabellarische Matrix von Tiefen und Zeiten, die sich auf Schätzungen der resultierenden Drücke nach dem Tauchgang innerhalb einer Reihe von theoretischen Geweben beziehen. Wenn ein Taucher zu lange in einer zu großen Tiefe bleibt, wird der Druck in seinem Gewebe so hoch, dass er nicht mehr sicher an die Oberfläche aufsteigen kann. Er muss auf dem Weg nach oben „dekomprimieren“, da sich sonst zu viele Blasen bilden. Natürlich muss nicht nur die Gasmenge im Gewebe begrenzt werden, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der sich der Umgebungsdruck ändert, wenn er fällt. Je schneller die Änderungsrate, desto niedriger die Grenzwerte (kürzere Zeiten und/oder geringere Tiefen). Daher ist jede Tabelle auf eine maximale Aufstiegsgeschwindigkeit ausgelegt, die von der Höhe abhängig ist. Moderne Taucher verlassen sich auf persönliche Tauchcomputer, um Echtzeit-Grenzwerte zu generieren, und diese Computer verwenden einen maßgeblichen Algorithmus, um abzuschätzen, wie viele Minuten in der jeweiligen Tiefe, in der sich der Taucher befindet, noch verbleiben können. Diese Algorithmen sind, wie auch die Algorithmen zur Erstellung von Tauchtabellen, von Tauchcomputerhersteller zu Tauchcomputerhersteller unterschiedlich. Nicht nur die Algorithmen unterscheiden sich (und sie sind oft urheberrechtlich geschützt, was einen Vergleich erschwert), die Tauchcomputer unterscheiden sich auch in anderer Hinsicht, z. B. in der Häufigkeit, mit der die Zeitlimits für einen Taucher berechnet werden. Ein Modell kann die verbleibende Zeit einmal pro Sekunde berechnen, während ein anderes Modell die verbleibende Zeit alle zehn Sekunden berechnet. Auch andere Sicherheitsmechanismen unterscheiden sich von Modell zu Modell, wie z. B. der Aufstiegsalarm, der bei Überschreiten der (vom Algorithmus des jeweiligen Tauchcomputers erlaubten) maximalen Aufstiegsgeschwindigkeit einen regelmäßigen Piepton abgibt. Viele Tauchcomputer arbeiten auch mit einer variablen Aufstiegsgeschwindigkeit, die in größeren Tiefen einen schnelleren Aufstieg ermöglicht und den Taucher dann dazu zwingt, seinen Aufstieg in der Nähe der Oberfläche zu verlangsamen, da die Änderungsrate exponentiell ansteigt. Die Debatte zwischen den Befürwortern der konstanten Aufstiegsrate, die ursprünglich von einem Wissenschaftler namens Hill empfohlen wurde, und der variablen Aufstiegsrate, die ursprünglich von Haldane empfohlen wurde, ist als „Hill vs. Haldane-Kontroverse“ bekannt (Marroni, 2002).
Natürlich darf man nicht vergessen, dass die Ursachen der Dekompressionskrankheit noch nicht bewiesen sind. Die Beweise sind überzeugend, aber die wissenschaftlich bewiesene Verbindung bleibt schwer zu finden. Wir glauben, die Mechanismen der Blasenbildung und die Ursachen der Dekompressionskrankheit zu verstehen, aber viele der Annahmen, die zur Vorhersage unserer Grenzwerte herangezogen werden, beruhen auf empirischen Versuchen und Fehlern, bei denen Grenzwerte vorhergesagt und dann nach dem Einsatz im Wasser nach unten korrigiert wurden. Dementsprechend gibt es heute eine Vielzahl von Algorithmen, die auf unterschiedlichen physiologischen und physikalischen Annahmen über menschliches Gewebe, Blasen und die kinetische Gastheorie beruhen. Für Sporttauchgänge im Meer führen diese verschiedenen Algorithmen in der Regel zu ähnlichen Vorhersagen der Zeitlimits für jede Tiefe, abzüglich eines kleinen Anteils der zulässigen Gesamtzeit. So erlauben die meisten Tauchcomputer und Tabellen einem Taucher, seinen ersten Tauchgang des Tages auf 30 m für 16-25 Minuten zu machen (die meisten erlauben etwa 20 Minuten). Einige gehen dann davon aus, dass das Inertgas während einer Oberflächenpause zwischen den Tauchgängen schneller ausgewaschen wird, und andere verhängen höhere Zeitstrafen für Tauchgänge, die durchgeführt werden, wenn der Taucher bereits Restgas von früheren Tauchgängen übrig hat. Das Ergebnis ist, dass sich die Algorithmen in vielerlei Hinsicht unterscheiden, und auch die Art und Weise, wie sie Tauchgänge in großer Höhe kompensieren, ist unterschiedlich (Egi & Brubank, 1995).
Kompensationsmechanismen
Die wohl gängigste Methode zur Anpassung von Tabellen für die Verwendung in großer Höhe ist die Umrechnung der maximalen Tiefe, die ein Taucher zu erreichen plant, in eine „äquivalente Meerestauchtiefe“ (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), was eine Möglichkeit ist, die erlaubte Zeit zu reduzieren, indem das Zeitlimit aus einer größeren Tiefe verwendet wird. Diese Methode ist als „Haldane-Methode“ (Hennessy, 1977) bekannt, die später von der US-Marine als „Cross-Korrektur“ bezeichnet wurde, nachdem E.R. Cross die Methode 1967 und erneut 1970 gefördert hatte (Egi & Brubank, 1995). Je höher die Höhe, desto mehr addiert ein Taucher zu seiner geplanten tatsächlichen Tiefe, wenn er nach seinem Limit sucht. Ein Beispiel: Ein Taucher plant eine Tiefe von 18 m. Um seine Grenze zu finden, wird er die 18-Meter-Grenze auf Meereshöhe, die 21-Meter-Grenze auf 5000 Fuß und die 27-Meter-Grenze auf 10.000 Fuß Höhe betrachten (Bell & Borgwardt, 1976). Es gibt jedoch eine Reihe anderer theoretischer Möglichkeiten, Tauchtabellen auf Meereshöhe für die Verwendung in der Höhe anzupassen, und noch mehr Möglichkeiten, die von persönlichen Tauchcomputern genutzt werden. In einer kürzlich durchgeführten Studie (Buzzacott & Ruehle, 2009) wurde die Reihenfolge einer Reihe von Tauchcomputern, die danach geordnet waren, wie konservativ sie auf Meereshöhe waren, in einer Höhe von 10.000 Fuß umgekehrt, so dass der konservativste Tauchcomputer auf Meereshöhe zum großzügigsten in der Höhe wurde und der großzügigste auf Meereshöhe zum konservativsten in der Höhe.
Schlussfolgerung
Freizeittauchen in der Höhe birgt zusätzliche Risiken im Vergleich zum Tauchen auf Meereshöhe und erfordert eine zusätzliche Ausbildung für Freizeittaucher. Beim Dekompressionstauchen ist noch nicht geklärt, welche Methode am besten geeignet ist, um die bestehenden Dekompressionspläne für die Verwendung in der Höhe anzupassen. Dementsprechend ist jedes Team, das eine signifikante Dekompressionsbelastung in der Höhe plant, gut beraten, einen Tauchphysiologen mit Erfahrung im Höhentauchen zu konsultieren. Darüber hinaus sollten alle Taucher akzeptieren, dass die Annahmen, die diesem Modell zugrunde liegen, ungeprüft oder unbewiesen sein können und dass viele Dekompressionstauchgänge in großer Höhe sogar als experimentell angesehen werden können, unabhängig davon, welcher Tauchplan gewählt wird. Einige Tabellen wurden zum Beispiel in Wasser bis zu einer bestimmten Höhe getestet und sind jenseits dieser Höhe nicht bewiesen (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Um das Risiko einer Taucherkrankheit zu minimieren, sollten nach Möglichkeit zusätzliche prophylaktische Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. ein geeignetes Trainingsprogramm vor dem Tauchgang, die Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff in das Atemgemisch, die Entfernung von Inertgas aus dem Atemgemisch, Wärme während der Dekompression zur Förderung der peripheren Durchblutung, eine Referenz für die Aufstiegsgeschwindigkeit, wie z. B. eine beschwerte Leine oder ein hängendes Trapez, eine horizontale Körperhaltung, damit der natürliche Auftrieb der Lungen die maximale Oberfläche für den Gasaustausch fördert, und sofortige Hilfe nach dem Tauchgang zur Verringerung der Arbeitsbelastung des Tauchers.
Tauchen in der Höhe kann eine Menge Spaß machen, eine Herausforderung sein, und es gibt viele gute Gründe, in Bergseen zu tauchen. Aber Vorsicht: Tauchen in der Höhe verzeiht weniger, wenn man einen Fehler macht. Eine einfache Sache wie ein klemmender Knopf am Tarierjacket kann dich schnell nach oben bringen, und im Meer würdest du eher damit durchkommen als in den Bergen. Wenn dann noch Komplikationen hinzukommen, wie z. B. die Überquerung eines Gebirgspasses, um ins Krankenhaus zu gelangen, kann eine relativ unbedeutende Kurve sehr schnell sehr unangenehm werden, und niemand möchte am Ende vom Hals abwärts gelähmt sein.
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von Peter Buzzacott