Ein Gaswechsel, der schaden kann: isobare Gegendiffusion in der Praxis

Bei einem Tauchgang mit Helium gibt es einen Moment, der ganz gewöhnlich aussieht: Stopp, Tiefe prüfen, der Buddy bestätigt die Flasche, du nimmst den Atemregler der Stage in den Mund und atmest das neue Gas. Das übst du seit deinem ersten Dekokurs. Und doch kann genau in diesem Moment ein Problem beginnen, das kein Computer anzeigt: die isobare Gegendiffusion, kurz ICD (vom englischen isobaric counterdiffusion).

Das Thema gilt oft als akademisch, und verschiedene Ausbildungsprogramme behandeln es sehr unterschiedlich. Reilly Fogarty von DAN (Divers Alert Network, einer Organisation für Sicherheit und Tauchmedizin) hat es im Magazin InDEPTH in einem Text beschrieben, der 2020 zu den meistgelesenen Artikeln des Magazins gehörte. Unten geben wir die wichtigsten Schlüsse in unseren Worten wieder und ergänzen Beispiele mit Zahlen.

Was ist das eigentlich?

Zuerst zwei Begriffe. Inertgas ist der Teil des Atemgemischs, den der Körper nicht verbraucht: Stickstoff und Helium. Sie lösen sich unter Druck in den Geweben und sind für die Dekompression verantwortlich. Trimix ist ein Gemisch aus Sauerstoff, Helium und Stickstoff, und Nitrox (EAN) ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff mit mehr Sauerstoff als in Luft.

„Isobar“ bedeutet „bei gleichem Druck“. „Gegendiffusion“ ist das Eindringen zweier Gase in entgegengesetzte Richtungen. Also: Die Tiefe ändert sich nicht, aber ein Inertgas dringt in die Gewebe ein, während das andere sie verlässt. Das passiert jedes Mal, wenn du von einem Gemisch mit viel Helium auf ein Gemisch mit viel Stickstoff wechselst (oder umgekehrt).

Das Problem: Die Gase bewegen sich nicht gleich schnell. Helium diffundiert etwa 2,65-mal schneller durch Gewebe als Stickstoff. Wenn in einem Gewebe kurzzeitig mehr Stickstoff hineingeht, als Helium es verlassen kann, steigt die Summe der gelösten Inertgase, obwohl du die Tiefe nicht änderst. Das Gewebe kann vorübergehend in einen Zustand der Übersättigung geraten, also mehr Gas enthalten, als es bei diesem Druck „sollte“. Und aus Übersättigung entstehen Blasen.

Zwei Arten von ICD

Oberflächliche ICD (an der Haut). Sie betrifft das Gas, das den Körper umgibt. Das Atemgas spielt dabei keine Rolle. Klassisch beschrieben wurde sie bei Sättigungstauchern, die Luft oder ein Gemisch mit wenig Helium atmeten, in einer Kammer voller Heliox (Sauerstoff mit Helium). Helium aus der Umgebung drang schnell durch die Haut ein, Stickstoff ging langsam hinaus, und die Folge waren manchmal schmerzhafte, gerötete Hautveränderungen. Beim Sport- und Tec-Tauchen ist das eher Theorie, aus diesem Grund rät man aber davon ab, Helium in den Trockentauchanzug zu füllen. Helium isoliert außerdem schlecht, dir wäre also ohnehin kalt. Argon, das manche Taucher für bessere Isolierung in den Trockentauchanzug füllen, diffundiert langsamer, das hier beschriebene Szenario trifft darauf also nicht zu (der Quellartikel geht darauf nicht ein).

Tiefe ICD. Mit ihr hat ein Tech-Taucher tatsächlich zu tun. Sie tritt auf, wenn du auf ein Atemgas mit einem anders „schnellen“ Inertgas wechselst: vom Travel-Nitrox auf das Trimix-Bodengas beim Abstieg oder vom Trimix-Bodengas auf Deko-Nitrox beim Aufstieg. So entstandene Blasen können Hautjucken und danach Gelenkschmerzen verursachen, und in den letzten Jahren bringt man sie vor allem mit der Dekompressionskrankheit des Innenohrs in Verbindung (IEDCS, vom englischen inner ear decompression sickness).

Warum gerade das Ohr?

Das Innenohr ist ein kleines, flüssigkeitsgefülltes Organ für Hören und Gleichgewicht. Das Modell von Doolette und Mitchell aus dem Jahr 2003 zeigt, dass der Gasaustausch hier ungewöhnlich verläuft: über die Flüssigkeiten des Ohrs und eine begrenzte Durchblutung, über das runde Fenster (die Membran zwischen Innen- und Mittelohr) fast gar nicht. Nach dem Wechsel von einem heliumreichen Gas auf ein Gas mit viel Stickstoff kann der Zustrom von Stickstoff kurzzeitig größer sein als der Abtransport von Helium. Schon eine kurze Übersättigung reicht, damit Blasen entstehen und wachsen. Dieser Mechanismus erklärt gut die Fälle von Innenohr-DCS, die nach Gaswechseln bei technischen Tauchgängen beschrieben wurden.

Symptome, auf die du nach einem Gaswechsel und nach dem Tauchgang achten solltest, sind vor allem Schwindel (Drehgefühl), Übelkeit und Erbrechen, Ohrgeräusche, schlechteres Hören und Gleichgewichtsprobleme. Solche Symptome darfst du nicht „aussitzen“: Sauerstoff, Kontakt zu DAN und zu einem Zentrum für Hyperbarmedizin.

Was sagt die Forschung?

ICD als einzige Ursache einer DCS herauszufiltern ist schwierig, weil bei jedem Tauchgang viele Faktoren gleichzeitig wirken. Trotzdem ergeben mehrere Studien ein stimmiges Bild. In einer Arbeit von 1977 erhöhte bei Ziegen, die unter einem Druck von 5 Atmosphären gesättigt waren, der Austausch von Stickstoff gegen Helium bei gleichem Druck die Zahl der Blasen. Das deutet darauf hin, dass das Phänomen schon in Tiefen auftreten kann, die man vom Sporttauchen kennt. Bei der französischen Sättigungsmission Hydra V bekamen Taucher eine DCS nach dem Wechsel von einem Gemisch aus Wasserstoff, Helium und Sauerstoff auf schneller diffundierendes Heliox. Andere Modelle unterscheiden sich in Details, eines haben sie aber gemeinsam: Das Problem entsteht durch eine vorübergehende Übersättigung der Gewebe direkt nach dem Gaswechsel.

Wie du Gaswechsel planst

Fogarty betont, dass die konkreten Mechanismen zum Teil theoretisch sind, vorsichtige Planung aber wenig kostet: manchmal eine etwas längere Dekompression. In der Praxis:

• Plane Gaswechsel so, dass die Übersättigung klein bleibt. Manche Forscher schlugen vor, den Wechsel von Helium auf Stickstoff als akzeptabel zu betrachten und den umgekehrten nur mit Rekompression zu machen, was auf einem Boot kaum umsetzbar ist. Doolette und Mitchell empfahlen, Wechsel von Trimix auf Nitrox beim Aufstieg zu begrenzen oder sie auf einer Tiefe zu planen, auf der die Übersättigung möglichst gering ist.
• Begrenze Wechsel von heliumreichem auf heliumarmes Gas, so weit es das Risiko zulässt, das du akzeptierst.
• Vergrößere die Reserve mit Tiefe und Grundzeit, denn dann sind die Gewebe stärker gesättigt.
• Wähle die vorsichtigere Option, wenn sie kein neues Risiko mit sich bringt.

Die einzige konkrete Zahl im Artikel ist die Empfehlung des britischen Verbands BSAC: Der Anstieg des Stickstoffpartialdrucks (PN₂) beim Gaswechsel soll nicht größer als 0,5 bar sein. Der Partialdruck ist der „Anteil“ eines Gases am Umgebungsdruck: Gasanteil mal absoluter Druck. Mike Rowley, ehemaliger Leiter der technischen Sektion von BSAC, merkt an, dass das ein Richtwert ist und 0,7 bar keine Katastrophe bedeutet. Es gibt auch andere Regeln, etwa die sogenannte Fünftelregel (meist so beschrieben, dass der Anstieg des Stickstoffanteils ein Fünftel des Rückgangs des Heliumanteils nicht übersteigen soll) oder das Rechnen mit getrennten Gewebekompartimenten für Helium und Stickstoff. Laut Fogarty fehlen aber Belege, dass eine dieser Regeln Unfälle tatsächlich verhindert.

Wir haben einige typische Wechsel durchgerechnet (Umgebungsdruck: 1 bar + 1 bar pro 10 m):

Der direkte Wechsel von Trimix 15/55 (15% Sauerstoff, 55% Helium, 30% Stickstoff) auf EAN50 auf 21 m hebt PN₂ von 0,93 auf 1,55 bar, also um 0,62 bar. Bei Trimix 10/70 erreicht der Sprung 0,93 bar. Ein Bodengas mit weniger Helium (18/45) oder ein heliumhaltiges Zwischengas, z. B. Trimix 35/25 auf 27 m und erst danach EAN50, verteilt denselben „Sprung“ auf kleinere Schritte. Beachte auch, dass ΔPN₂ von der Tiefe abhängt: Derselbe Unterschied im Gasanteil ergibt flacher einen kleineren Anstieg. Diese Beispiele sollen das Prinzip zeigen. Als fertiger Plan taugen sie nicht: Die Gaskonfiguration wählst du immer mit einem Tauchlehrer und einer Planungssoftware.

Glossar

• ICD (isobare Gegendiffusion): Eindringen zweier Inertgase in entgegengesetzte Richtungen bei konstantem Druck, z. B. nach einem Gaswechsel.
• Inertgas: Stickstoff oder Helium im Atemgemisch; löst sich in den Geweben und bestimmt die Dekompression.
• Trimix X/Y: Gemisch mit X% Sauerstoff und Y% Helium; der Rest ist Stickstoff.
• EAN50: Nitrox mit 50% Sauerstoff, ein typisches Dekogas.
• Partialdruck (PN₂): der Teil des Umgebungsdrucks, der auf ein bestimmtes Gas entfällt (Anteil × absoluter Druck).
• Übersättigung: Zustand, in dem im Gewebe mehr Gas gelöst ist, als dem Umgebungsdruck entspricht; begünstigt Blasen.
• IEDCS: Dekompressionskrankheit des Innenohrs (Schwindel, Ohrgeräusche, Hörminderung, Gleichgewichtsstörungen).
• Heliox: Gemisch aus Sauerstoff und Helium.

Willst du Gaswechsel unter Anleitung eines Tauchlehrers üben?

Gemischplanung, Gaswechsel und Dekompression mit Helium sind der Kern der Kurse für technisches Tauchen. Bei Long Deco lernst du das Schritt für Schritt:

• PADI Tec 40: der Einstieg ins Dekompressionstauchen,
• PADI Tec 45 und Tec 50: tiefere Tauchgänge und mehrere Dekogase,
• PADI Tec Trimix 65: die ersten Tauchgänge mit Trimix und die Planung von Gaswechseln,
• PADI Tec Trimix Diver: voller Trimix und Tauchgänge unterhalb von 65 m.

Mehr dazu, was das Risiko der Dekompressionskrankheit beeinflusst, liest du im Beitrag Dekompression ohne Geheimnisse. Schreib uns, wir helfen dir, den passenden Kurs für deine Erfahrung zu finden.

Quelle: Reilly Fogarty (DAN), Isobaric Counterdiffusion in the Real World, InDEPTH, 6. Mai 2020, Artikel bei InDEPTH. Im Artikel zitierte Arbeiten: Lambertsen 1989; D’Aoust et al. 1977; Rostain et al. 1987; Doolette und Mitchell, J Appl Physiol 2003; 94(6): 2145-50; Burton 2004.

Grafiken und Berechnungen: Long Deco. Der Text dient der Bildung und ersetzt weder eine Ausbildung noch die Beratung durch einen Tauchmediziner.