Was ist eigentlich der Partialdruck?

Um das zu verstehen, muss man sich die Zusammensetzung der Luft, die wir einatmen, etwas näher anschauen. Sie besteht aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 1% Argon und etwa zu 0,04% aus Kohlenstoffdioxid. Auf Meereshöhe beträgt der Luftdruck in etwa 1013 hPa (Hektopascal). Das heißt, der Sauerstoff-Partialdruck beträgt 21% von 1013 hPa, also 212 hPa. Für den Kohlenstoffdioxid-Partialdruck ergibt sich somit ein Wert von rund 0,40 hPa (0,04% von 1013 hPa). Die Summe aller Partialdrücke entspricht dem Gesamtdruck der Luft (siehe Dalton-Gesetz).

Mithilfe sogenannter Rezeptoren (Fühler) wird der CO2 -und O2-Gehalt in unserem Blut ständig überwacht. Dabei werden die aktuellen Werte fortlaufend gemessen und im Atemzentrum mit den Sollwerten verglichen. Fällt der O2-Partialdruck (PO2) in das arterielle Blut ab wird die Atmung verstärkt um den PO2 im Blut wieder anzuheben. Die Veränderungen des Partialdrucks des CO2 (PCO2) oder des pH Werts führen ebenfalls zu einer Anpassung der Atemarbeit mit dem Ziel, die Werte von PO2, PCO2 und pH wieder auf ihre Sollwerte zurückzuführen. Diese Chemorezeptoren regulieren somit die Atmung. Diesen automatischen Mechanismus können wir nur bedingt willentlich Steuern, z.Bsp. wenn wir die Luft anhalten. Doch irgendwann steigt der PCO2 so stark an, dass wir zwangsläufig Einatmen müssen. Doch diesen Zeitpunkt des Atemreizes/Atemreflexes kann ich manuell beeinflussen, durch Hyperventilation.

Was genau bewirkt die Hyperventilation?

Durch das schnelle und flache Atmen vor dem Tauchen wird Kohlenstoffdioxid vermehrt ausgeatmet. Normalerweise liegt der Kohlenstoffdioxid-Partialdruck bei etwa 53 mbar. Durch das Hyperventilieren wird dieser gesenkt. Wie stark hängt von der Intensität und der Dauer des Hyperventilierens ab. Für die folgende Grafik nehmen wir an, der Apnoetaucher hat seinen Kohlenstoffdioxid-Partialdruck auf etwa 25 mbar halbiert. Angenommen, der Apnoist bewegt sich sehr stark beim Tauchen, deswegen fällt auch der Sauerstoff-Partialdruck rasch. Bei diesem Partialdruck liegt die kritische Grenze bei ca. 40 mbar. Wird diese Grenze unterschritten, tritt die Bewusstlosigkeit auf Grund von Sauerstoffmangel ein.

Was ist das Essoufflement und was hat das mit dem Tauchen zu tun?

Definition:
Als Essoufflement (frz. Atemlosigkeit, Kurzatmigkeit) wird eine oft beim Tauchen auftretende Störung bezeichnet, die letztlich in eine Kohlenstoffdioxidvergiftung (Hyperkapnie) führt und schwerwiegende Störungen bis hin zur Bewusstlosigkeit münden kann.

Abhängig von der Tauchtiefe (erhöhter Umgebungsdruck) und gegebenenfalls einem zu engen Taucheranzug steigt der Atemwiderstand an. Der Taucher muss sich also stärker anstrengen, um sich ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen. Dies führt zu einer Ermüdung der Atemmuskulatur und die Atmung wird flacher. Der Körper reagiert auf höhere Anstrengungen mit einer erhöhten Atemfrequenz und der Taucher verfällt in eine Tachypnoe. Bedingt durch die zunehmende Atemfrequenz bei einer gleichzeitig flacher werdenden Atmung kann Kohlendioxid (CO2) nicht mehr vollständig abgeatmet werden. Kohlendioxid ist der Bestandteil der Atemluft, der den Atemreiz auslöst bzw. verstärkt. Die Atmung verschiebt sich mehr und mehr in den Bereich des inspiratorischen Reservevolumens, also in den Bereich, der zwischen normaler und tiefer Atmung liegt. Die Sauerstoffaufnahme wird reduziert, gleichzeitig steigt die CO2-Konzentration im Blut an und der pH-Wert des Blutes sinkt ab. Es kommt zu Vergiftungserscheinungen: Kopfschmerzen, Lufthunger, Schwindel, Übelkeit und Bewusstseinstrübungen, zuletzt Bewusstlosigkeit, die unter Wasser ohne entsprechende Rettungsmaßnahmen zum Tod führen können.

Auslöser

• große Tauchtiefe
• ein zu enger Taucheranzug
• schlecht eingestellte, gewartete oder defekte Atemregler
• große körperliche Anstrengung, z. B. durch Strömung
• Panikreaktion oder Angstzustand
• Kälte
• psychische Belastung/Stress

Symptome

• Lufthunger
• Luft kann nicht für einige Sekunden angehalten werden
• deutlich erhöhte Atemfrequenz
• Kopfschmerzen
• Schwindel
• Übelkeit
• Bewusstlosigkeit

Gegenmaßnahmen

Neben einer den Gegebenheiten angepassten und vollständig funktionsfähigen Tauchausrüstung ist eine möglichst präzise Vorbereitung und Planung jedes Tauchgangs die wichtigste Maßnahme, um einem Essoufflement vorzubeugen. Dabei sollte ein besonderes Augenmerk auf alle Stressfaktoren wie starke Strömung, Kälte oder Dunkelheit gelegt werden. Ein ausführliches Briefing vor dem Tauchgang hilft ebenfalls, Stress und unnötige Anstrengung während des Tauchgangs zu vermeiden.

Ebenso ist zu vermeiden:

• das 2-4sec. Luftanhalten zwischen den Atemzügen um vermutlich Atemluft in der Druckluftflasche einzusparen ist teilweise immer noch Praxis und ein Irrglaube, denn irgendwann kommt es zu einer „Sauerstoffschuld“ oder „Lufthunger“ und der Organismus wird jetzt durch eine erhöhte Atemfrequenz diese Sauerstoffschuld regulieren!

Bei dem Essoufflement kann es dabei zu dem Hering-Breuer-Reflex oder Lungendehnungsreflex kommen. Dies ist ein Schutzreflex, der die Lunge vor einer Überdehnung und dem Platzen der Lungenalveolen schützen soll. Der Hering-Breuer-Reflex dient dabei nicht der Aufrechterhaltung einer rhythmischen Atmung, er hilft mit, die Atemtiefe den jeweiligen Bedingungen anzupassen. Aber darauf sollte man sich nicht verlassen, dass eine „Selbstregulierung“ eintritt!