Atmen beim Tauchen

Tauchen stellt aufgrund mangelnder Luftzufuhr und erhöhten Drucks auf den Körper Probleme für die Atmung dar. Der Gesamtdruck auf den Körper unter Wasser entspricht der Summe aus Wasserdruck (98 kPa oder 735 mm Hg pro 10 m Tiefe) und Atmosphärendruck (an der Wasseroberfläche).

Beim Tauchen kann man ein spezielles Schnorchel (A) verwenden, aber dies erhöht das Atemtotraumvolumen der Lungen, was das Atmen erschwert. Auch muss bei jedem Einatmen zusätzliche Belastung durch den Wasserdruck auf Brust und Bauchraum überwunden werden.

Die Tiefe, in der ein Schnorchel verwendet werden kann, ist begrenzt, da 1) bei Verwendung eines zu engen und langen Schnorchels das Atemtotraumvolumen oder der Atemwegswiderstand unannehmbar zunehmen können und 2) in großer Tiefe der Wasserdruck das Einatmen verhindert. Der maximale Unterdruck beim Einatmen beträgt -11 kPa, was 112 cm Wassersäule entspricht. In einer Tiefe von mehr als 112 cm wird die Atmung daher aufgrund der Gefahr einer hypoxischen Anoxie (A) unmöglich.

Für das Atmen in großen Tiefen (bis zu 70 m) ist Tauchausrüstung – „Scuba“ [von engl. self-contained underwater breathing apparatus – Unterwasser-Atemgerät] erforderlich. Der Luftdruck beim Einatmen (aus einem gasdichten Zylinder) wird automatisch an den Wasserdruck angepasst, so dass der Taucher mit normaler Anstrengung atmen kann.

Allerdings erhöht der zusätzliche Wasserdruck den Partialdruck des Stickstoffs (PN2) (B), was zu einer hohen Stickstoffkonzentration im Blut führt. Der Druck in 60 m Tiefe ist etwa 7-mal höher als an der Oberfläche. Beim Aufstieg an die Oberfläche wird der zusätzliche Stickstoff in Form von Gasblasen aus dem Blut freigesetzt. Daher muss der Taucher langsam auftauchen, damit der überschüssige Stickstoff aus den Lungen ausgeschieden werden kann. Zu schnelles Auftauchen führt zum Auftreten von Stickstoffblasen im Gewebe (was Schmerzen verursacht) und im Blut, wo sie zu Durchblutungsstörungen und Verstopfungen kleiner Blutgefäße führen können. Dies wird als Taucherkrankheit (oder Dekompressiouskrankheit) bezeichnet (B). In Tiefen von 40 bis 60 m kann ein Zustand der Euphorie (Stickstoffnarkose) eintreten, auch „Tiefenrausch“ genannt. In Tiefen von 75 m und mehr kann eine Sauerstoffvergiftung auftreten.

Beim Tauchen ohne spezielle Ausrüstung (durch Luft-anhalten) steigt der CO2-Partialdruck im Blut an, da das gebildete CO2 nicht ausgeatmet wird. Wenn ein bestimmter CO2-Partialdruck erreicht ist, lösen die Chemorezeptoren das Gefühl der Luftnot aus, das dem Taucher signalisiert, dass es Zeit ist, an die Oberfläche zurückzukehren.

Tieftauchen ohne Ausrüstung

Um die Auftauchzeit zu verzögern, kann man den CO2-Partialdruck im Blut durch Hyperventilation vor dem Abtauchen senken. Erfahrene Taucher bereiten sich so darauf vor, länger unter Wasser bleiben zu können. Die Veränderung des alveolaren Partialdrucks im Zeitverlauf und die Richtung des Gasaustauschs während des Tauchens (10 m Tiefe; 40 s Dauer) sind in Bild B dargestellt: Hyperventilation vor dem Abtauchen senkt den CO2-Partialdruck (dicke grüne Linie) und erhöht den O2-Partialdruck (rote Linie) geringfügig in den Alveolen (und im Blut). Das Abtauchen in 10 m Tiefe verdoppelt den Druck auf Brust und Bauchraum. Infolgedessen steigt der Partialdruck der Gase (CO2, O2) in den Alveolen stark an. Die erhöhten Mengen an CO2 und O2 diffundieren aus den Alveolen in das Blut. Sobald der O2-Partialdruck im Blut einen bestimmten Wert erreicht, erhält der Körper das Signal, an die Oberfläche aufzusteigen. Wenn der Taucher in diesem Moment auftaucht, sinken der O2-Partialdruck in den Alveolen und im Blut schnell ab (O2-Verbrauch + Druckabfall), und der Alveolenaustausch von O2 endet.

An der Wasseroberfläche erreicht der O2-Partialdruck einen akzeptablen Wert. Wenn der Taucher vor dem Abtauchen übermäßig hyperventiliert, kann das Signal zum Auftauchen zu spät kommen, und der O2-Partialdruck kann auf 0 (Anoxie) fallen, bevor der Mensch die Wasseroberfläche erreicht, was zu Bewusstlosigkeit und Ertrinken führen kann (B, unterbrochene Linie).

Barotraumata

Der erhöhte Druck beim Tauchen führt zur Kompression von luftgefüllten Organen wie Lungen und Mittelohr. Das Gasvolumen in ihnen verringert sich auf die Hälfte der Norm bei einem Tauchgang in 10 m Tiefe und auf ein Viertel bei 30 m Tiefe.

Das fehlende Luftvolumen in den Lungen wird beim Gebrauch von Scuba-Ausrüstung automatisch ausgeglichen, aber nicht in den Mittelohren. Das Mittelohr und der Rachen sind über die Eustachische Röhre verbunden, die nur zu bestimmten Zeiten (z.B. beim Schlucken) oder gar nicht (z.B. bei Pharyngitis) geöffnet ist. Wenn der Volumenverlust im Ohr beim Tauchen nicht ausgeglichen wird, dehnt der steigende Wasserdruck im äußeren Gehörgang das Trommelfell, was Schmerzen und sogar einen Trommelfellriss verursachen kann. Kaltes Wasser kann dann in das Mittelohr eindringen und das Gleichgewichtsorgan schädigen, was zu Übelkeit, Schwindel und Desorientierung führt. Dies lässt sich vermeiden, indem man Luft aus den Lungen in das Mittelohr presst, indem man die Nase zuhält und den Mund geschlossen hält.

Luft in luftgefüllten Organen dehnt sich aus, wenn der Taucher an die Oberfläche aufsteigt. Ein zu schnelles Auftauchen, d.h. ohne regelmäßiges Entlüften, kann zu Komplikationen wie Lungenverletzungen und Pneumothorax sowie potenziell tödlichen Blutungen und Verstopf