Hyperkapnie beim Rebreather-Tauchen – kann man lernen, sie rechtzeitig zu erkennen?

Michael Mutter
vor 7 Tagen
4 Min. Lesezeit

Hyperkapnie gehört zu den gefährlichsten Problemen beim Rebreather-Tauchen. Ein erhöhter CO₂-Spiegel kann zu Atemnot, kognitiven Einschränkungen und Desorientierung führen. Gleichzeitig erhöht CO₂ durch die gesteigerte Hirndurchblutung die Sauerstoffexposition des Gehirns und damit möglicherweise das Risiko einer ZNS-Sauerstofftoxizität. Hinzu kommt ein narkotischer Effekt von CO₂, der unabhängig von einer Stickstoffnarkose auftreten oder sich mit dieser verstärken kann.

Das eigentliche Problem: Hyperkapnie ist unter Wasser nicht zuverlässig messbar – und ihre Symptome sind nicht immer eindeutig.

Eine aktuelle randomisierte Studie untersuchte deshalb eine für Rebreather-Taucher interessante Frage: Kann man durch eine kontrollierte Hyperkapnie-Erfahrung lernen, einen späteren CO₂-Anstieg früher zu erkennen?

Marmorera-See. Bildvorlage: Karin Aggeler

Woher kommt die Hyperkapnie beim Rebreather?

Beim CCR wird das ausgeatmete Gas wiederverwendet. Das entstehende CO₂ wird im Scrubber gebunden. Ein Versagen oder eine falsche Bepackung des Scrubbers kann deshalb zu einer CO₂-Rückatmung führen. Hyperkapnie kann beim Tauchen aber auch ohne Scrubberproblem entstehen. Erhöhte Atemarbeit und körperliche Belastung können dazu führen, dass die Ventilation nicht ausreichend auf den steigenden CO₂-Spiegel reagiert. Dabei bestehen erhebliche individuelle Unterschiede. Manche Taucher neigen stärker zur CO₂-Retention als andere. Das ist wichtig, weil die heute verfügbaren technischen Systeme dieses Problem nur teilweise erfassen.

Ein Temperaturstick im Scrubber kann Hinweise auf die Aktivität beziehungsweise ein mögliches Versagen des Atemkalks geben. Eine praktikable, erschwingliche Unterwasser-Kapnographie zur direkten Erfassung des CO₂ im Atemgas existiert bislang aber nicht.

Kann man sich auf die Symptome verlassen?

Typische Symptome sind unter anderem Atemnot, Benommenheit, Wärmegefühl, Schwindel und Übelkeit. Das Problem dabei: diese können bei körperlicher Belastung auch ohne Hyperkapnie auftreten. Die Symptome einer beginnenden Hyperkapnie können deshalb leicht als normale Reaktion auf Anstrengung oder erhöhten Atemwiderstand fehlinterpretiert werden. Die Autoren wollten deshalb wissen, ob das bewusste Erleben einer Hyperkapnie einen Taucher später sensibler für diese Symptome macht.

Das Studiendesign

Untersucht wurden 40 gesunde Taucher zwischen 18 und 55 Jahren. Die Erfahrung reichte von wenigen Tauchgängen bis zu 2'000 Tauchgängen. Allerdings waren nur vier Teilnehmer zertifizierte CCR-Taucher. Alle Teilnehmer erhielten zunächst schriftliche Informationen über Hyperkapnie und deren typische Symptome. Danach wurden sie randomisiert (zufällig) auf zwei Gruppen verteilt.

Die erste Gruppe erhielt zusätzlich eine kontrollierte, bewusst wahrgenommene Hyperkapnie-Exposition. Dabei atmeten die Teilnehmer aus einem modifizierten Rebreather ohne CO₂-Scrubber. Die CO₂-Konzentration stieg progressiv an, bis ein endtidaler CO₂-Partialdruck (PETCO₂, am Ende der Ausatmung) von 8,5 kPa (64 mm Hg) erreicht wurde oder die Symptome nicht mehr toleriert wurden. Die zweite Gruppe erhielt lediglich die schriftlichen Informationen.

Der simulierte Tauchgang

Mindestens einen Monat später folgte ein verblindeter simulierter Tauchgang. Die Teilnehmer wurden erneut randomisiert: 30 wurden einer Hyperkapnie ausgesetzt, 10 atmeten als Kontrollgruppe weiterhin Raumluft. Niemand wusste, welcher Gruppe er angehörte.

Die Probanden fuhren mit leichter Belastung auf einem Fahrradergometer und mussten über eine VR-Brille vorbeischwimmende Orcas zählen. Bei der Hyperkapnie-Gruppe wurde unbemerkt auf einen geschlossenen Rebreather-Kreislauf ohne CO₂-Scrubber umgeschaltet. Dadurch wurde das eigene CO₂ rückgeatmet und der CO₂-Spiegel stieg langsam an. Sobald die Teilnehmer Symptome einer Hyperkapnie bemerkten, sollten sie selbständig auf Bailout wechseln. Wer dies bis zu einem PETCO₂ von 8,5 kPa nicht tat, erhielt eine Warnung über das virtuelle HUD.

Die Resultate

Von den Tauchern mit vorheriger Hyperkapnie-Erfahrung führten 13 von 15 – also 87 % - selbständig einen Bailout durch. In der Gruppe, die Hyperkapnie lediglich aus dem Informationsblatt kannte, waren es 10 von 15 – also 67 %. Der Unterschied von 20 Prozentpunkten war bei dieser kleinen Teilnehmerzahl jedoch statistisch nicht signifikant (P = 0,149).

Zwei Teilnehmer der Trainingsgruppe und fünf Teilnehmer der Informationsgruppe benötigten erst die Aufforderung über das HUD. Danach führten alle den Bailout korrekt durch.

Interessant ist auch die Kontrollgruppe: Keiner von ihnen führte fälschlicherweise einen Bailout durch. Es gab also keine irrtümmlichen, nicht notwendigen Bailouts.

Wie hoch war das CO₂ beim Bailout?

Der PETCO₂ betrug beim selbständig ausgelösten Bailout durchschnittlich etwa 7,9 kPa. Einzelne Teilnehmer bemerkten die Hyperkapnie bereits bei 6,7 kPa. Wer erst durch das HUD zum Bailout aufgefordert werden musste, hatte entsprechend höhere CO₂-Werte um 8,5 kPa. Der normale endtidale CO₂-Partialdruck (PETCO) liegt beim gesunden Erwachsenen in Ruhe typischerweise bei 4,7–6,0 kPa (35–45 mmHg).

Bemerkenswert ist dabei: Zwischen der Trainingsgruppe und der reinen Informationsgruppe bestanden beim Bailout keine relevanten Unterschiede der kardiorespiratorischen Reaktion.

Wie fühlt sich Hyperkapnie an?

Während des verblindeten Versuchs berichteten 15 von 30 hyperkapnischen Teilnehmern Atemnot als erstes Symptom. Danach folgten Wärmegefühl (15 %), Benommenheit (15 %), Sehstörungen (3 %) und Übelkeit (3 %).

Kenne deinen Kalk und verlasse dich nicht darauf, dass du eine Hyperkapnie rechtzeitig spüren wirst.

Aber: Das individuelle Symptommuster ist keineswegs konstant. Von den 15 Teilnehmern, die sowohl beim Training als auch beim späteren Test tatsächlich hyperkapnisch wurden, hatten nur 7 von 15 – 47 % – ein vergleichbares Symptommuster und eine vergleichbare Symptomintensität. Bei mehr als der Hälfte war die zweite Hyperkapnie also subjektiv anders als die erste. Das relativiert die Vorstellung eines persönlichen, immer wieder zuverlässig auftretenden „CO₂-Warnsignals“.

Diskussion

Damit bestätigt die Studie ein grundsätzliches Problem beim CCR-Tauchen: Auf die subjektive Wahrnehmung eines CO₂-Problems ist nur begrenzt Verlass. Das zeigte bereits die im Beitrag CCR-Prebreathing zur Überprüfung des Scrubbers besprochene Untersuchung. Bei einem fünfminütigen Prebreathe bemerkten nur 2 von 20 Tauchern einen teilweise versagenden Scrubber; selbst bei vollständig fehlendem Atemkalk erkannten nur 15 von 20 das Problem. Ein schleichender CO₂-Anstieg ist damit besonders heimtückisch.

Hinzu kommt: Ein funktionierender Scrubber schliesst eine Hyperkapnie nicht aus. Hohe Gasdichte, erhöhte Atemarbeit, Kälte, ein hohes Atemminutenvolumen und körperliche Belastung können zu einer unzureichenden Ventilation, ungenügenden CO₂-Absorption und CO₂-Retention führen. Die beste Lösung wäre eine direkte CO₂-Messung. Wie im Beitrag CO₂-Monitoring des CCR-Atemgases diskutiert, ist eine zuverlässige Unterwasser-Kapnographie technisch jedoch weiterhin schwierig. Auch die Autoren betonen, dass derzeit keine zuverlässige Methode zur Erkennung eines steigenden arteriellen CO₂ während des Tauchgangs verfügbar ist.

Eine solche Warnung müsste zudem früh erfolgen: In der Studie reagierten selbständig bailende Taucher im Mittel bei einem PETCO₂ von 7,9 kPa. Bereits bei 7,3 kPa wurden in früheren Untersuchungen verlängerte Reaktionszeiten beschrieben, während bei Werten wenig oberhalb von 8,5 kPa bereits eine Handlungsunfähigkeit auftreten kann.

Eine kontrollierte Hyperkapnie-Erfahrung kann daher durchaus lehrreich sein, ist aber kein zuverlässiges Warnsystem.

Fazit

Bis CO₂ beim CCR direkt und zuverlässig überwacht werden kann, bleibt die Prävention entscheidend: korrekter Umgang mit dem Scrubber, Vermeidung hoher Atemarbeit, insbesondere eine angemessene Gasdichte in der Tiefe und im Zweifelsfall lieber einmal zuviel als zuwenig bailouten.