Was ist Sauerstofftoxizität beim Tauchen? Symptome, Ursachen und Prävention

Sauerstoff ist der Schlüssel für alles Leben auf der Erde. Aber in zu großen Mengen kann er tödlich sein. Für Taucher stellt die Sauerstofftoxizität ein echtes Risiko dar, das nur mit fundiertem Wissen und Tauchfertigkeiten vermieden werden kann. In diesem Artikel gehen wir auf alle Aspekte der Sauerstofftoxizität ein, von Symptomen und Ursachen bis hin zu Präventionsmethoden.

Was ist Sauerstofftoxizität beim Sporttauchen?

Jedes Mal, wenn Sie ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 21 % einatmen, besteht die Gefahr einer Sauerstofftoxizität. Unser Körper ist so angepasst, dass er bei einem Sauerstoffpartialdruck von 0,21 funktioniert. Sauerstofftoxizität tritt auf, wenn wir über einen bestimmten Zeitraum einem höheren Sauerstoffpartialdruck als normal ausgesetzt sind. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Partialdruck, desto geringer ist die zulässige Expositionszeit.

Es gibt zwei Arten von Sauerstofftoxizität, die sich unterschiedlich auf den Körper auswirken:

1. Pulmonale Sauerstofftoxizität
2. Sauerstofftoxizität des Zentralnervensystems

Schauen wir uns diese beiden Arten der Sauerstoffvergiftunggenauer an.

Pulmonale Sauerstofftoxizität

Die erstmals 1899 von Lorrain Smith beobachtete pulmonale Sauerstoffvergiftung ist das Ergebnis des Einatmens eines Sauerstoffpartialdrucks von mehr als 0,21 über einen längeren Zeitraum.

Sie beginnt mit einer Entzündung der Lunge, die sich zu einer Schädigung der Lungenbläschen und einer eingeschränkten Lungenfunktion entwickeln kann. Glücklicherweise sind die Auswirkungen bei richtiger Behandlung fast vollständig reversibel.

Diese Art der Sauerstofftoxizität ist für die meisten technischen Taucher und Sporttaucher weniger bedenklich, da sie nicht lange genug erhöhten Sauerstoffpartialdrücken ausgesetzt sind. Dies kann nur bei sehr langen technischen Tauchgängen oder bei wiederholten technischen Tauchgängen über mehrere Tage hinweg vorkommen.

Lungensauerstofftoxizität ist ein größeres Risiko für kommerzielle Sättigungstaucher, Patienten, die sich einer hyperbaren Sauerstofftherapie unterziehen, und Patienten, die auf Intensivstationen einen hohen Sauerstoffanteil atmen.

Sauerstofftoxizität des Zentralnervensystems

Die erstmals 1878 von Paul Bert beobachtete Sauerstofftoxizität des zentralen Nervensystems (ZNS) tritt auf, wenn über einen vergleichsweise kurzen Zeitraum ein hoher Sauerstoffpartialdruck eingeatmet wird. Für Sporttaucher und technische Taucher ist die CNS-Sauerstofftoxizität unsere Hauptsorge. Wenn wir die empfohlenen Sauerstoffpartialdruck-Grenzwerte oder die ZNS-Belastung überschreiten, ist das Risiko einer ZNS-Sauerstofftoxizität deutlich erhöht.

Sie kann innerhalb von Minuten nach dem Einatmen eines hohen Sauerstoffpartialdrucks und ohne physiologische Vorwarnung auftreten. Sie befällt das Rückenmark und das Gehirn und führt zu Krampfanfällen und Gewebeschäden.

Was also verursacht Sauerstofftoxizität?

Wodurch wird Sauerstofftoxizität verursacht?

Die Sauerstofftoxizität des ZNS wird durch die Aktivität “reaktiver Sauerstoffspezies” (ROS), auch bekannt als “Sauerstoffradikale”, verursacht.¹

ROS sind hochreaktive Moleküle, die durch Zusammenstöße zwischen Sauerstoffmolekülen entstehen.

Je höher der Sauerstoffpartialdruck ist, desto größer ist die Menge an ROS.

ROS verursachen Schäden durch die Inaktivierung von Enzymen und die Umformung von Proteinen. Insbesondere binden sich ROS mit Stickstoffmonoxidmolekülen (NO), die das sympathische Nervensystem steuern. Diese Bindung unterdrückt die Aktivität der NO-Moleküle, was zu einer unkontrollierten Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin führt. Dies führt zu einem so genannten anadrenergen Sturm.¹

Die Folgen sind eine erhöhte Herzfrequenz, erhöhter Blutdruck, Zell- und Gewebeschäden und Krampfanfälle.

Geschieht dies unter Wasser, ist die Gefahr des Todes durch Ertrinken und/oder Gasembolie extrem hoch.

Symptome der Sauerstofftoxizität

Je nach Art der Sauerstoffvergiftung sind die Symptome unterschiedlich.

In extremen Fällen oder wenn keine Behandlung erfolgt, sterben die Opfer an Hypoxie (Sauerstoffmangel), da die Lungenschädigung einen effektiven Gasaustausch verhindert.

Allerdings kann eine ZNS-Sauerstoffvergiftung oft ohne Warnsymptome auftreten.

Bei einer ZNS-Sauerstoffvergiftung ist es nicht der Anfall, der den Taucher tötet, sondern das Ertrinken und/oder eine Embolie, wenn ein Aufstieg versucht wird.

Wie man eine Sauerstoffvergiftung beim Tauchen verhindert

Sauerstoffvergiftung ist etwas, das niemand erleben möchte.

Zum Glück für uns ist dies jedoch leicht zu vermeiden.

Für Sporttaucher wird ein maximaler Sauerstoffpartialdruck von 1,4 ATA empfohlen. Dies bietet Sporttauchern mit Nitrox einen guten Sicherheitspuffer, so dass das Risiko einer ZNS-Sauerstoffvergiftung minimal ist. Dies gilt umso mehr, als Sporttaucher nicht über längere Zeiträume 1,4 ATA einatmen.

Für technische Taucher wird ein Höchstwert von 1,6 ATA empfohlen, und zwar nur während der Dekompression, wenn sich der Körper in Ruhe befindet. Im Vergleich zu den Werten, die einige Militärtaucher verwenden, sind 1,6 ATA immer noch ein konservativer Wert, der eine effiziente Dekompression ermöglicht und gleichzeitig das Risiko eines Anfalls minimiert.

In ähnlicher Weise schützen Empfehlungen für die Expositionszeit bei steigenden Partialdrücken Taucher auch vor einer Sauerstoffvergiftung des ZNS. Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) empfiehlt zum Beispiel eine maximale Expositionszeit von 45 Minuten bei 1,6 ATA.²

Risikofaktoren der Sauerstofftoxizität

Die Faktoren, die bei der Sauerstofftoxizität eine Rolle spielen, werden auch heute noch erforscht.

Hier ist eine kurze Zusammenfassung dessen, was wir bisher wissen:

Der Kohlendioxidgehalt im Blut kann das Risiko einer Sauerstofftoxizität im ZNS beeinflussen. Anstrengung, Totraum in der Atemausrüstung und erhöhte Gasdichte in der Tiefe können dazu führen, dass der Kohlendioxidgehalt im Körper über das normale Maß hinaus ansteigt. Dies kann die Menge der vorhandenen ROS erhöhen, was die Wahrscheinlichkeit eines Anfalls weiter steigert.

Anstrengung kann daher auch das Risiko einer ZNS-Toxizität aufgrund von Kohlendioxid-Retention und ROS-Bildung erhöhen.

Auch kalte Temperaturen können bei der Sauerstofftoxizität des ZNS eine Rolle spielen, obwohl der genaue Mechanismus noch nicht geklärt ist.

Die individuelle Variabilität spielt bei der Sauerstofftoxizität eine große Rolle. Der Stoffwechsel und der zirkadiane Rhythmus, aber auch Schlaf und Fitness können zur täglichen Anfälligkeit eines Menschen beitragen.³

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Referenzen

1. Denoble, P.J. (2013) Understanding Oxygen Toxicity. Divers Alert Network. Stand 19.09.22. URL: https://dan.org/alert-diver/article/understanding-oxygen-toxicity/.
2. Thalmann, E. (n.d.) Oxygen Toxicity. Divers Alert Network. Stand 19.09.22. URL: https://dan.org/health-medicine/health-resources/diseases-conditions/oxygen-toxicity/.
3. Fogarty, R. (2013) ‘Understanding Oxygen Toxicity Part II: Hypothesis and Hyperoxia’ in In Depth. Global Underwater Explorers (GUE). Stand 19.09.22. URL: https://gue.com/blog/understanding-oxygen-toxicity-part-ii-hypotheses-and-hyperoxia/.