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                   und die Belastung des Tauchers

Dr. R. GROSSMANN, Ing. J. ZIMMERMANN          POSEIDON 7/1977

Die Atmung unter Wasser stellt für den Taucher eine Belastung dar. Sie ist, abhängig von Gerätetyp, Tiefe und Atemgas, in der Regel immer höher, als bei normaler Atmung über Wasser. Welche Bedeutung der Atmungsbehinderung beigemessen werden muß, haben wir in „poseidon" 10/11 1976 „Lungenautomaten - Anforderungen und Leistungen" dargestellt. Leers [1] spricht bei Atemschutzgeräten davon, daß „die Behinderung der Atmung besonders von ungeübten und mit dem Atmen gegen Widerstände wenig vertrauten Personen manchmal als so stark empfunden wird, daß sie glauben, nicht mehr genügend Luft zu bekommen. Dieses Gefühl kann bereits bei Widerständen auftreten, die so gering sind, daß objektive Wirkungen auf den Organismus des Geräteträgers kaum nachweisbar sind." Taucher sind üblicherweise durch umfassendes Training an diese Besonderheit der Geräte gewöhnt, allerdings wachsen die Atemwiderstände mit größerer Tauchtiefe stark an.
Wie hoch ist die Belastung des Tauchers nun wirklich?
Bei der Einschätzung der Leistung von Lungenautomaten der Tauchergeräte wurde neben dem maximalen Luftdurchsatz hauptsächlich der „Atemwiderstand" berücksichtigt. Unter „Atemwiderstand" verstanden wir (analog zur Elektrotechnik) einen Druckabfall im Atemgasstrom [1/2], also den durch den Taucher zu erzeugenden Unter- bzw. Überdruck, um aus dem Tauchgerät eine entsprechende Luftmenge abzusaugen bzw. auszuatmen. Unberücksichtigt blieben dabei die dem Organismus eigenen Widerstände und die damit für den Gaswechsel ohne Gerät aufzubringende Leistung.

Für die Ermittlung des Atemwiderstandes der Geräte fanden im wesentlichen zwei Verfahren Anwendung:
a) Messung bei konstantem Luftstrom, für dessen Größe unterschiedliche Werte angegeben werden. Diese Messung läßt keinen direkten Zusammenhang mit den Verhältnissen bei der Atmung durch den Taucher erkennen.
b) Messung bei Beatmung des Gerätes an einer künstlichen Lunge. Die Größe des Luftstromes folgt dabei annähernd dem Verlauf einer Sinuskurve. Man nimmt in Kauf, daß der Atemluftstrom des Menschen besonders unter Belastung zwar wesentlich von diesem Verlauf abweicht, allerdings wird nach Cooper (zitiert in 1) bei gleichem Atemzeitvolumen die gleiche Atemleistung bei Versuchspersonen und Sinuslunge aufgewandt.
Diese Beatmung wurde bei einem Atemminutenvolumen (AMV) von x/v = 30 l/min durchgeführt.
Der Momentwert des Luftstromes folgt der Gleichung:      
v = pi * vmax * sin 2 pi ft     (f Atemfrequenz in 1/min, t Zeit in min)
Als Maximum ergibt sich v max = 94,5 l/min für ein AMV von x/v = 30 l/min [3].

Bei der Beatmung eines Lungenautomaten in dieser Art läßt sich der Zusammenhang von Luftstrom und Druckabfall (Atemwiderstand) in allen Phasen ermitteln.
Bild 2 zeigt den Verlauf von Ein- und Ausatemwiderständen verschiedener Lungenautomaten. Es wird deutlich, daß die Kurven für Ein- und Ausatmung nicht symmetrisch sind. Hieraus läßt sich, getrennt für Ein- und Ausatmung, der maximale Atemwiderstand unter Verwendung des entsprechenden Maßstabes einfach ablesen. Diese Werte wurden bei den Vergleichen von Automaten in „poseidon" 11/67 zugrundegelegt.
Diese AW-Spitzenwerte lassen zwar eine recht gute Leistungseinschätzung der LA zu, eine wesentlich umfassendere Charakterisierung ist aber durch die Ermittlung der zur Atmung aufzuwendenden Leistung möglich.
Die Berechnung der Atemleistung, die für die Einatmung über einen äußeren Widerstand, z. B. Lungenautomat erforderlich ist, kann erfolgen nach:
NZE ist die für die Einatmung notwendige Leistung, um den äußeren Widerstand (des Gerätes) zu überwinden. Nicht erfaßt wird hiermit die Leistung, die für den Luftwechsel durch die Atemwege des Tauchers notwendig wird. Die Ermittlung der zusätzlichen Ausatemleistung NZA erfolgt analog.
Die Messung der zusätzlichen Atemleistung kann auch technisch durch synchrone Aufnahme von p und v und z. B. elektrische Multiplikation der Werte in einem Stiftgalvanometer für Leistungsmessung erfolgen.
Zur Untersuchung der Aussagefähigkeit dieses Kriteriums wurden aus den für mehrere LA in 0 bis 40 m Tiefe aufgenommenen AW-Meßkurven bei Beatmung mit 94 l/min die zusätzlichen Einatmungsleistungen NZE ermittelt (Bild 3).
Diese Werte sind aussagekräftiger, als der Vergleich von AW-Spitzenwerten unter gleichen Bedingungen („poseidon" 11/76 S. 517/518 Bild 5, Tab. 2).
Betrachtet man den Haupteinsatz-Tiefenbereich von 10 bis 30 m, so stellt man fest, daß die AW-Spitzenwerte des Hydromat-2 etwa das sechsfache derjenigen des Zyklon 300 betragen, während die aufzubringende zusätzliche Atemleistung beim Hydromat-2 etwa das 20fache gegenüber dem Zyklon 300 beträgt. Ein Vergleich der Leistungswerte bei 40 m Tiefe läßt das Aussetzen des Venturi-Effektes beim Zyklon 300 und damit ein schnelles Ansteigen der Atemleistung erkennen. Dabei muß festgestellt werden, daß eine zusätzliche Atemleistung von etwa 5 Watt auch über einen längeren Zeitraum erbracht werden kann, rund 12 Watt (Hydromat-2) aber nur einige Minuten.
Die Werte der zusätzlichen Atemleistung beim Hydromat 66 können nur in Tiefen bis 15 m befriedigen. Im Tiefenbereich von 20 bis 30 m konnte nur ein maximales AMV von 60 l/min erreicht werden, wobei die Atemleistung bis 18,6 Watt anstieg und dem zufolge bei einem AMV von 94 l/min noch weit höher liegen müßte. Daraus muß die Schlußfolgerung gezogen werden, daß der Hydromat 66 ab 20 m Tiefe für schwere UW-Arbeit ungeeignet ist. In Not oder Havariefällen entsteht ein Gefährdungsmoment, da Atemleistungen von 20 Watt selbst von trainierten Tauchern nur wenige Sekunden lang aufgebracht werden können. Dies zeigt, daß die Ermittlung der zusätzlichen Atemleistung ein wertvolles Hilfsmittel zur Einschätzung der Leistungsfähigkeit von LA darstellt und gleichzeitig ein objektives Maß für die zusätzlich durch das Atemgerät verursachte Belastung des Tauchers ist.
Die Bedeutung dieses Kennwertes zeigt ein Vergleich zu der Leistung, die vom menschlichen Organismus unter Normalbedingungen für die Atmung aufgewandt wird (nach 1):
Mit wachsendem Atemminutenvolumen steigt die erforderliche Leistung stark an, die Werte liegen dennoch weit unter den für Nz erforderlichen. Interessant wäre ein Vergleich der erforderlichen Ventilationsleistung für den Organismus des Tauchers in verschiedenen Tiefen mit den für die Atemgeräte zusätzlichen Leistungen Nz .
Der Quotient Nz zu Nvent Tiefe ist die relative zusätzliche Atemleistung, die bei der Benutzung eines Tauchergerätes erbracht werden muß. Er spiegelt die Erschwernis (EGerät) durch das Gerät wider:
Diese Erschwernis (Gerät) ist tiefen- und belastungsabhängig. Für Zweischlauchautomaten läßt sich auf Grund theoretischer Überlegungen erwarten, daß NZ und Nvent in annähernd gleichen Größenordnungen wachsen, so daß sich für EGerät ein etwa konstanter Wert ergibt, der ein Gerät eindeutig charakterisiert. Anders liegen die Verhältnisse bei LA mit Injektordüsen. Die in bestimmten Tiefen- und Belastungsbereichen wirksame Injektordüse beeinflußt (verringert!) Nz wesentlich! EGerät ändert sich damit wesentlich in Abhängigkeit von den Belastungsbedingungen. Mundstufen ohne Injektor beeinflussen Nz durch die Ventilcharakteristik. Auch hier bleibt EGerät nicht konstant.
Analog zur zusätzlichen Belastung durch das Gerät läßt sich auch eine Gesamtbelastung durch die Atmung beim Unterwasseraufenthalt ermitteln. Zur Belastung durch das Gerät (Nz) kommt die gegenüber der Wasseroberfläche größere körpereigene Belastung auf dieser Tiefe (Nvent Tiefe):
Die Summe von Nvent Tiefe + Nz auf der Tiefe im Verhältnis zu Nvent unter Normalbedingungen wäre ein Maßstab für die tatsächliche Erschwernis der Atmung beim Aufenthalt unter Wasser (EAtmung ges.).

LITERATUR:
1 Leers, R.: Die Beurteilung von Atemwiderständen; „atemschutz-informationen" 21968, Verlag Die Wirtschaft, Berlin
2 Zimmermann, I.: Atembremsen unter der Lupe; „poseidon" 213;1970
3 Leers, R.: Zum Begriff des Atemwiderstandes bei Atemschutzgeräten; „atemschutz-informationen" 21962
4 Großmann/Zimmermann: Lungenautomaten für Tauchergeräte; „poseidon" 10/11 1 1976

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