Tiefenrausch: Die Studienlage

Warum Tiefenrausch schwer messbar ist

Anekdoten über Tiefenrausch gibt es viele. Wissenschaftlich interessant wird es dort, wo man aus einzelnen Erlebnissen messbare Größen machen kann: Aufmerksamkeit, Reaktionszeit, Gedächtnis, psychomotorische Leistung oder die Fähigkeit, die eigene Leistung realistisch einzuschätzen. Genau das versuchen die Studien, die wir uns hier anschauen.

Einige Arbeiten nutzen sogenannte CFFF-Tests, also Tests zur Critical Flicker Fusion Frequency. Dabei wird untersucht, ob sich das allgemeine Aktivierungsniveau und die Aufmerksamkeit unter erhöhtem Umgebungsdruck verändern. Andere Studien verwenden komplexere psychomotorische Tests, bei denen Reaktion, Informationsverarbeitung, Gedächtnis und Problemlösungsfähigkeit geprüft werden.

Damit messen diese Studien nicht „den Tiefenrausch“ als Gefühl, sondern einzelne Funktionen, die beim Tauchen sicherheitsrelevant sind. Kann jemand noch aufmerksam bleiben? Werden Informationen richtig verarbeitet? Wie schnell wird reagiert? Wie gut funktioniert das Gedächtnis? Und merkt die betroffene Person überhaupt, wenn ihre Leistung nachlässt?

Auf dieser Seite geht es deshalb um die wichtigsten Untersuchungsansätze. Wir zeigen, was zu dem Thema bekannt ist, und welche offenen Diskussionen geführt werden. Um das eigene Erleben geht es dann auf der nächsten Seite.

Critical Flicker Fusion Frequency: Flimmernd zur Rauschvermessung?

CFFF-Tests werden relativ häufig eingesetzt, um das Level an Aufmerksamkeit zu bestimmen.
Was wird dort gemacht?  Ein LED-Licht flackert in einer Frequenz, die sich immer weiter erhöht. Irgendwann nimmt ein Mensch das Flackern nur noch als konstantes Licht wahr, unsere Fähigkeit noch die einzelnen Zeitspannen in denen der Punkt auftaucht und verschwindet auseinander zu halten ist also begrenzt. Wann genau das so ist, kann bei verschiedenen Personen in unterschiedlichen Momenten stattfinden – also bei einer unterschiedlichen Flacker-Frequenz. Wirklich „Durchgehend“ ist der Punkt in Wahrheit nie, er flackert nur immer schneller. Der Test wird also darauf gemacht, bis zu welcher Frequenz die Testperson das Flackern noch als solches erkennen kann.

Meistens geschieht der Übergang der Wahrnehmung von „Flackern“ zu „durchgehendem Licht“ bei einer Frequenz zwischen 22 und 90 Hz, also bei 22-90 Impulsen pro Sekunde.

Die Frequenz im Moment in dem die Testperson die Wahrnehmung des Übergangs angibt wird notiert: Das ist die Critical Flicker Fusion Frequency (CFFF), also die Frequenz bei der für die Testperson das Flackern des Punktes zu einem kontinuierlichen Licht verschmilzt.

Diese Frequenz hängt zum einen von Umweltfaktoren (Art des Lichtreizes, Dunkelanpassung des Auges, ein Beispiel dafür ist die Situation im Kino, bei der schon relativ wenige Bilder pro Sekunde als durchgehender Film wahrgenommen werden) ab. Zum anderen aber kann sie ein Maß für das allgemeine Aktivierungsniveau sein: Je länger man das Flackern wahrnimmt, umso wacher und aufmerksamer scheint man zu sein. Um die Umwelteinflüsse auszuschließen, wird deshalb zuerst einmal kalibriert.

Damit man messen kann, wie die Aufmerksamkeit bei verschiedenen Dingen nachlässt, wird zunächst ermittelt, ab wann eine Person im „Normalzustand“ das Flackern als durchgängiges Licht sieht. Dann wird die Person verschiedenen Dingen ausgesetzt – z.B. einem höheren Umgebungsdruck – und wiederholt den Test. Die beiden Werte werden verglichen.
Wenn schon bei einer niedrigeren Frequenz konstantes Licht gesehen wird, wird eine geringere Gehirnaktivität angenommen als bei einer Verschmelzung erst bei hohen Frequenzen.

Mit CFFF-Tests wurden mehrere Studien durchgeführt. Die Frequenz wurde hier als Zeichen für Aufmerksamkeit bewertet. Es wurde also versucht zu messen, wie die Aufmerksamkeit beim Tauchen zu- oder abnimmt.

Flachnarkose-Studie

Balestra, C et al. “Persistence of critical flicker fusion frequency impairment after a 33 mfw SCUBA dive: evidence of prolonged nitrogen narcosis?.” European journal of applied physiology vol. 112,12 (2012)

Als erstes wäre da zunächst einmal eine Studie aus 2012, in der es darum geht, ob die Narkose nach einem 33m Tauchgang auch an der Oberfläche noch anhält. Wir nennen sie im Weiteren „Flachnarkose-Studie“ – sie bewegt sich am unteren Bereich dessen , wo eine Narkose zu erwarten ist.

Was haben die Forschenden konkret gemacht? Sie haben einige fitte Männer für 20 Minuten auf 33m tauchen lassen, in warmen, gemütlichen Bedingungen, und sie vorher, dabei, und nachher CFFF-Tests machen lassen.
Man hat also gemessen, wann bei dem Tauchgang die Frequenz zu- und abnimmt, ab der die Testpersonen ein Flackern als durchgehendes Licht wahrnehmen, und leitet daraus ab, wie aufmerksam eine Person ist.
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Resultat: Zu Beginn des Tauchgangs erhöht sich die Aufmerksamkeit, lässt aber schnell nach und bleibt noch nach dem Tauchgang​ etwas niedriger als vorher.
Atmen von Sauerstoff nach dem Tauchgang erhöht die Aufmerksamkeit schnell und signifikant​.

Zu der Studie kann man einige Fragen stellen. Zunächst einmal ist es durchaus einleuchtend, dass man zu Beginn eines einigermaßen tiefen Tauchgangs ganz besonders aufmerksam ist, sich dann aber entspannt und die Aufmerksamkeit nachlässt. Dass Menschen unter Wasser weniger aufmerksam sind als an Land, ist wahrscheinlich für jeden unmittelbar klar: wir kennen das, wir haben auch schon besprochen, dass die Situation unter Wasser eben für viele ungewohnt ist. Auch das man danach noch etwas müde ist, erscheint plausibel.
Aber ist das, was hier gemessen wurde, wirklich ein „Tiefenrausch“? Kann es sich auf einer so moderaten Tiefe nicht schlicht um das handeln, was Menschen unter Wasser auf jeder beliebigen Tiefe passiert? Einige Studien legen nahe, dass schon in sehr flachen Tiefen von nur 5m deutliche kognitive Beeinträchtigungen nachweisbar sind. Man kann das natürlich auch schon Narkose nennen – aber ob es wirklich an einer narkotischen Wirkung eines Gases liegt, ist nicht nachweisbar.

Umgebungsbedingungen – Studie

Dieselben Autoren haben die Ergebnisse einige Jahre später, 2016, noch mal unter verschiedenen Bedingungen auf die Probe gestellt. Dafür waren sie auf Teneriffa unter realen Tauchbedingungen (Atlantik, Wasserbewegung, aber gute Sicht und relativ warm), in einem Indoor-Divecenter mit entsprechender Tiefe, und zum Vergleich in einer Druckkammer.

Auch hier wurden wieder CFFF-Tests durchgeführt. In allen drei Umgebungen entsprach das Ergebnis in etwa dem, was ​auch in der vorherigen Studie schon gezeigt wurde. Zwischen Umgebungen mit guter Sicht und erträglich warmer Temperatur lässt sich kein Unterschied erkennen.

Diesen Unterschied hat aber eigentlich auch nie jemand ernsthaft behauptet. Was jedoch viele Taucher berichten ist, dass der Tiefenrausch nachts oder in kalten, dunklen Tauchumgebungen stärker sei (oder zumindest stärker wahrgenommen wurde!). Beides wurde NICHT untersucht, wir wissen darüber also nach wie vor nichts Sicheres.

Aber: es erscheint natürlich unmittelbar plausibel, dass ein Rausch eher als beängstigend empfunden wird als euphorisch, wenn die Umgebung dunkel und trüb ist….

Atemgasvergleich – Studie

Mal wirklich auf eine interessante Tiefe gegangen sind dann Rocco et al 2019: Luft, Trimix und Heliox im Vergleich (im Weiteren: „Atemgasvergleich-Studie“)​.
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​Hier wurden echte Tauchgänge auf 50m durchgeführt, mit einer Grundzeit von 20 Minuten. Auch hier haben die Teilnehmer am Anfang, am Ende, und auf 5m vor dem Aufstieg CFFF-Tests gemacht. Beteiligt waren lauter junge, gesunde Männer. Um sie Statistik nicht zu verfälschen, durften die wenigen angemeldeten Frauen nicht mitmachen. Hier sieht man ein Problem, das leider sehr viele  Studien beim Tauchen haben: die Gruppe der Testpersonen ist meist sehr klein, und bildet dann auch nicht die Diversität von realen Taucherinnen und Tauchern ab.
Resultat: Zu Beginn des Tauchgangs erhöht sich die Aufmerksamkeit, lässt dann langsam nach, bleibt aber erhöht.​ Dabei sind die Resultate besser, je geringer der Stickstoffanteil im Atemgas ist.
Das steht den vorherigen Ergebnissen diametral entgegen. Wurde bisher immer von einer verminderten Aufmerksamkeit ausgegangen, und dass diese durch CFFF-Tests nachgewiesen werden könne, sind unsere Taucher auf 50m mit Luft durchwegs aufmerksamer als unsere weniger erfahrenen Probanden auf 30m.

MATB-II und anderes: Psychomotorik erfassen?

Bis hierher haben wir zwar ein paar interessante Studien gesehen, aber sie haben alle ein Problem gemeinsam: Gemessen wird nur die CFFF, die Interpretation als „Aufmerksamkeit“ ist genau das, eine Interpretation. Und ob das wirklich das eine relevante Zeichen für einen Tiefenrausch ist, kann man trefflich diskutieren.

Was wollen wir wissen, wenn wir wirklich tief unterwegs sind? Wir wollen unseren Tauchgang sicher durchführen – das geht relativ mechanisch, das ist trainierbar – und wir wollen bei Problemen angemessen, flexibel und schnell reagieren. Das wird in einem Rauschzustand schwierig – wie man nach zwei Maß Bier zwar vermutlich noch den Zündschlüssel drehen und einen Gang einlegen, im Straßenverkehr bei einem unerwartet auftauchenden Hindernis dann vielleicht aber nicht mehr schnell genug bremsen kann, bekommt man mit einem Tiefenrausch vielleicht unter Wasser unerwartet auftretende Probleme auch nicht mehr in den Griff. Und das kann gefährlich werden….

Deshalb sind Studien mit weitergehenden Tests ausgesprochen aufschlussreich. Auf unterschiedliche Arten kommen psychomotorische Fähigkeiten in den Blick: Was macht die Tiefe mit dem Gedächtnis? Kann man noch reagieren? Wir gut kann man Informationen verarbeitet? Und kriegt man Probleme in den Griff?
Einige Studien greifen dafür auf die MATB-II Tests der NASA zurück, die für relativ simple Geräte entworfen sind. Getestet werden hier Fähigkeiten, die man z.B. von Fluglotsen erwartet, aber da es sich um relativ unspezifische simple Aufgaben handelt, können die Ergebnisse gute Hinweise auf allgemeine Fertigkeiten liefern.

Psychomotorik-Studie

Etwas komplizierter aufgebaut als die simplen CFFF-Tests ist eine Studie von Freiberger et al. 2016: Einfluss von N2, O2 und CO2 auf die Psychomotorische Leistungsfähigkeit (im Weiteren: „Psychomotorik – Studie“)​​​ Diese ist frei verfügbar – wer sie lesen möchte, findet sie oben verlinkt. Sie lohnt sich wirklich!

Hier hat man andere Voraussetzungen als bei Studien im Wasser: Bei der Navy-Studie sitzen die Probanden mit dem Kopf aus dem Wasser in einem Pool in einer Druckkammer, und werden dort dem Druck ausgesetzt, der gemessen werden soll. Hier wurden pN2 bis zu 5,6 bar, pO2 bis 1,22 bar und ein erhöhter pCO2​ in Ruhe und in Bewegung eingesetzt, um das Spektrum an Gasmischungen bezüglich Luft/Nitrox angemessen abzudecken. In dieser Position haben sie dann MATB-II Tests gemacht.
Wie sie reagieren, wie schnell sie reagieren, wie sie Informationen verarbeiten, wie gut welcher Teil ihres Gedächtnisses funktioniert – das wurde hier genau gemessen.

​Was die Studie ergeben hat:

• Die Aufmerksamkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit leiden unter hohen pN2
• Auch das Gedächtnis lässt unter Einfluss von zu viel N2 nach
• Die Reaktionszeit bei Dingen, die mit dem Gedächtnis zu tun haben, wird auch durch O2 und CO2 eingeschränkt
• Planung und Problemlösungskompetenz sind bei höheren pN2 und pCO2 deutlich eingeschränkt
• Motorische Fähigkeiten werden durch den pN2 nicht beeinflusst
• Motorische Fähigkeiten sind trainierbar: Taucher und Personen, die regelmäßig Videospiele machen, schneiden besser ab

Das vielleicht interessanteste Ergebnis an dieser Studie war gar nicht so sehr, wie die Kandidaten unter bestimmten Gasdrücken tatsächlich abgeschnitten haben, sondern wie sie selbst die Ergebnisse einschätzen.

Ist Sauerstoff narkotisch?

Eine Frage, die gerne diskutiert wird, ist die, ob der Sauerstoffanteil im Gas mit als narkotisch gerechnet werden soll, oder nicht. Müssen wir davon ausgehen, dass Sauerstoff die Narkose schlimmer oder weniger schlimm macht? Ist Sauerstoff narkotisch oder nicht?

Der Theorie der Fettlöslichkeit nach müsste Sauerstoff – ein extrem fettlösliches Gas – narkotisch sein. Gleichzeitig wird Sauerstoff aber metabolisiert, wird also vielleicht gar nicht in für eine Narkose ausreichenden Mengen an den Synapsen angereichert.

Leider ist es unmöglich, die Narkosewirkung von Sauerstoff unter hohem Druck direkt zu messen, da hier lange vor einer möglichen narkotischen Wirkung die Toxizität eine Grenze setzt. Hinweise lassen sich aber aus einigen Studien zu Nitrox herauslesen.

Ein Beispiel dafür ist ein Versuch in einer Druckkammer, bei dem 10 Probanden in einer Druckkammer entweder Luft oder EAN40 geatmet haben. Bei einem simulierten Tauchgang auf 30m wurde hier vorher, bei Ankunft in der Tiefe, nach 20 Minuten (direkt vor dem Aufstieg), bei Erreichen der Oberfläche und 30 Minuten nach dem Tauchgang ein CFFF-Test durchgeführt. Das Ergebnis: In beiden Gruppen steigt die Aufmerksamkeit zu Beginn des Tauchgangs an, mit Nitrox deutlich mehr als mit Luft. Zum Ende hin, und auch danach an der Oberfläche, lässt sie dann aber deutlich nach – mit Nitrox allerdings deutlich weniger als mit Luft, und nach dem Tauchen erreicht man direkt wieder ein normales Level.

Wenn man diese nachlassende Aufmerksamkeit als ein Zeichen der Narkose verstehen will, kann man diese Studie als Hinweis darauf lesen, dass Nitrox weniger narkotisch ist als Luft – und in der Konsequenz, dass Sauerstoff wahrscheinlich nicht oder zumindest nicht so stark wie Stickstoff narkotisch wirkt.

Ebenso gibt es aktuelle Untersuchungen der Gehirnströme von Probanden die Luft bei Normaldruck sowie reinen Sauerstoff bei normalem und erhöhtem Druck geatmet haben, und die darauf hindeuten, dass bei erhöhtem Druck das Atmen von reinem Sauerstoff andere Veränderungen der Gehirnaktivität hervorruft als sie beim Atmen von Luft bekannt sind und als vielleicht mit der Narkosewirkung in Verbindung stehend gelten.

Die Frage ist aber in der Praxis wirklich viel weniger relevant, als man bei den hitzigen Debatten vermuten würde: Man mag daran glauben, dass man auf 40m mit einem EAN28 weniger Narkose spürt als mit Luft. Bei den 7% Unterschied dürfe es schwierig sein, mehr als einen Placebo-Effekt nachzuweisen – aber da es nicht schadet, ein EAN28 zu verwenden, kann das ja einfach jeder tun, der es mag. Wenn es hingegen darum geht, bei einem Trimix die EAD zu bestimmen, ist der Unterschied zwischen der Annahme, O2 sei oder sei nicht narkotisch, so gering, dass die ganze Diskussion eher akademischer Natur ist.

Kann man Tiefenrausch trainieren?

Sehr viele Taucher berichten, dass sie erfahren genug sind, um gar keinen Tiefenrausch mehr zu haben – sie sind überzeugt, er lasse sich wegtrainieren. Aber ist das wirklich so?

Es gibt in der Tat zumindest Hinweise darauf, dass Erfahrung auf unterschiedliche Arten dabei hilft, mit einem Tiefenrausch klarzukommen. In der Psychomotorik-Studie schneiden diejenigen besser ab, die mehr Taucherfahrung haben – ein Hinweis darauf, dass sich der Umgang mit hohen Drücken vielleicht tatsächlich trainieren lässt. Auch in der Atemgasvergleich – Studie sind die Ergebnisse der Probanden, alle erfahrene Taucher, besser als in der Flachnarkose – Studie, an der unerfahrenere Taucher teilgenommen haben.

Zusätzlich ist es so, dass in Studien zur Hirnchemie Veränderungen nach mehrmaliger Einwirkung eines hohen pN2 nachgewiesen werden konnten. Ob das tatsächlich ein Zeichen für eine Gewöhnung ist und welche Auswirkungen es auf die unter Wasser relevanten Fähigkeiten hat, ist aber nicht klar.

Was man sehr wohl trainieren kann ist der Umgang mit dem Rausch. Man kann sich daran gewöhnen, nicht mehr ganz so klar in der Birne zu sein. Und man kann vor allem die eigenen Tauchfertigleiten so trainieren, dass sie ohne Nachdenken funktionieren – mechanische Fähigkeiten bleiben ja, wie wir auch in der Psychomotorik-Studie gesehen haben, weitgehend erhalten.

Ist der Tiefenrausch bei Dunkelheit und Kälte stärker?

Gerade Taucher, die auch viel in tiefen Seen unterwegs sind, beschreiben häufig, dass der Tiefenrausch bei Kälte und Dunkelheit etwas ganz anderes sei als in warmen, lichtdurchfluteten Gewässern. Was ist da dran?

Zunächst einmal lassen sich keine Unterschiede bei verschiedenen Tauchbedingungen nachweisen – zumindest, wenn man der „Umgebungsbedingungen – Studie“ Glauben schenkt. Aber: In dieser Studie wurden auch keine wirklich dunklen und kalten Bedingungen getestet.

Jetzt gibt es zwei Dinge, die hier tatsächlich einen Einfluss haben können.

Zum einen taucht man in kaltem Wasser üblicherweise im Trocki, und oft auch mit einem Doppelgerät. Man muss also schon mal mehr Equipment bewegen als in einem dünnen Neopren – und das ist ein wenig anstrengender. Anstrengung in Kombination mit dem in der Tiefe immer dichteren Atemgas kann aber dazu führen, dass der CO2 Spiegel sich erhöht – und das wiederum fühlt sich ganz schön beklemmend an: CO2 ist stark narkotisch, und es löst zudem eine Reaktion aus, die durchaus im Verdacht steht, aus einem „milden, euphorischen“ Tiefenrausch einen unangenehmen, schlimmen zu machen. Der mit einem erhöhten CO2 Spiegel einhergehende Lufthunger, das Gefühl von Atemnot, kann beunruhigende Gefühle verstärken. Es kann also wirklich eine physiologische Ursache haben – die aber nicht nur bei Kälte eine Rolle spielt, sondern auch bei anderen Anstrengungen, z.B. wenn man gegen eine leichte Strömung ankämpfen muss.

Zum anderen kann man sich sicher gut vorstellen, dass Dunkelheit in Kombination mit Tiefe einfach etwas beunruhigend ist. Dieselbe Narkose kann sich also einfach anders anfühlen. Deshalb ist sie aber nicht unbedingt stärker, man nimmt sie nur anders wahr.

Kann man etwas gegen Tiefenrausch tun?

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Wenn man sich an den Tiefenrausch eigentlich nicht gewöhnen kann und er sehr tagesformabhängig ist – kann man dann trotzdem etwas tun, um das Risiko so gering wie möglich zu halten?

Streng genommen gibt es da nur eins: Den pN2 unterhalb der Schwelle halten, die problematisch wird. Und das geht auf zwei Arten: Man ersetzt einen Teil des Stickstoffs durch Helium, oder man bleibt flacher.

Natürlich kann es hier keine harte Grenze geben, der Effekt der Narkose setzt wie wir gesehen haben nach und nach ein, und wird mit höherem pN2 immer stärker. Vielleicht eine brauchbare Richtlinie ist Folgendes: Wenn man wirklich vorsichtig sein will – bis 30m ist der Tiefenrausch für die meisten Menschen in den meisten Situationen nicht besonders einschränkend. Im Bereich zwischen 30m und 40m spüren die meisten Menschen eine nennenswerte Wirkung, und es lohnt sich hier bereits, gut über mögliche Konsequenzen nachzudenken und wenn es unangenehm wird sofort flacher zu gehen, oder auch gleich über alternative Atemgase nachzudenken. Ab 40m steigen die Auswirkungen sehr nennenswert an. Tauchgänge in diese Tiefen sind mit Luft möglich und werden auch gemacht. Aber sie erfordern unbedingt eine informierte Entscheidung, Vorsicht, und das Wissen, dass im Zweifel die Wahl eines anderen Atemgases die sicherere Option sein wird. Und vor allem sollte man aus der maximal mit Luft betauchbaren Tiefe keine Mutprobe und keine Feuertaufe zu machen versuchen.