Sättigung und Entsättigung: Basics

Um zu verstehen, was im Körper beim Tauchen vorgeht, ist die Aufnahme und Abgabe von Stickstoff und anderen Gasen fundamental. Gase und Flüssigkeiten, die aneinandergrenzen, sind zwar sichtbar klar voneinander getrennt – aber zwischen ihnen findet immer ein Austausch statt. Gase lösen sich in der Flüssigkeit, oder treten wieder aus in die Gasphase. Das geschieht sogar andauernd, aber so lange die Drücke der einzelnen Gase in der Flüssigkeit und in der Gasphase im Gleichgewicht sind, treten in beide Richtungen pro Zeit gleich viele Atome oder Moleküle über. Netto ändert sich an der Konzentration also nichts. Anders sieht es aber aus, wenn es eine Druckdifferenz gibt. Dann wird zwischen Gas und Flüssigkeit immer ein Austausch in Richtung des niedrigeren Drucks stattfinden, so lange, bis der Druck jedes einzelnen Gases auf beiden Seiten derselbe ist. Dieser Druckausgleich lässt sich mit zwei physikalischen Prinzipien beschreiben:

„Prinzip von Le Chatelier“: Es liegt in der Natur, Zwängen auszuweichen. Wenn sich der Druck eines Gases auf der einen Seite erhöht, wird das Gas auf die Seite des geringeren Drucks ausweichen.
Am Ende dieses Prozesses wird ein Zustand erreicht, den wir beim Tauchen als „Gesetz von Henry“ kennen: Die Konzentration eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases ist proportional  zum Partialdruck des Gases über der Flüssigkeit – das ist also der Zustand, nachdem der Druckausgleich stattgefunden hat.

Wenn mehrere Gase beteiligt sind, kommt noch der gute Dalton dazu: Jedes einzelne Gas in der Mischung übt einen Teil des Gesamtdrucks aus, den Partialdruck. Ein hoher Anteil eines Gases bedeutet natürlich, dass sich auch mehr davon löst.

Je größer der Druckunterschied ist, um so schneller treten Gase aus der Luft in den Blutkreislauf und auch aus einem Gewebe mit höherem in eins mit niedrigerem Druck über.

Der Druckausgleich findet also am Anfang recht schnell, dann immer langsamer statt. Dabei ergibt eich eine langsam flacher werdende Kurve.

Was ist eine Halbwertzeit?

Die Sättigungskurve zeigt auf der Hochachse (y) die Sättigung in %, auf der Längsachse (x) die verstrichene Zeit. Jedes Gewebe erreicht nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung von 50%: Diese Zeit ist eine Halbwertzeit. Der Begriff ist für einige vielleicht im Zusammenhang mit Radioaktivität besser geläufig als beim Tauchen. Dort bedeutet eine Halbwertzeit den Zeitraum, in dem ein radioaktives Metall die Hälfte seiner Aktivität verloren hat. Solche radioaktiven Halbwertszeiten gibt es von ganz verschiedener Länge: von Sekundenbruchteilen über Stunden, Tage (beim aus tragischen Reaktorunfällen berüchtigten Jod-131) bis hin zu Milliarden Jahren wie beim natürlich vorkommenden Uran-238 und dem Müll aus der Atomenergie.

Beim Tauchen dagegen müssen wir uns zum Glück nicht mit solch extremen Zeiten herumplagen. Für uns sind Zeiträume von Minuten bis Stunden entscheidend. Also zurück zu unserem Diagramm: Wenn man die Kurve weiter verfolgt, sieht man, dass nach einer weiteren Halbwertzeit 75% der kompletten Sättigung erreicht wurden. Klar – das Gewebe hat genau so schnell wie beim ersten Mal die noch verbleibende Druckdifferenz halbiert.

Nach 6 Halbwertszeiten kommt man bei über 98% an, für unsere Zwecke kann man dann von einer vollständigen Sättigung ausgehen.

Die Entsättigung erfolgt entsprechend. Wenn der Druck auf der Gas-Seite geringer wird, treten Gase wieder aus der Flüssigkeit aus. Auch das geht zu Beginn sehr schnell, dann langsamer – aber dieser Prozess hat ein paar spezielle Tücken, wie wir im Weiteren sehen werden.

Da es mehr als nur kompliziert ist, sämtliche Modellgewebe auf einmal im Blick zu haben, werden wir erst einmal einen Blick auf die Sättigung und Entsättigung eines einzelnen Modellgewebes werfen. Hilfreich dafür ist diese grundlegende Grafik, in der auf der X-Achse der Umgebungsdruck aufgetragen ist, auf der Y-Achse der Inertgasdruck in dem Modellgewebe. Wenn der Umgebungsdruck höher ist als der Gasdruck im Modellgewebe, sättigt das Modellgewebe auf – ist der Umgebungsdruck geringer, entsättigt es. Die gestrichelte mittlere Linie zeigt den Moment, in dem der Druckausgleich vollständig stattgefunden hat.

Wir verbringen einen Tauchgang in einer gewissen Tiefe, sättigen ein Modellgewebe bis zu einem bestimmten Punkt auf – und möchten dann natürlich den Tauchgang wieder beenden. Dabei werden wir unweigerlich an irgendeinem Punkt während des Aufstiegs eine Gewebesättigung haben, die über dem Umgebungsdruck liegt. Klar, erst dann kann man entsättigen.

Die relevante Frage, eigentlich die einzig wirklich wichtige Frage ist nun: Wie weit kann man den Umgebungsdruck reduzieren, ohne dass der Stickstoff (oder ein anderes Inertgas beim Mischgas-Tauchen) im Körper Probleme verursacht? Genau darum geht es bei dem wichtigen Thema M-Werte.

Wenn man sich in unserem Diagramm den Prozess des Auftauchens vorstellt, haben wir im linken Dreieck den Bereich, den wir beim Aufstieg durchtauchen müssen: Wenn der Umgebungsdruck sinkt, liegt irgendwann der Druck im Gewebe über dem Umgebungsdruck

Wir stehen bei jedem Aufstieg vor der Frage, wie weit genau wir mit unserer momentanen Gewebesättigung gehen wollen. Dass unweigerlich ein Überdruck in verschiedenen Geweben entsteht, lässt sich nicht vermeiden. Je höher dieser Überdruck, umso größer ist auch das Risiko einer DCS – gleichzeitig ist er nun mal nötig, wenn man auftauchen will.