Gradientenfaktoren wählen
Kaffeesatz oder Wissenschaft?
In den letzten Jahren sind zunehmend Tauchcomputer auf den Markt gekommen, die mit dem Bühlmann-Algorithmus ZHL-16C rechnen. Voreingestellt finden sich mehr oder weniger plausible Paare von Gradientenfaktoren, und einige Taucher stellen selbst das ein, was sie persönlich für das Beste halten. Wenn man einfach mal online in die Runde fragt, ergibt sich eine recht interessante Bandbreite.
Wie wählen Taucher üblicherweise ihre GFs? In der Regel werden sie bei dem bleiben, was im Computer voreingestellt ist, oder das nehmen, was ihnen ihr letzter Tauchlehrer gesagt hat. Nur sehr wenige haben hinter ihrer Wahl eine begründete Entscheidung, und unter denen gibt es dann ganz unterschiedliche Positionen.
Wie können wir Gradientenfaktoren nach rationalen Kriterien wählen, und wo liegen die Grenzen des aktuellen Wissens?
Dazu erst noch einmal zur Erinnerung:
Was sind Gradientenfaktoren?
Den meisten ist dieser Plot in verschiedenen Formen schon mal begegnet. Mit ihm werden Sättigung und Entsättigung eines einzelnen Modellgewebes erklärt, und man kann daran grundlegende Konzepte recht gut erklären.
Wer sich mit Gradientenfaktoren beschäftigt, hat sicher schon verstanden, was ein M-Wert ist, und wo die M-Linie herkommt, die der Übersättigung eines Gewebes eine Grenze setzt. Der M-Wert ist immer der maximale Druck, den ein Gewebe tolerieren kann. Er setzt sich zusammen aus dem aktuellen Umgebungsdruck und der tolerierten Übersättigung. Wenn man für ein Gewebe für jeden Umgebungsdruck den M-Wert berechnet und in den Plot einträgt, kann man diese Punkte zu der M-Linie verbinden. Die M-Linie liegt in der Bühlmann-Logik nicht parallel zur Druckausgleichslinie, sondern hat eine etwas größere Steigung. Das Modell geht davon aus, dass Gewebe in der Tiefe, unter einem höheren Umgebungsdruck, eine größere Übersättigung vertragen als an der Oberfläche.
Es ist klar, dass die M-Linie keine starre Grenze ist, ab der etwas Schlimmes passiert, sondern eine Linie, die man aus plausiblen Gründen und mit einigem an Empirie dahinter in die schwammige Zone eines steigenden Risikos gezogen hat. Und genau hier kommen die Gradientenfaktoren ins Spiel: Das Risiko, das im „originalen“ Bühlmann-Modell akzeptiert wird, erscheint vielen heute als zu groß. Die meisten Menschen möchten ihre Tauchgänge grundsätzlich ein wenig sicherer gestalten.
Deshalb verschiebt man die M-Linie. Dafür nimmt man die tolerierte Übersättigung – nicht den ganzen M-Wert, sondern den M-Wert minus den Umgebungsdruck – und bestimmt einen Prozentsatz dieser Übersättigung, den man noch für vertretbar hält. Damit kann man die M-Linie im Ganzen in den sichereren Bereich schieben, die Übersättigung wird insgesamt niedriger. Oder, und das ist derzeit wahrscheinlich gebräuchlicher, man entscheidet sich, in unterschiedlichen Momenten des Auftauchens verschiedene Übersättigungen zu tolerieren. In dem Fall braucht man zwei Gradientenfaktoren: GF Low und GF High. Dargestellt wird das dann mit einem Wertepaar: erst Low, dann High, also z.B. GF 55/70.
Der GF Low bestimmt dabei den maximal akzeptierten Inertgas-Überdruck im Gewebe bei Erreichen des ersten Stopps, der GF High den maximal akzeptierten Inertgas-Überdruck im Gewebe bei Erreichen der Oberfläche. In dem Plot stellen die farbigen Linien die einfach nur verschobenen M-Linien dar, die schwarze (leicht gekrümmt) zeigt, wie die Grenze mit GF40/80 verlaufen würde.
So weit, so einfach: Man verschiebt die Grenzen weiter weg von der originalen M-Linie, und weiter von den Grenzen weg zu bleiben, führt sicher zu einem niedrigeren Risiko. Aber wie genau soll man sie nun wählen?
GF High: Niedriger ist immer besser – aber verlängert die Deko
Der GF High ist der „einfachere“ Wert. Seine Wahl hat grundsätzlich damit zu tun, wie viel Risiko man akzeptieren möchte. Je höher, umso größer ist die Übersättigung, die man am Ende des Tauchgangs in Kauf nimmt, und eine höhere Übersättigung ist eindeutig mit einem höheren DCS – Risiko verbunden.
Man weiß ja insgesamt gar nicht so viel darüber, welche Faktoren bei DCS alle mitspielen, und es gibt vieles, was sich nicht alleine mit der Übersättigung erklären lässt. Unterschiedliche Menschen reagieren anders auf dasselbe Tauchprofil, und auch derselbe Taucher kann an verschiedenen Tagen nach identischen Tauchgängen ganz unterschiedlich aus dem Wasser kommen. Was man aber hat, sind Daten aus realen Tauchunfällen.
DAN hat in einer größeren Datensammlung die Tauchprofile bei 320 DCS-Fällen analysiert.Dabei wurde aus den Profilen der maximal erreichte GF herausgezogen – meistens war das sicher der bei Erreichen der Oberfläche. Das Ergebnis: 73,7% der DCS-Fälle haben „nur“ GF zwischen 70 und 90% erreicht. Die überwiegende Mehrheit an Fällen ergab sich also, obwohl die Taucher sich an alle anerkannten Grenzen gehalten haben.
Maximal erreichter GF und DCS
Auswertung der Daten aus 320 DCS-Fällen in der DAN Datenbank: Welche maximalen Gradientenfaktoren wurden erreicht?
Bei den Daten fehlt natürlich eine extrem wichtige Information, nämlich die, wie viele Tauchgänge überhaupt in welchen Bereichen durchgeführt wurden. Wenn nur 2,5% der DCS- Fälle mit GF über 100 aus dem Wasser gekommen sind, bedeutet das ja NICHT, dass Tauchgänge, bei denen ein noch höherer Gradientenfaktor erreicht wird, sicherer seien. Die niedrigeren Zahlen dort verdanken sich der Tatsache, dass nur sehr selten Tauchgänge in diesen Bereichen durchgeführt werden. Interessant ist aber, in welchem Ausmaß sich die berichteten Fälle unterhalb eines maximalen erreichten Gradientenfaktors von ca. 60 reduzieren. Das liegt sicher nicht daran, dass diese Tauchgänge selten sind. Global wird eine sehr große Zahl von Nullzeit-Tauchgängen gemacht, oft weit weg von den Nullzeitgrenzen und mit viel Zeit im Flachen. GFs von unter 60 kommen also sicherlich in der Praxis sehr häufig vor, ohne aber entsprechend oft bei den Unfalltauchgängen aufzutauchen.
Die meisten Taucher entscheiden sich inzwischen für einen GF High zwischen 70 und 80. Oft argumentieren diejenigen, die sich für einen niedrigeren entschieden haben, sie seien ja auch nicht mehr die Jüngsten, und die meisten, die einen höheren eingestellt haben, sagen dazu, sie würden schon gerne noch ein wenig Zeit im Flachen dranhängen, wenn es sich gerade ausgeht. Dass eine geringere Übersättigung am Ende des Tauchgangs eine gute Idee ist, wenn man möglichst sicher sein möchte, hat sich inzwischen anscheinend herumgesprochen.
GF Low: Starke Meinungen, wenig gesichertes Wissen
Während ein niedrigerer GF High einen klaren, nachweisbaren und logisch nachvollziehbaren Effekt hat, begeben wir uns bei der Wahl des GF Low in einen Bereich, in dem viel spekuliert wird, weil es wenig valide Daten gibt. Den GF Low einfach niedriger zu setzen, macht den Tauchgang nicht automatisch konservativer, wie wir gleich sehen werden.
Die Idee dabei, den GF Low deutlich niedriger anzusetzen als den GF High, ist zurückzuführen auf die Blasenmodelle mit ihren tieferen Stopps und der Hoffnung, man könne durch tiefere Dekostopps das Blasenwachstum von vornherein verhindern oder zumindest kontrollieren. Das mag sogar stimmen – aber wenn man tief stoppt, sättigen hier einige Gewebe noch relevant weiter, und müssen später dann auch noch entsättigen. Die Deko wird also deutlich länger. Will man das nicht, sondern nutzt tiefere Stopps in einem gleich langen Dekoprofil wie einem mit flacheren Stopps, kommt man tendenziell mit einer höheren Übersättigung aus dem Wasser. Und das wiederum scheint wirklich aller Logik und allen Studien zufolge riskanter zu sein, als bei gleich langer Deko mit einer geringeren Übersättigung an die Oberfläche zu kommen.
Deshalb gibt es seit einigen Jahren eine Tendenz, den GF Low nicht allzu niedrig anzusetzen.
Unter den gut begründeten Vorschlägen zur Wahl des GF Low sticht einer heraus, der eine Korrektur am Modell vorschlägt. Die „originalen“ M-Linien im Bühlmann-Modell liefern ja in der Tiefe einen höheren erlaubten Inertgas-Überdruck als der, der bei Erreichen der Oberfläche akzeptabel wäre. Dabei hat Bühlmann die Linie im Vergleich zu Workmans M-Werten schon ein wenig flacher verlaufen lassen, aber auch diese Steigung wird inzwischen hinterfragt. Als prominenter Kritiker dieser Idee argumentiert neben anderen David Doolette, dass dieses Verhalten des Modells vielleicht nicht ganz dem aktuellen Stand der Erkenntnis entspricht. Man kann also versuchen, mit den Gradientenfaktoren diesen Teil des Modells ausgleichen und in jeder Tiefe dieselbe Übersättigung zu akzeptieren. Das kann man forcieren, indem man den GF Low auf 83% des GF High setzt, und diese Praxis hat inzwischen eine gewisse Verbreitung erfahren.
Ob das nun die allerbeste Idee von allen ist? Das weiß am Ende keiner. Aber: Einen einigermaßen risikoarmen GF High 70 mit einem GF Low 55 zu kombinieren kann eine ganz gute Idee sein, die in den letzten Jahren von recht vielen technischen Tauchern in etwa so praktiziert wird.
Das belgische Militär: Etwas eigen, aber auf keinen Fall sicherer
Manchen erscheint aber auch das noch zu niedrig.
Diskutiert wurde in den letzten Jahren unter Tekkies ein Paper aus Kreisen des belgischen Militärs. Das wurde teilweise rezipiert als „das Militär nimmt GF Low=GF High, und hätte GF Low sogar lieber noch höher als GF High, das ist bestimmt sicherer als das, was wir machen!“
Aber stopp – ist das wirklich so? Und was genau haben die Belgier eigentlich gemacht?
Der Ausgangspunkt war, dass das belgische Militär Shearwater Computer eingeführt hatte, und nun eine Anweisung zur Einstellung optimaler GFs erwünscht war. Bisher waren die Tabellen der US Navy und die DCIEM Tabellen die Basis, auf der Tauchgänge durchgeführt wurden, und diese Tabellen gelten als empirisch validiert und ausreichend sicher. Gesucht wurden also Wertepaare, die möglichst gut zu den genannten Tabellen passen. Dabei stellte sich dann heraus, dass Werte im ungefähren Bereich 100/75 bis 100/90 ähnliche Profile wie die der DCIEM Luft-Deko-Tabelle erzeugen.
Wichtig dabei ist, dass das Ziel nicht etwa darin bestand, die Tauchgänge so sicher wie möglich zu machen, sondern dass eine für das Militär akzeptable Balance zwischen Sicherheit und Effizienz gefunden werden sollte. Unsere Ziele, wenn wir zum Spass in unserer Freizeit tauchen gehen, können ganz andere sein.
Jetzt gibt es aber einen technischen Haken: Die Firmware der Shearwater-Computer akzeptiert keinen GF Low größer als GF High. Als Kompromiss wurde dann vorgeschlagen, GF Low und GF High symmetrisch zu wählen, mit 90/90 als demjenigen Wertepaar, zu dem unter den meisten Randbedingungen noch am ehesten geraten wurde. Ebenso erfolgte der Ratschlag, wenn eine Reduktion des Risikos gewünscht ist, die Werte symmetrisch zu verkleinern. So weit ist das auch sicherlich nicht strittig. GFs von 90/90 erzeugen eine relativ lange Nullzeit und zügige Deko, und wenn das bisher nach Tabelle gut funktioniert hat, können sie das ja weiterhin so machen.
Allerdings gibt es einen Teil dieser Studie, den wir wirklich sehr kritisch sehen. Es wurde nämlich auch dazu geraten, keine Werte kleiner als 75/75 zu verwenden.
Wie kamen sie darauf? Die Argumentation an dieser Stelle zog u.a. Studie der NEDU zu tieferen Austauchprofilen nach tiefen Lufttauchgängen aus dem Jahr 2011 heran. Die dort verwendeten Profile lassen sich in etwa reproduzieren, wenn man in der Bühlmann-Logik GF 100/40 für das Profil mit den flachen Stopps, und GF 45/70 für das mit den tieferen Stopps nimmt. Weil hier das Profil mit den flacheren Stopps deutlich besser abgeschnitten hat, wurde daraus der Schluss gezogen, der höhere GF Low sei grundsätzlich vorzuziehen.
Jetzt lässt sich ja durchaus plausibel argumentieren, dass ein niedriger GF Low nicht effizient ist, und Nachteile erzeugen kann, wenn dann im Flachen die Zeit fehlt um die Übersättigung an der Oberfläche begrenzt zu halten. Der gleich lange Aufstieg mit den tieferen Stopps hatte aber neben dem niedrigeren GF Low ja auch einen höheren GF High – eine Komponente, die man nicht einfach ignorieren kann.
Man kann daraus also nicht den Schluss ziehen, dass z.B. GFs von 60/60 gefährlicher seien als 80/80 oder 90/90. Schließlich ist und bleibt die dabei maximal erreichte Übersättigung dank des ebenfalls kleinen GF High stärker begrenzt. Es braucht einfach nur mehr Zeit, die wir beim Sporttauchen ja haben.
GF Low für Zivilisten
Was kann man bezüglich GF Low mitnehmen, wenn es darum geht, wo man denn am besten Zeit investieren sollte, die man zur Reduktion des Risikos zusätzlich aufwenden möchte? In den meisten Fällen wäre die Antwort sicherlich “bei den flachen Stopps, zur Reduktion des GF High“. Von einer Reduktion des GF Low zu Ungunsten des GF High (der also größer würde), von einer Umverteilung von Zeit von flach nach tief, möchten wir klar abraten.
GF Low mit Trimix
Wenn es nicht mehr nur um Stickstoff geht, sondern Helium ins Spiel kommt, ändert sich die Diskussion noch mal.
Bei Helium arbeitet das Bühlmann-Modell mit der Annahme, dass es 2,65 mal schneller diffundiert als Stickstoff. Daher haben alle Gewebe deutlich kürzere Halbwertszeiten, sie sättigen und entsättigen schneller. Die Gewebe, die in der Tiefe schon deutlich stärker gesättigt wurden, erfordern dann in Konsequenz tiefere erste Stopps in der Deko, um diese massivere Übersättigung langsam wieder abzubauen. Dekoprofile mit Gasen mit einem hohen Heliumanteil werden also in der Regel tiefere Stopps haben als solche mit mehr Stickstoff. Da bei diesen Stopps die langsameren Gewebe weiter sättigen – das kennen wir ja schon – müssen auch die Stopps im Flachen entsprechend länger werden, um auch diese zusätzliche Übersättigung abzubauen. Dieser Effekt ist als die „Helium Penalty“ bekannt.
Die Grundlage dafür, nämlich die Annahme, dass Helium sich im Körper so grundlegend anders verhält als Stickstoff, wird in den letzten Jahren infrage gestellt. Auch hier war es wieder eine Studie der NEDU, die relevante Hinweise geliefert hat: Bei Rebreather-Tauchgängen mit Heliox oder Trimix kam es bei gleichem Austauchprofil zu mehr DCS-Fällen bei den Trimix-Tauchern – obwohl das getauchte Profil mit Heliox als deutlich riskanter galt.
Es wird also zunehmend bezweifelt, dass die tieferen Stopps, die man mit Helium für erforderlich hält, tatsächlich notwendig sind. Der Stand der Forschung reicht aber bei weitem nicht aus, um erprobte Modelle einfach über Bord zu werfen. Wenn einige Tekkies einfach dem Tauchcomputer den Heliumanteil verschweigen, obwohl sie Trimix tauchen – eine Praxis, die unter der Hand schon mal berichtet wird – ist das nichts, was wir zur Nachahmung empfehlen würden. Was aber durchaus eine Überlegung wert ist wäre innerhalb des getesteten Modells die Stopps nicht künstlich NOCH tiefer zu machen – und das bedeutet, den GF Low höher zu setzen, als man das mit Luft machen würde.
Und was soll ich jetzt einstellen?
Was man festhalten kann: Je niedriger der GF High, umso geringer wird das Risiko. Ein sehr niedriger GF Low erscheint allen verfügbaren Daten nach nicht sinnvoll. Aber ob es nun 50/70 sein sollen, oder 75/75, oder 60/80, oder lieber 80/80 – irgendwo in diesem Bereich wird man wohl das ansiedeln, was man für vernünftig hält.
Wer schon einmal DCS hatte und versuchen möchte, gar keine Blasen entstehen zu lassen, wird vielleicht sehr niedrige GF wählen – einige haben sich entschieden, mit GF20/50 sehr langsam auszutauchen, und tauchen damit sehr zufrieden. Wer eher risikoaffin ist, wird sich für so etwas wie 60/85 entscheiden. Aber sehr viele trennen inzwischen ein Stück weit ihre Voreinstellungen von dem, was sie real tun: Nach Ende der Deko einfach noch ein bisschen länger im Flachen zu bleiben ist immer gut, und wenn man dabei den GF verfolgt, sieht man auch, wie schnell man dann doch auf 70 oder sogar 60 runterkommt – vor allem, wenn ein Dekogas dabei ist.
Manche nehmen auch unterschiedliche GF je nach Tauchgang. Anscheinend ist der selbe Gradientenfaktor nicht immer gleich riskant: Je höher die Belastung insgesamt ist, also je tiefer und länger der Tauchgang, umso höher wird auch das Risiko. Was vielleicht auch nicht ganz erstaunlich ist: Wenn man beim Aufstieg eben nicht ein Führungsgewebe hat, sondern bis tief in die mittleren Gewebe hinein viele Gewebe auf einmal an ihrer Übersättigungsgrenze sind, stellt das eine größere Belastung dar, als wenn nur ein einzelnes Gewebe gerade den Tauchgang limitiert hat. Für extremere Tauchgänge kann es sinnvoll sein, niedrigere Gradientenfaktoren zu wählen – auch wenn das die Dekompression natürlich genau da spürbar verlängert.
Die eine Einstellung, die immer und für jeden richtig ist, gibt es also nicht. Jahr für Jahr kommen an verschiedenen Punkten kleine neue Erkenntnisse dazu, und was wir in 20 Jahren für sicher halten werden, würden wir uns nicht trauen vorherzusagen.
Zum nachlesen der erwähnten Studien:
Cialoni, D., Pieri, M., Balestra, C., & Marroni, A. (2017). Dive risk factors, Gas Bubble formation, and decompression illness in recreational SCUBA diving: Analysis of DAN Europe DSL data base. Frontiers in Psychology, 8. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.01587
De Ridder, S., Pattyn, N., Neyt, X., & Germonpré, P. (2023). Selecting optimal air diving gradient factors for Belgian military divers: more conservative settings are not necessarily safer. Diving and Hyperbaric Medicine, 53(3), 251–258. https://doi.org/10.28920/dhm53.3.251-258
Doolette, D. J. (2019, May 29). Gradient Factors in a Post-Deep Stops World. InDEPTH. https://indepthmag.com/gradient-factors-in-a-post-deep-stops-world/
Doolette, D. J., Gault, K. A., & Gerth, W. A. (2015). Decompression from He-N2-O2 (Trimix) bounce dives is not more efficient than from He-O2 (Heliox) bounce dives. https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/AD1000575.pdf
Doolette, D. J., Gerth, W. A., & Gault, K. A. (2011). Redistribution of Decompression stop time from shallow to deep stops increases incidence of decompression sickness in air decompression dives. https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA561618
