Dekompressionstheorie und Tauchcomputer

Dekompressionstheorie und Tauchcomputer

Eine Einführung in die Geschichte der Dekompressionstheorie und

Übersicht der in Computern verwendeten Modelle

Riccardo P. SperrleDiplom-Physiker

2/11Riccardo P. Sperrle 2/nnDekompressionstheorie und Tauchcomputer

Ziele

• Tieferes Verständnis der Grundlagen der Dekompressionstheorie

• Die verschiedenen Modelle kennen lernen

• Sicheres Tauchen in Grenzbereichen


Nutzen

• Sicheres Tauchen in Grenzbereichen• Bessere Beratung der Kunden beim

Kauf von Tauchcomputern• Mehr Hintergrundwissen kennen• „Bessere“ Tauchlehrer sein


Überblick

• Grundlagen der Dekompressionstheorie– Physik der Gase– Physik der "Bubbles"– Physiologische Wirkung von Gasen

• Geschichte der Modelle• Die verschiedenen Modelle• "Bubble Decompression"• Tauchcomputer


Grundlagen der Dekompressionstheorie

• Kompartiment-basierte Modelle beruhen auf drei Grundannahmen:– Jedes Gewebe sättigt sich unter Druck

mit einer bestimmten Halbsättigungszeit

– Diese ist für jedes Inertgas spezifisch– Das Gewebe kann einen

Inertgasüberdruck (im Verhältnis zum Umgebungsdruck) symptomlos tolerieren


Grundlagen der Dekompressionstheorie

• Begriffe:• Druck• Partialdruck• Gesetz von Henry• Kompartiment• Physik der Blasenbildung


Geschichte

• 1667 Robert Boyle entdeckt bei Unterdruckversuchen mit Schlangen Blasen in den Augen

• Um 1850 Berichte über DCS Unfälle bei Tunnelarbeitern, die als Caisson-erkrankung bezeichnet werden

• 1857 Ernst Felix Hoppe-Seyler entdeckt das pulmonale Gasblasen Ursache der Dekompressionskrankheit sind

Robert Boyle (1627 - 1691)

Ernst Felix Hoppe-Seyler (1825 - 1895)


Geschichte

• 1878 erste systematische Unter-suchungen zur Dekompression von Paul Bert. Er identifiziert Stickstoff als Hauptbestandteil von Blasen nach einem Deko-Unfall

• 1908 publiziert John Scott Haldane gemeinsam mit Arthur E. Boycott und Guybon C. Damant „The prevention of decompressed air illness“

John Scott Haldane (1860 - 1936)

Paul Bert (1833 - 1886)


Geschichte

• 1960 entwickelte der Schweizer Bühlmann ein Mehrkomponentenmodell auf Basis von Haldane´sRechenmodellen, die ZH-L12 und -L16 (ZH für Zürich)

• 1976 veröffentlicht Merril P. Spencer seine Arbeiten über die Gasblasenbildung mittels Doppler Ultraschall Messungen

Merril P. Spencer (? - )

Albert A. Bühlmann (? - 1994)


Geschichte

• 1957 Robert D. Workman entwickelte die Idee der M-Werte im Auftrag der US-Navy bei der Entwicklung neuer Tauchtabellen

• 1986 entwickelte David E. Yount das Varying Permeability Model (VPM). Es werden erstmals Mikrokerne als Wachstumskeime für das Entstehen von Gasblasen berücksichtigt

Robert D. Workman

David E. Yount


Geschichte

• Max Hahn entwickelte auf der Basis der Arbeiten von Bühlmann Deko-Tabellen

• 1990 Bruce R. Wienke entwickelte auf der Basis des VPM das RGBM (Reduced gradient bubble model)

Bruce R. Wienke

Max Hahn (1929 - 2000)


Geschichte

• 1990 Richard L. Pyle, ein Fischexperte, beschreibt aufgrund eigener Erfahrungen den Nutzen von sogenannten „Deep Stops“

• Tissue bubble diffusion model (Gernhardt and Vann, 1990) – assumes gas transfer across bubble interface, and correlates growth with DCI statistics. Probably employed in the commercial diving sector.

Richard L. Pyle


1. Thermodynamic model (Hills, 1976) – assumes free phase (bubbles) separates in tissue under supersaturation gas loadings. Advocates dropout from deco schedule somewhere in the 20 ft zone.

2. Varying permeability model (Yount, 1986) – assumes preformed nuclei permeate blood and tissue, and are excited into growth by compression-decompression. Model patterned after gel bubbles studied in the laboratory.

3. Reduced gradient bubble model (Wienke, 1990) – abandons gel parametrization of varying parmeability model, and extends bubble model to repetitive, altitude, and reverse profile diving. Employed in recreational and technical diving meters, and basis for new NAUI tables;

4. Tissue bubble diffusion model (Gernhardt and Vann, 1990) – assumes gas transfer across bubble interface, and correlates growth with DCI statistics. Probably employed in the commercial diving sector.


Haldane´s Dekompressionsmodell

• Im Tierversuch bis 8 bar stellte Haldane fest:1. Bei erhöhtem Umgebungsdruck äquilibriert

der Stickstoffdruck in der Lunge in 0,7 sec auf das Niveau in den Alveolen

2. Der transportierte Stickstoff löst sich im Gewebe nach dem Gesetz von Henry

3. Nach einer gewissen Zeit stellt sich, abhängig vom Löslichkeitskoeffizienten alpha eines jeden Kompartimentes, ein neues Gleichgewicht (Aufsättigung) ein



• Die maximale lösliche Stickstoffmenge hängt vom Löslichkeitskoeffizienten alpha ab

• Die Geschwindigkeit hängt ab von der spezifischen Durchblutung Q ( Q/VG ( ml Blut/ml Gewebe X Zeit)) und

• Dem Anteil des Stickstoffs, den das Blut für sich behält (λ=alphaG/alphaB)=Verteilungskoeffizient



• Sättigung:– PG(N2)=PaN2(1-e-kt)

• Entsättigung:– PG(N2)=PaN2x e-kt

• Geschwindigkeitskonstante k ergibt sich aus:– k= ab/aGx Q/VG= 0,69/tH


• Aus der Erkenntnis, das sich nach Boyle-Mariottedas Volumen einer Blase bei Druckreduktion auf die Hälfte des Ausgangsdrucks verdoppelt, der Durchmesser aber nur um 26% vergrößert, leitete Haldane die sog. 2:1 –Regel ab.

• Die erste Hälfte der Dekompression kann demnach ohne Einschränkungen aufgetaucht werden, ab dort müssen Dekostufen eingehalten werden.


Geschichte

• Die britische Admiralität veränderte die Haldane-Tabellen, die bis 50m sicher gerechnet waren, von sich aus bis auf eine Tiefe von 64 m

• Die Erkenntnis, dass die kritische Aufsättigung der Gewebe nicht nur von der Halbwertzeit, sondern auch von Tiefe und Dauer des Aufenthaltes abhängt, ließ die alte 2:1 nicht grundsätzlich anwenden

• Die USA starten in den 40er Jahren eine große Untersuchungsreihe, um das Tauchen der Marine sicherer zu gestalten


Geschichte

• 1935 & 1937 untersuchten Hawkins und Yarbrough in großen Untersuchungsreihen mehrere tausend Taucher, die ohne Deko-Stops nach Tiefen von 30 –60 m auftauchten ( DCS-Rate 2,5%)

• Die Auswertung der Ergebnisse zeigte deutlich, dass für schnelle Gewebe das Dekompressionsverhältnis wesentlich höher, für langsame Gewebe wesentlich niedriger ist

• Daraufhin wurden die Haldane-Tabellen modifiziert, Dekozeiten für flache TG wurden verkürzt

• die DCS-Rate für tiefe TG stieg auf 50%


Geschichte

• 1945 stellte Aue und 1947 die US-Navy-Arbeitsgruppe um Dwyer die Yarbrough-Tabellen auf ein neues Fundament.

• Statt linearer Beziehung zwischen toleriertem Inertgasdruck und Umgebungsdruck für jedes Gewebe stellten die AG´s, gestützt auf ein kompliziertes mathematisches Modell, ein Verhältnis der Beziehungen zwischen den beiden Drücken, abhängig von den Halbwertzeiten und Tauchtiefen. Mit Hilfe eines weiteren Gewebes und einer weiteren Modifizierung für große Tauchtiefen entstanden die US-Navy Tabellen.

• DCS-Rate für alle TG von 1956 –1976 der US-Navy = 0,065%


Geschichte

• 1960 entwickelte der Schweizer Bühlmann ein Mehrkomponentenmodell auf Basis von Haldane´sRechenmodellen, die ZH-L12 und -L16 (ZH für Zürich)

• Diese Rechenverfahren gehen von zwei Annahmen aus:1. Jedes Gewebe sättigt sich unter Überdruck

mit Inertgas auf und besitzt eine bestimmte Halbsättigungszeit und

2. Einen bestimmten Inertgasüberdruck toleriert jedes Gewebe symptomlos

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