Unterkühlung als Gesundheitsrisiko beim Tauchen

Unterkühlung als Gesundheitsrisiko beim Tauchen … 1
Unterkühlung als Gesundheitsrisiko
beim Tauchen
Tauchsicherheitstage Pörtschach
19./20. September 2015
Dr. Ulrich van Laak - Medical Director Deutschland & Österreich - DAN Europe Foundation
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Kälte stellt die größte Herausforderung
für das Tauchen dar
(Jacques Cousteau, 1965)
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Abgrenzung :
Worüber ich nicht vortrage !
Aber dennoch etwas sagen will …
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Lebensgefahr bei Immersion im Kaltwasser
1. Sofortreaktion (Schock)
† Sekunden, Minuten
2. Kurzzeitreaktion
† < 30 min.
3. Unterkühlungsphase
† > 30 min.
4. Rettungsphase
† jederzeit
Immersionsschock, Ertrinken
Schwimmversagen, Ertrinken
ggf. nach vielen Stunden
Bergekollaps, „Afterdrop“
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Tauchanzug
(Immersionsanzug)
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Thermisch isolierende Schicht zwischen
Körperoberfläche und umgebendem Wasser,
als bewährte Technik,
über die wir immer mehr lernen
und auf die andere vor uns
auch schon gekommen sind .....
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„Gelegenheitsatmer“ Weddell-Robbe:
2 bis 10 mm dicke Wasserschicht im
Pelz: Prinzip Nasstauchanzug !
Max. 600 Meter, max. 70 Minuten,
bei bis zu - 1,9 °C Wassertemperatur.
Foto: Ingeborg Rieck
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Isolierende Luftschicht im Federkleid :
Prinzip Trockentauchanzug !
Myoglobin-haltigste Bewegungsmuskulatur
im Tierreich.
Foto: mare
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Kältephysiologische Grundüberlegungen
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Thermoneutraltemperatur beim
Sporttauchen ohne Schutzanzug
(„Wohlfühlzone, nackt“)
In Ruhe:
34 bis 36 °C.
Unter Belastung:
32 °C.
[ Unter Höchstbelastung (Schwimmer, Eiswasser-Challenge) bis zu 35 min in minus 1,9 °C ]
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5 °C Wassertemperatur
Abb.: Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt
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Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit λ (Lambda) gibt den
Wärmestrom an, der bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin (K) durch eine 1 m²
große und 1 m dicke Schicht eines Stoffs geht.
Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist W/(mK).
Je kleiner λ ist, umso besser ist das Isolationsvermögen eines Stoffes.
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Wärmeleitfähigkeit bei Immersion
Luft:
Wärmeleitfähigkeit (λ) = 0,026 W/mK.
Wasser:
Wärmeleitfähigkeit (λ) = 0,598 W/mK.
 Wasser leitet Wärme etwa 23 x besser als Luft !
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Ströme der Wärmeabgabe (Taucher)
- Leitung (Konduktion)
Austausch über direkten Kontakt Haut  Medium.
- Strömung (Konvektion)
Abgabe über forcierte Strömungsvorgänge, z. B. Kaltwassereintritt bei schlecht sitzendem Nasstauchanzug.
- Strahlung (Radiation)
IR-Abstrahlung vom warmen zum kalten Medium.
- Verdunstung (Evaporation)
Verdampfungswärme durch Schwitzen.
- Atmung
Erwärmung und Befeuchtung (belastungsabhängig).
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Einfluss auf den Wärmeverlust bei Tauchern
Wasser:
- Temperatur.
- Wärmeleitung (> 23 x gegenüber Luft).
Taucher:
- Dicke Neoprengewebe Tauchanzug.
- Passform Nasstauchanzug.
- Nässe im Trockentauchanzug.
- Dicke Unterhautfettgewebe („Biopren“).
- Hoher Body-Mass-Index.
- Hauttemperatur (individuell, Gewöhnung).
- Körperliche Arbeit.
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Kältestress beim Tauchen
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Kältestress & Atemgasverbrauch
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KKT °C
Funktionseinschränkungen
36-37
Leichtes Frösteln, Kältegefühl der Haut, Vasokonstriktion der Haut.
Ansteigender Sauerstoffverbrauch und damit Atemgasverbrauch.
Ansteigen der Muskelspannung im EMG].
35-36
Gelegentliches Kältezittern in Ruhe, nicht bei körperlicher Aktivität.
Periodisches Kältezittern mit Übergang zum unkontrollierten Kältezittern.
Mit auf 200 bis 500 % des Ruhebedarfs massiv gesteigerter Sauerstoffverbrauch und
damit Atemgasverbrauch.
34-35
Sensorische und motorische Einschränkungen.
Kognitive und beginnende neurologische Einschränkungen.
33-34
Eingetrübtes Bewusstsein, beginnende Halluzinationen, Wahnvorstellungen und
Trugbilder.
32-33
Beginnende Herzrhythmusstörungen.
30-32
Massiv eingeschränkte motorische Funktionen.
Verlust des Schmerzempfindens.
Abgleiten in die Teilnahmslosigkeit.
Beginn der lebensgefährlichen Phase bezogen auf die KKT allein.
Anzeichen und Symptome einer Unterkühlung
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Kältestress & Dekompression
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Risiko  für Dekompressionsunfall
Tiefe, lange, grenzwertige TGe.
Wiederholungs- und Sättigungs-TGe.
Schnelle Aufstiege.
Flüssigkeitsmangel.
Unterkühlung (Unterhautfett-) Gewebe.
„Shit happens“.
„Veranlagung“.
Rechts-Links-Shunts, Lunge oder „PFO“.
Rückflug < 24 (36 bis 48) Std.
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Kältestress, Immersion & Dehyration
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Dtsch Med
Journ 1955
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Blutumverteilung bei Immersion
500-1.000 ml Blut aus dem peripheren
Venensystem verlagern sich
in den Brustraum
„Blut-Pooling“:
Lungengefässe, Vena Cava
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Immersion im Wasser
Gauer-Henry-Reflex („Vorhof voll, Blase voll“)
zu
10
00
m
l!
!
Baden.
Schwimmen.
Stehen oder Waten im Wasser.
Aqua-Jogging.
Schnorcheln.
Apnoe-Tauchen.
Tauchen mit Atemregler.
ak
ut
bi
s
-
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Kälteinduzierte Diurese, cold induced diuresis (CID)
- Frieren  periphere Vasokonstriktion
als Schutzmechanismus.
- Zentrales Blutvolumen 
durch kältebedingte Vasokonstriktion.
- Diuretischer Effekt.
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Kardiogene Gefahren im und unter Wasser
- Herz-Vorlast  
durch Immersionseffekte,
über kälteinduzierte zentrale Blutflusserhöhung.
hung
- Herz-Nachlast 
durch kältebedingte Vasokonstriktion.
- Arrhythmieauslösung
Tauchreflex, Präexzitation, langes QT-Syndrom.
- Abfrage von Leistungsreserven
durch physischen und psychischen Stress.
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Kältestress & Überdehnung der Lungen
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Dekompressionsunfall
Decompression Illness
DCI
Arterielle Gasembolie
Arterial Gas Embolism
AGE
Dekompressionskrankheit
Decompression Sickness
DCS
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Dekompressionsunfall
Decompression Illness
DCI
Arterielle Gasembolie
Arterial Gas Embolism
AGE – 5% der schweren Ereignisse
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Gesetz von Boyle-Mariotte
- p x V = constant
- p1 x V1 = p2 x V2
- Beispiel Tauchen:
5
30 m
10
10 m
20
Oberfläche
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1. Luftembolie ins ZNS.
2. Pneumothorax.
3. Spannungspneumotorax.
4. Mediastinalemphysem.
5. Subkutanemphysem.
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Gefahr Überdehnung der Lungen
Atemweg frei 
Atemwege beeinträchtigt:
Riss Lungenbläschen 
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Air trapping  AGE
- Kalte, trockene Atemluft.
- Kälte-induziertes Asthma.
- Bronchokonstriktion.
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Kältestress & verminderte Leistungsfähigkeit
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KKT °C
Funktionseinschränkungen
36-37
Leichtes Frösteln, Kältegefühl der Haut, Vasokonstriktion der Haut.
Ansteigender Sauerstoffverbrauch und damit Atemgasverbrauch.
Ansteigen der Muskelspannung im EMG].
35-36
Gelegentliches Kältezittern in Ruhe, nicht bei körperlicher Aktivität.
Periodisches Kältezittern mit Übergang zum unkontrollierten Kältezittern.
Mit auf 200 bis 500 % des Ruhebedarfs massiv gesteigerter Sauerstoffverbrauch und
damit Atemgasverbrauch.
34-35
Sensorische und motorische Einschränkungen.
Kognitive und beginnende neurologische Einschränkungen.
33-34
Eingetrübtes Bewusstsein, beginnende Halluzinationen, Wahnvorstellungen und
Trugbilder.
32-33
Beginnende Herzrhythmusstörungen.
30-32
Massiv eingeschränkte motorische Funktionen.
Verlust des Schmerzempfindens.
Abgleiten in die Teilnahmslosigkeit.
Beginn der lebensgefährlichen Phase bezogen auf die KKT allein.
Anzeichen und Symptome einer Unterkühlung
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Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Riera et al. 2014
- 10 ♂ Kampfschwimmer,
- 5,5 mm Wetsuit & 3 mm Unterzieher,
- TWasser 34, 18 & 10 °C,
- 6 h statische Exposition.
Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Riera et al. 2014: Mittel Tre (°C)
Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Riera et al. 2014: Mittel Tsk (°C)
Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Riera et al. 2014: Verbrauch O2
Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Riera et al. 2014 Ergebnisse
- 6 h Exposition ohne medizinische Risiken, subjektiv
problemlos toleriert, individuelle Kompensation.
- Bei 18 & 10 °C Unbehaglichkeit, vornehmlich Kältezittern peripher, bis zu 1 °C KKT .
- TExtr  & thermoregulatorisch bedingte Ermüdung
beeinträchtigt Einsatzfähigkeit gegen Ende und + 4 h
nach Exposition.
Riera et al.: Thermal and Metabolic Response of Military Divers During a 6-Hours Static Dive in Cold Water.
Aviation Space Environm Med 2014; 85: 509-517.
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Handfertigkeit
- Dreifinger Handschuhe (Material; Rubatex G-231-N
(Stickstoffaufgeschäumtes) Neopren):
signifikante Einschränkungen in Bezug auf Greifkraft
(23%), taktile Sensitivität (35%) und Handfertigkeit (45%).
- Durch die Kompresssion des Neoprens Verbesserung
von Greifkraft und Handfertigkeit auf 40 m Wassertiefe.
- Gesamteffekt von Druck, Handschuhen und Kälte:
Verminderung der Greifkraft um 30% und um 40% bei der
taktilen Sensitivität und Handfertigkeit.
Handfertigkeit
Morrison JB, Zander JK. Factors influencing manual performance in cold water diving. Defence R&D Canada.
Contract no. W7711-997606. Toronto, 2008.
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Handfertigkeit
Morrison JB, Zander JK. Factors influencing manual performance in cold water diving. Defence R&D Canada.
Contract no. W7711-997606. Toronto, 2008.
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KKT 37 °C  36 °C
Abnahme psycho- (motorischer) Fähigkeiten
Fingerfertigkeit,
Oberflächen- und Tiefensensibilität,
Kurzzeitgedächtnis.
-
-
Stang PR, Wiener EL. Diver Performance in Cold Water. Human Factors 12 (4), 391399, 1970.
Biersner, RJ. Motor and Cognitive Effects of Cold Water Immersion under Hyperbaric
Conditions. Human Factors 18 (3), 299-304, 1976.
Coleslaw SR, van Someren RN, Wolff AH et al. Impaired memory registration and
speed of reasoning caused by low body temperature. J Appl Physiol Respir Environ
Exerc Physiol 55, 27-31, 1983.
Baddeley AD, Cuccaro WJ, Egström GH et al. Cognitive Efficiency of Divers Working
in Cold Water. Human Factors 17(5), 446-454, 1975.
Mahoney CR, Castellani J, Kramer FM et al. Tyrosine supplementation mitigates
working decrements during cold exposure. Physiol Behav 92, 575-582, 2007.
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„Silent Hypothermia“ (Hypothese)
-
Längeres, langsames, mildes Auskühlen.
Vergleichsweise warmes Wasser (20 bis 28 °C).
Kampfschwimmer II. WK und wissenschaftliche
Taucher.
Defizite in Auftragserfüllung, Kurzzeitgedächtnis .
„Silent Hypothermia“ könnte ohne Kältezittern und
somit ohne autonome Wärmeproduktion ablaufen.
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Größenordnung der Wärmeenergieverluste
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Tauchanzug
Thermisch isolierende Schicht zwischen
Körperoberfläche und umgebendem Wasser,
als bewährte Technik,
über die wir immer mehr lernen .....
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Aufgeschäumtes Neoprenmaterial (N2)
Wasser:
Wärmeleitfähigkeit (λ) = 0,598 W/mK.
N2-Füllung: Wärmeleitfähigkeit (λ) = 0,026 W/mK.
 Neopren leitet Wärme etwa 23 x schlechter als
Wasser !
7mm NTA auf 0 m:
λ = 0,049 W/mK.
7mm NTA auf 30 m :
λ = 0,088 W/mK.
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Definition Modellperson
(statistisch gemittelt)
- 69 kg Gewicht,
- 173 cm Köperlänge,
- 1,82 m² Körperoberfläche.
- TG: NTA , 7mm, 30 m, 20 min, Rechteck.
Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt. Wärmeenergieverlust und Kälteschutz beim Tauchen. CAISSON 2011; 26(1):4-9.
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Abb.: Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt
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Energieverluste
NTA Konduktion
508 kJ
NTA (Erwärmung Wasserschicht *) 76 kJ
Atemarbeit
Erwärmung Atemluft
1 kJ
134 kJ
Befeuchtung Atemluft
Strahlung
55 kJ
13 kJ

790 kJ
(Grundumsatz/Tag
1700 kJ)
*) ggf. sehr viel mehr bei schlecht sitzendem Anzug
Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt. Wärmeenergieverlust und Kälteschutz beim Tauchen. CAISSON 2011; 26(1):4-9.
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Abb.: Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt
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Abb. (Diagramm): Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt
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Abb.: Dipl.-Phys. Dr. Dietmar Berndt
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 Beeinträchtigung der Tauchsicherheit
durch milden Kältestress (1)
-
Ermüdung 
Kurzzeitgedächtnis 
Auftragserfüllung 
Greifkraft und Handfertigkeit 
Performance unter Wasser 
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 Beeinträchtigung der Tauchsicherheit
durch milden Kältestress (2)
-
O2- und damit Atemgasverbrauch 
Deko-Risiko  durch N2-Retention
Deko-Risiko  durch Immersions- und
kältebedingte Diurese
AGE-Risiko  durch Air trapping
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 Beeinträchtigung der Tauchsicherheit
durch milde („stille“) Unterkühlung
-
Leitung > Atmung > Strömung (90 %)
Viele Einfluss nehmende Variablen
NTA reicht bei Kaltwasser rasch nicht mehr aus
Optimal: TTA + Kreislaufgerät + Argonisolation
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