Transcript Geschichte

Dekompressionstheorie und
Tauchcomputer
Eine Einführung in die Geschichte der
Dekompressionstheorie und Übersicht
der in Computern verwendeten Modelle
Riccardo P. Sperrle
Diplom-Physiker
Ziele
• Tieferes Verständnis der Grundlagen der
Dekompressionstheorie
• Die verschiedenen Modelle kennen lernen
• Sicheres Tauchen in Grenzbereichen
Riccardo P. Sperrle
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Nutzen
• Sicheres Tauchen in Grenzbereichen
• Bessere Beratung der Kunden beim Kauf
von Tauchcomputern
• Mehr Hintergrundwissen kennen
• „Bessere“ Tauchlehrer sein
Riccardo P. Sperrle
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Überblick
• Grundlagen der Dekompressionstheorie
– Physik der Gase
– Physik der "Bubbles"
– Physiologische Wirkung von Gasen
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•
Geschichte der Modelle
Die verschiedenen Modelle
"Bubble Decompression"
Tauchcomputer
Riccardo P. Sperrle
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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
Riccardo P. Sperrle
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Grundlagen der Dekompressionstheorie
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Begriffe:
Druck
Partialdruck
Gesetz von Henry
Kompartiment
Physik der Blasenbildung
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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
Robert Boyle (1627 - 1691)
• 1857 Ernst Felix Hoppe-Seyler
entdeckt das pulmonale
Gasblasen Ursache der
Dekompressionskrankheit sind
Ernst Felix Hoppe-Seyler (1825 - 1895)
Riccardo P. Sperrle
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Geschichte
• 1878 erste systematische Untersuchungen zur Dekompression von
Paul Bert. Er identifiziert Stickstoff als
Hauptbestandteil von Blasen nach
einem Deko-Unfall
Paul Bert (1833 - 1886)
• 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)
Riccardo P. Sperrle
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• 1960 entwickelte der Schweizer
Bühlmann ein
Mehrkomponentenmodell auf Basis
von Haldane´sRechenmodellen, die
ZH-L12 und -L16 (ZH für Zürich)
Albert A. Bühlmann (? - 1994)
• 1976 veröffentlicht Merril P. Spencer
seine Arbeiten über die
Gasblasenbildung mittels Doppler
Ultraschall Messungen
Merril P. Spencer (? - )
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Geschichte
• 1957 Robert D. Workman entwickelte
die Idee der M-Werte im Auftrag der
US-Navy bei der Entwicklung neuer
Tauchtabellen
Robert D. Workman
• 1986 entwickelte David E. Yount das
Varying Permeability Model (VPM). Es
werden erstmals Mikrokerne als
Wachstumskeime für das Entstehen
von Gasblasen berücksichtigt
David E. Yount
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Geschichte
• Max Hahn entwickelte auf der Basis
der Arbeiten von Bühlmann DekoTabellen
Max Hahn (1929 - 2000)
• 1990 Bruce R. Wienke entwickelte auf
der Basis des VPM das RGBM
(Reduced gradient bubble model)
Bruce R. Wienke
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Geschichte
•
1990 Richard L. Pyle, ein
Fischexperte, beschreibt aufgrund
eigener Erfahrungen den Nutzen
von sogenannten „Deep Stops“
Richard L. Pyle
•
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.
Riccardo P. Sperrle
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1.
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4.
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.
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.
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;
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.
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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
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Haldane´s Dekompressionsmodell
• 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
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Haldane´s Dekompressionsmodell
• 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
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• Aus der Erkenntnis, das sich nach BoyleMariottedas 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.
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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
Riccardo P. Sperrle
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Geschichte
• 1935 & 1937 untersuchten Hawkins und
Yarbrough in großen Untersuchungsreihen
mehrere tausend Taucher, die ohne Deko-Stops
nach Tiefen von 30 –60 m auftauchten ( DCSRate 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%
Riccardo P. Sperrle
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19/nn
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Geschichte
• 1945 stellte Aue und 1947 die US-NavyArbeitsgruppe 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.
Riccardo P. Sperrle
• DCS-Rate für alle TG von 1956 –1976 der USDekompressionstheorie und Tauchcomputer
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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
Riccardo P. Sperrle
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