Geräte-Tauchen bei Asthma und COPD

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Gewisse Grundvorraussetzungen erfüllend, sind Asthma und COPD keine absoluten Ausschlusskriterien mehr für Patienten, die Geräte-Tauchen möchten.

Geräte-Tauchen und seine gegenwärtige Bedeutung: Der Tauchsport erfreut sich wachsender Beliebtheit. 22 Millionen Menschen weltweit sind Geräte-Taucher (SCUBA-Divers = self contained underwater breathing apparatus). 2,7 Millionen Taucher machen zumindest einen Tauchurlaub pro Jahr. Aktive Taucher finden sich in allen Altersklassen. Zwei Drittel der Taucher sind männlich. Das Durchschnittsalter bei Tauch-Zertifizierung beträgt bei Männern 30, bei Frauen 27 Jahre.

 

Physiologische Veränderungen in der Lunge beim Tauchen

Die Lunge ist beim Geräte-Tauchen unterschiedlichen physikalischen Einflüssen ausgesetzt. Relevante physiologische Veränderungen sind bedingt durch den Umgebungsdruck, die Partialdrucke der Atemgase, die Dichte des Gases, die Löslichkeit und Toxizität des Atemgases.

Während der Mensch in der Luft auf Meeresniveau einem Umgebungsdruck von ca. 1 bar ausgesetzt ist, steigt im Wasser der Druck, der auf den Organismus einwirkt mit zunehmender Wassertiefe rasch an. Das ist bedingt durch die hohe Dichte des Mediums. Die Druckzunahme erfolgt linear. Pro 10 m Wassertiefe entsteht 1 bar zusätzlicher Druck. Da im menschlichen Körper luftgefüllte kompressible Hohlräume vorhanden sind, wirkt sich eine Druckänderung auf das Volumen dieser Räume aus. Das Boyle-Mariotte´sche Gasgesetz beschreibt diesen Zusammenhang: p.V=konstant. Das bedeutet, dass in einem geschlossenen System bei Verdopplung des Drucks das Volumen halbiert wird. Umgekehrt dehnt sich ein Gas, das unter erhöhtem Druck ein bestimmtes Volumen ausfüllt, bei Verminderung des Drucks aus. Was geschieht in der Lunge eines Tauchers, der auf 10 m Wassertiefe aus einem Tauchgerät atmet? Das Gesamtvolumen seiner Lunge, die TLC (Total lung capacity) beträgt bei einem Druck von 2 bar etwa 6 Liter. Steigt der Mensch an die Wasseroberfläche auf, so dehnt sich das Gas in der Lunge auf 12 Liter aus, sofern der Taucher nicht ausatmet. Kommt es aus irgendeinem Grund zum Verschluss der Atemwege oder eines Teilabschnitts, so führt das zu einem Barotrauma des Atemorgans.

Das Atemgas in einem Tauchgerät besteht in der Regel aus Luft mit 21% Sauerstoff und 79% Stickstoff. Der Partialdruck eines Gases steigt direkt proportional zum Umgebungsdruck und die Konzentration eines Gases in einer Flüssigkeit ist direkt proportional zum Partialdruck im Gas über der Flüssigkeit (Henry Gesetz p=k.c). Dieses physikalische Gesetz erklärt das Phänomen der Dekompressionserkrankung: Im Gewebe lösen sich während eines Tauchgangs Inertgase (Stickstoff). Beim Auftauchen (Sinken des Umgebungsdrucks) wird der Stickstoff wieder aus der Lösung in die Gasphase übertreten. Wenn die entstehende Gasmenge ein gewisses Maß übersteigt, entstehen Bläschen, die lokal Gewebsveränderungen hervorrufen aber auch mit dem Blut transportiert werden und zu Gasembolien führen. Durch kontrolliertes Aufsteigen kann eine Kompressionserkrankung verhindert werden. Taucher verwenden Tabellen oder Tauchcomputer, die ihnen die Berechnung eines gesundheitsverträglichen Aufstiegs erleichtern. Seit einigen Jahren wird die Verwendung von NITROX (ein Atemgas mit bis zu 32% Sauerstoffanteil und Stickstoff) vermehrt eingesetzt um diesem physiologischen Vorgang entgegenzuwirken. Die Zahl der Dekompressionserkrankungen bei Sporttauchern ist seitdem deutlich rückläufig.

Die Atemarbeit während eines Tauchgangs ist aus verschiedenen Gründen erhöht: Aufgrund des Umgebungsdrucks steigt die Dichte des Atemgases mit zunehmender Tiefe an. Gleichzeitig wirkt sich der hydrostatische Druck auch mechanisch auf die Atmung aus. Hinzu kommt noch, dass auf Grund der Immersion Blut aus der Peripherie in den Thorax verschoben wird, wodurch das Lungenvolumen reduziert wird. Auch der Atemregler selbst erhöht die Atemarbeit.

Schließlich möchte ich noch ein weiteres physikalisches Gesetz aus der Thermodynamik (Joule-Thomson-Effekt) zitieren, das ebenfalls Auswirkungen auf die Lunge beschreibt. Der Gerätetaucher führt sein Atemgas in einer Druckflasche mit sich. Das Gas in der Flasche hat einen Fülldruck von ca. 200bar. Dieser Druck wird durch zwei Stufen auf den Umgebungsdruck reduziert. Bei der Dekompression dieses Gases auf beispielsweise 20 bar, kühlt dieses um 45 Grad ab. Kalte trockene Luft kann bei Personen mit hyperreagiblen Bronchialsystem eine Atemwegsobstruktion auslösen.

Beurteilung der Lunge im Rahmen der Tauchtauglichkeitsuntersuchungen für Sporttaucher

Hinsichtlich der Morbidität und Mortalität beim Sporttauchen, spielt die Lunge eine zentrale Rolle. Das Ertrinken ist die häufigste Todesursache beim Tauchen. Aber auch bei nicht tödlichen schweren Tauchunfällen ist die Lunge oft das Erfolgsorgan (pulmonales Barotrauma mit oder ohne arterielle Gasembolie).

Die Spirometrie ist eine einfache Untersuchung der Lunge und Atemwege. Sie kann das Vorliegen einer Atemwegsobstruktion aufdecken ist jedoch zum Ausschluss zystischer oder bullöser Veränderungen nicht geeignet. Die bodyplethysmografische Untersuchung kann hier zusätzliche Informationen liefern. Die bildgebende Diagnstik ist in dieser Fragestellung überlegen (Thoraxröntgen und/oder CT).

Folgendes diagnostisches Prozedere halte ich bei der Tauchtauglichkeitsuntersuchung für angemessen:

Jeder Proband erhält eine ausführliche Anamnese hinsichtlich durchgemachter Atemwegserkrankungen, eine klinische Untersuchung und kleine Spirometrie mit grafischer Darstellung der Fluss/Volumenkurve (ohne Grafik ist keine zuverlässig Aussage zur Obstruktion möglich)

Bei normaler Lungenfunktion FEV1 größer 80% v. Soll und fehlendem Obstruktionsbild in der Fluss/Volumenkurve ist eine Tauchtauglichkeit aus pneumologischer Sicht gegeben, außer der Proband

    • ist jünger als 16 Jahre
    • ist Raucher, Exraucher
    • anamnestische Lungenerkrankung
    • akute Lungenerkrankung
    • Z.n. Spontanpneumothorax

Bei Probanden jünger als 16 Jahre sollte eine unspezifische bronchiale Hyperreaktivitätstestung durchgeführt werden (Methacholinprovokation). Bei positivem Test sollte vom Tauchen abgeraten werden (Siehe Abschnitt: Die Lunge beim kindlichen Taucher).

Bei Rauchern, Exrauchern und Probanden mit akuten oder anamnestischen Lungenerkrankungen ist ein Thoraxröntgen erforderlich. Bei unauffälligem Thoraxröntgen und normaler Spirometrie und Bodyplethysmografie ist auch bei diesen das Tauchen gestattet. Bei pathologischer Bodyplethysmografie ist eine CT anzustreben um eine bullöses Lungenempysem auszuschließen.

Probanden mit anamnestischem Spontanpneumothorax dürfen in der Regel, wegen des hohen Rezidivriskikos nicht tauchen. Als einzige Ausnahme gilt die beidseitige offene Pleurektomie im Zuge der Pneumothoraxbehandlung.

Bei anamnestischen Lungenerkrankungen sind als grundsätzliche Überlegung für die Tauchtauglichkeit zwei Fakten zu beurteilen: liegt eine Atemwegsobstruktion vor (siehe Abschnitt 5) oder bestehen strukturelle Veränderungen am Lungenparenchym (Zyten, Narben, etc.) die ein pulmonales Barotrauma begünstigen oder den Gasaustausch beeinträchtigen könnten. In letzteren Fällen ist vom Tauchsport abzuraten.

Geräte-Tauchen und die Lunge beim tauchenden Kind

Die wachsende Beliebtheit des Tauchsports hat naturgemäß zur Folge, dass immer mehr Kinder tauchen. Es wird angenommen, dass für Kinder, das mit dem Tauchen verbundene Gesundheitsrisiko erhöht ist. Die Auswirkung des Geräte-Tauchens auf die Lunge von Kindern wurde von Winkler et. al. 20101) untersucht. Einerseits wurde der Effekt einer Belastungsprovokation unter Kaltluftatmung auf verschiedene Obstruktionsparameter (FEV1, FVC, FEV1/FVC, MEF25 und MEF50) getestet, anderseits der Einfluss des Tauchens. In beiden Fällen kam es zu signifikanten Lungenfunktionsveränderungen. Die Veränderung der Lungenfunktion bei der Belastungsprovokation war jedoch leider kein Prädiktor für die Lungenfuntionsverschlechterung beim Tauchen. Bei 19% der 10 bis 13jährigen Kinder konnte ein FEV1 Abfall von mehr als 10% nach dem Tauchen festgestellt werden.

Eine neuere Studie von Wollin 20113) bestätigt die Ergebnisse Winklers.. Bei der Untersuchung von 41 Kindern im Alter zwischen 8 und 14 entwickelten 12% eine reverible Lungenfunktionsstörung beim Tauchen. Die Autoren empfehlen bei Kindern eine unspezifische bronchiale Hyperreaktivitätstestung vor der Ausübung des Tauchsports.

Geräte-Tauchen und obstruktive Atemwegserkrankungen (Asthma und COPD)

Asthma galt lange Zeit als Kontraindikation für das Gerätetauchen. Statistiken zeigen auch ein erhöhtes Risiko einen tauchspezifischen Unfall zu erleiden, wenn ein Asthma bronchiale vorliegt. Die Häufigkeit der Erkrankung einerseits und die guten Behandlungsmöglichkeiten anderseits, lassen es zweckmäßig erscheinen die Tauchtauglichkeit von Asthmatikern heute differenziert zu beurteilen. In den Guidelines der BTS (British Thoracic Society) gelten Asthmatiker dann für nicht tauchtauglich, wenn sie nach Anstrengung, Kälteexposition oder emotionalem Stress giemen. Ausnahmen sind Menschen mit Asthma, die mit oder ohne inhalative Glucocorticoide (IGC) frei von Asthmasymptomen sind, eine normale Lungenfunktion (FEV1 > 80% v. Soll und eine FEV1/VC Ratio von >70%) haben und eine negative Belastungsprovokation (<15% Abfall des FEV1 nach Anstrengung)4 . Das Asthma sollte mittels Peakflow Messungen 2 Mal tgl. monitiert werden und immer dann auf das Tauchen verzichtet werden, wenn ein SABA (short acting betamimetic agent) in 48 Stunden vor einem geplanten Tauchgang erforderlich gewesen ist. Weiters sollte nicht getaucht werden, wenn der PEF den Bestwert um mehr als 10% unterschreitet oder ein erhöhte circadiane Peakflow Variabilität besteht (BTS Guidelines 2003).

Heute erscheint eine Definition des „tauchtauglichen Asthmatikers“ nach GINA Kriterien einfacher und zweckmäßiger. Ein Patient mit kontrolliertem Asthma nach GINA kann tauchen: Folgende Kriterien definieren ein „kontrolliertes Asthma“: Asthmasymptome tagsüber 2mal oder seltener pro Woche. Keine nächtlichen Asthmasymptome. Keine Einschränkung der Aktivitäten. Verwendung von LABAs 2mal oder seltener pro Woche. Lungenfunktion normal (FEV1 größer 80% v. Soll). Keine Exacerbationen. Alle angegebenen Kriterien müssen erfüllt sein.

Bei COPD liegt im Unterschied zum Asthma keine erhöhte unspezifische bronchiale Reagibilität vor. Die Atemnot tritt nicht anfallartig auf. Bei der Beurteilung der Tauchtauglichkeit müssen aber zwei andere Aspekte berücksichtigt werden. Einmal der Schweregrad der Erkrankung, zum anderen das Vorliegen eines Lungenemphysems, insbesondere mit zystischen oder bullösen Strukturalterationen.

Patienten mit Stadium I und II nach GOLD 2007 können in der Regel tauchen, wenn mit bildgebenden Verfahren keine bullösen oder zystischen Veränderungen dargestellt werden können (Thoraxröntgen, ev. CT). Im Stadium III und IV ist die Leistungsfähigkeit bei den meisten Patienten das tauchlimitierende Kriterium. Sollte diese aber gegeben sein, sollten in jedem Fall ein Thoraxröntgen oder eine Thorax CT durchgeführt werden. 5)6)

Die anstrengungsassoziierte Bronchokonstriktion (Exercise-induced Bronchoconstriction: EIB)

Soll eine Belastaungsprovokation im Rahmen einer Tauchtauglichkeitsuntersuchung durchgeführt werden? Die Guidelines der British Thoracic Society schlagen diese Untersuchung vor. Aus grundsätzlichen Überlegungen zur Physiologie der Atmung aus Tauchgeräten erscheint diese Untersuchung angezeigt, da bei der Testung der Proband kalte Luft unter Belastung inhaliert, das ist eine vergleichbare Situation wie die Atmung aus einer Pressluftflasche: die Luft ist kalt und trocken, dazu kommt die körperliche Anstrengung beim Tauchen. Es liegt hier ein klassischer indirekter Stimulus zur Auslösung einer Bronchokonstriktion vor. An dieser Stelle erscheint es mir wichtig, die Unterschiede zwischen zwei unterschiedlichen Arten von Provokationsstimuli, nämlich direkten Stimuli und indirekten kurz zu erörtern 7).

Direkte Auslöser sind beispielsweise Acetylcholin, Methacholin, Histamin und Leukotriene C4/D4/E4, indirekte Auslöser sind hyper- oder hypotone Aerosole, isokapnische Hyperventilation, Bradykinin, Propanolol und Anstrengung. Im Unterschied zu direkten Stimuli, wo Effektorzellen (glatte Muskelzellen, Bronchialendothel, schleimproduzierende Zellen) direkt zur Atemflusslimitierung führen, sind bei den indirekten Stimuli intermediäre Zellen (neuronale oder inflammatorische Zellen, z.B. Mastzellen) zwischengeschaltet. Die Methacholinprovokation ist geeignet Asthmatiker von Nichtasthmatikern zu trennen. Die Belastungsprovokation hingegen dient der Bestätigung von Anstrengungsasthma oder EIB.

Da eine standardisierte Belastungsprovokation methodisch sehr aufwendig ist (um vergleichbare Ergebnisse zu liefern, müssen Lufttemperatur und Feuchtigkeit standardisiert sein) sind andere Techniken der indirekten Stimulation zu bevorzugen. Die Provokation mit 4,5%iger Kochsalzlösung ist beispielsweise gut dafür geeignet. Ein Proband, der auf diese hypertone Aerosole reagiert, hat typischerweise ein Exercise-induced Asthma. Die Osmolarität dieses Aerosols liegt knapp über der von Meerwasser und erscheint auch deshalb geeignet für das Screening von SCUBA Tauchern. Zwischen osmotischer (4,5% NACl) Provokation und Exercise-induced Asthma besteht eine gute Korrelation 9)10) .

Ich halte daher die Durchführung einer indirekten Atemwegsprovokation für eine sinnvolle Ergänzung zur pneumologischen Tauchtauglichkeitsuntersuchung. Methodisch einfach ist die hypertone Aerosolinhaltion, wie beispielsweise mit 4,5%iger Kochsalzlösung, die ich der Belastungsprovokation vorziehe.

Beurteilung der Tauchtauchtauglichkeit bei positiver osmostischer Provokation

Die Schwere und Häufigkeit einer EIB ist von 4 Faktoren abhängig: dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft, der Lufttemperatur, dem Ausmaß der Anstrengung und dem letzten Auftreten einer entprechenden anstrengungsassoziierten Symptomatik. Als Auslösemechanismus wird angenommen, dass die Austrocknung der Atemwege durch die Hyperventilation bei Belastung zustande kommt. Es muss eine große Luftmenge in kurzer Zeit auf das Feuchtigkeitsniveau im Alveolarraum (100% relative Luftfeuchtigkeit) gebracht werden. Der Wasserverlust entsteht dabei einerseits durch die Abkühlung der großen Atemwege und anderseits durch die Austrocknung der Mucosa. Man nimmt an, dass eine vorübergehende Hyperosmolarität der periziliären Flüssigkeit und/oder ein Ödem der Atemwege zur Obstruktion führt.

Für Gerätetaucher ist aber folgender Aspekt entscheidend: Nicht die Abkühlung der Atemwege ist der entscheidenende Obstruktionsauslöser, sondern die Wiedererwärmung. Das ist der Grund, weshalb die EIB erst nach der Belastung, bzw. nach deutlicher Reduktion der Belastungsintensität auftritt. Beim Tauchen aber bleiben die physikalischen Bedingungen über den gesamten Tauchgang hinsichtlich der kalten und trockenen Atemluft gleich. Das Auftreten eines Asthmaanfalls ist also erst am Ende eines Tauchgangs zu erwarten. Die EIB ist außerdem behandelbar. Mehrere Studien bei Kindern und Erwachsenen konnten zeigen, dass eine zumindest 3 wöchige Inhaltion von Glucocorticosteroiden eine EIB gut verhindern kann. 11)12)13)

Empfehlungen für die Begutachtung der Tauchtauglichkeit von Asthmatikern und Kindern

bei negativer osmotischer Provokation (auch unter Therapie mit inhalativen Glucocorticosteroiden) ist das Tauchen gestattet, sofern die übrigen Kriterien der BTS Guidelines (s. Punkt 5) erfüllt sind. Bei positivem Test sollte eine Therapie mit inhaltiven Glucocorticosteroiden erfolgen und das Tauchen unter laufeender Therapie nach 3 Wochen gestattet werden, wenn die übrigen Kriterien der BTS Guidelines erfüllt sind.

Literatur:

1. Winkler BETetzlaff KMuth CMHebestreit H.: Pulmonary function in children after open water SCUBA dives. Int J Sports Med. 2010 Oct;31(10):724-30.
2. Lemaître FTourny-Chollet CHamidouche VLemouton MC. Pulmonary function in children after a single scuba dive. Int J Sports Med. 2006 Nov;27(11):870-4.
3. Wollin PChristmann MKroker AZielen S. Lung function testing in children before and after an age-adapted SCUBAdive in a swimming pool. Pneumologie. 2011 May;65(5):308-13.
4. Thorax 2003; 58:3-13 doi:10.1136/thorax.58.1.3. British Thoracic Society guidelines on respiratory aspects of fitness for diving
5. Simpson G. Primary lung bullae and scuba diving. SPUMS J1998;28:10–12.
6. Mellem H, Emhjellen S, Horgen O. Pulmonary barotrauma and arterial gas embolism caused by an emphysematous bulla in a SCUBA diver. Aviat Space Environ Med 1990;61:559–62.
7. Rundell KWJenkinson DM. Exercise-induced bronchospasm in the elite athlete. Sports Med. 2002;32(9):583-600.
8. J. Van Schoor, G.F. Joos, R.A. Pauwels: Indirect bronchial hyperresponsiveness in asthma: mechanisms, pharmacology and implications for clinical research. Eur Respir J 2000; 16: 514-533.
9. Belcher NG, Rees PJ, Clark TJ, Lee TH. A comparison of the refractory periods induced by hypertonic airway challenge and exercise in bronchial asthma. Am Rev Respir Dis 1987; 135: 822-825.
10. Joos GFO’Connor BAnderson SDChung FCockcroft DWDahlén BDiMaria GForesi AHargreave FEHolgate ST,Inman MLötvall JMagnussen HPolosa RPostma DSRiedler JERS Task Force. Indirect airway challenges. Eur Respir J. 2003 Jun;21(6):1050-68.
11. Henriksen JM. Effect of inhalation of corticosteroids on exercise induced asthma: randomised double blind crossover study of budesonide in asthmatic children. BMJ 1985; 291: 248-249.
12. Waalkens HJ, van Essen-Zandvliet EE, Gerritsen J, Duiverman EJ, Kerrebijn KF, Knol K. The effect of an inhaled corticosteroid (budesonide) on exercise-induced asthma in children. Dutch CNSLD Study Group. Eur Respir J 1993; 6: 652-656.
13. Vathenen AS, Knox AJ, Wisniewski A, Tattersfield AE. Effect of inhaled budesonide on bronchial reactivity to histamine, exercise, and eucapnic dry air hyperventilation in patients with asthma. Thorax 1991; 46: 811-816.

 

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About Author

Lungenfacharzt Dr. Gerhard Wallner

Facharzt für Lungenkrankheiten; 2. Vizepräsident der ÖGUHM/ASUHM

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