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Aus der Abteilung Sportmedizin
(Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. A. Niklas)
im Zentrum für Anästhesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin
der Medizinischen Fakultät der Universität Göttingen
Blutdruckverhalten beim Tauchen
INAUGURAL-DISSERTATION
Zur Erlangung des Doktorgrades
der Medizinischen Fakultät der Georg-August-Universität zu Göttingen
vorgelegt von
Friedrich Witten
aus
Wolfsburg
Göttingen 2000
1. EINLEITUNG 3
1.1 Wissenschaftlicher Hintergrund 3
1.2 Studienziel 8 1.2.1 Studiendesign, Zielparameter 8 1.2.2 Fragestellung 9
1.3 Ethische und rechtliche Grundlagen 9
1.4 Ethikkommission 10
2 MATERIAL UND METHODEN 11
2.1 Probanden 11 2.1.1 Alter, Größe und Gewicht 11 2.1.2 Blutdruck 12
2.2 Methoden 12 2.2.1 Spiroergometrie an Land (im folgenden „trocken“ genannt) 12 2.2.2 Spiroergometrie im Wasser (im folgenden „nass“ genannt) 12 2.2.3 Blutdruckmessung im Freitauchgang (im folgenden „TG“ genannt) 14
2.3 Signifikanzen, Gerätefehler 15
2.4 Vorsichtsmaßnahmen 16 2.4.1 Medizinischer Teil 16 2.4.2 Gerätesicherheit, TÜV 17
3 ERGEBNISSE 18
3.1 Ergebnisse der einzelnen Versuchsreihen 18 3.1.1 Spiroergometrie trocken 18 3.1.2 Spiroergometrie nass 19 3.1.3 Freitauchgang 21
3.2 Vergleich des Herz-Kreislaufverhaltens Wasser / Land 23 3.2.1 Nettoleistungsfähigkeit Wasser-Land. Energiebilanz 23 3.2.2 Blutdruckverhalten Wasser-Land 26 3.2.3 Herzfrequenzverhalten Wasser-Land 30 3.2.4 Ergometrie als pradilektiver Parameter für RR-Verhalten im Wasser 32 3.2.5 Wirkung erhöhter Tempoabforderung auf den Blutdruck beim Tauchgang 32
3.3 Fehlerrechnung 34
4 DISKUSSION 36
4 DISKUSSION 36
4.1 Diskussion der Methode 36 4.1.1 Die Spiroergometrie trocken 36 4.1.2 Die Spiroergometrie nass 36 4.1.3 Tauchgänge 38
4.2 Diskussion der Ergebnisse 38 4.2.1 Herzfrequenz 38 4.2.2 Blutdruck 40
1
4.2.3 Leerlaufbelastung 41 4.2.4 Tauchgang 42 4.2.5 Temperatur 42 4.2.6 Maximale Sauerstoffaufnahme 42 4.2.7 Wirkungsgrad 43
4.3 Ziel der Arbeit 43
5 ZUSAMMENFASSUNG / ABSTRACT 45
6 LITERATURHINWEISE 46
7 ANHANG 54
2
1. Einleitung
1.1 Wissenschaftlicher Hintergrund
Beim Tauchen unterliegt der menschliche Körper verschiedenen physikalischen und psychi-
schen Einflüssen, die sich von denen über Wasser wesentlich unterscheiden.
Die Immersion führt durch den Auftrieb über eine venöse Blutvolumenverschiebung in den
Thoraxraum und ein hierdurch erhöhtes Preload zu einem erhöhten Herzschlagvolumen (VON
NIEDING, 1983). Enge Neoprenanzüge unterstützen diesen Effekt. Der durch Eintauchen des
Gesichts in kaltes Wasser ausgelöste Tauchreflex soll eine Bradykardie bewirken, eine peri-
phere arterielle Konstriktion und eine Katecholaminausschüttung (DALY 1972, ANGELL JAMES
und DALY 1972). Die Vasokonstriktion nimmt bei Auskühlung zu. Eine neuere Studie von
SCHIPKE et al. 1999 stellt jedoch die grundsätzliche Auslösbarkeit bei jedem menschlichen
Individuum in Frage.
Durch die erhöhte Dichte des Atemgases ist mit zunehmender Tiefe die Atemarbeit erschwert
und der Atemgrenzwert und damit die Leistung eingeschränkt (DWYER et al. 1977, MORRISON
und BUTT 1972, MILLER et al. 1972, WRIGHT et aL. 1972). Dazu kommt die psychische Belas-
tung durch Faktoren wie Kälte und schlechte Sicht.
Neben anderen Parametern maßen WEICKER et al. (1987) Herzfrequenz und Blutdruck vor
und nach Flossenschwimmbelastung und Tauchen mit Presslufttauchgerät (PTG). Sie fanden
nach Tauchen wesentlich höhere RR-Werte als nach Flossenschwimmen und führen dies auf
den stärkeren Anstieg von Renin, Angiotensin, Aldosteron und ADH zurück.
Der Verdacht, daß bei Schwimmern und Tauchern häufiger als bei der Normalbevölkerung
eine Hypertonie bestehen oder entstehen könnte, ist mehrfach geäußert worden (WEIß und
WEICKER 1985, DLIN et al. 1983, LEHMANN und KEUL 1984). Nach KINDWALL (1993) wird
Bluthochdruck häufig bei Druckluftarbeitern gesehen.
Ein belastungsbedingt erhöhter Blutdruck stellt zwar an sich noch keine Gefahr dar (LÖLLGEN
1990), kann aber durch thorakales Druckgefühl oder Palpitationen das Auftreten einer beim
Tauchen folgenschweren Panik begünstigen. Blutdruckanstiege bedingen einen deutlich er-
höhten myokardialen O2-Bedarf (HEGGLIN 1975, FRANZ 1982). Falls bei gleicher körperlicher
Belastung der Blutdruck im Wasser nennenswert höher wäre, könnte eine bisher okkulte KHK
beim Tauchgang zur Angina pectoris oder gar zum Herzinfarkt führen.
3
Nach WILMSHURST (1994) besteht bei Bluthochdruck ein erhöhtes Risiko eines tauchbeding-
ten Lungenödems durch Linksherzüberlastung, dies besonders bei zusätzlicher peripherer
Vasokonstriktion durch Kälte. WILMSHURST et al. fanden 1989 in einer prospektiven Studie
über acht Jahre bei normotensiven Sportlern, die beim Tauchen oder Schwimmen ein Lun-
genödem erlitten hatten, überzufällig häufig die spätere Entwicklung einer Hypertonie. Die
Gesellschaft für Tauch-und Überdruckmedizin (GTÜM) nennt in ihrem Formular für Tauch-
tauglichkeitsuntersuchungen für den Ruheblutdruck einen Grenzwert von 160/100 mmHg.
Die Royal Navy schließt Anfänger mit Werten über 140/90 mmHg aus, für Erfahrene soll
150/95 mmHg gelten, falls keine Organschäden bestehen (GREEN und LEITCH 1986).
Die Tauchtauglichkeitsuntersuchung für Berufstaucher nach berufsgenossenschaftlichen
Grundsätzen und für Sporttaucher nach Richtlinien GTÜM (WELSLAU 1997) verlangt eine
Ergometrie. Im Untersuchungsbogen der Gesellschaft wird für Sporttaucher als Grenzwert
160/100 mmHg in Ruhe angegeben. Es ist jedoch nicht erwiesen ob solche Probanden sicher
erkannt werden, die im Wasser eine exzessive Hypertonie entwickeln. Beispielsweise sind
nach KOZARISZCZUK et al. (1980) bei bestehender KHK Herzrhythmusstörungen durch Im-
mersion anhand eines Belastungs-EKGs nicht vorhersehbar. Und nach STEINBACH et al.
(1985) erlaubt die Fahrradergometrie bei Schwimmern und Schwimmerinnen keine zuverläs-
sige Beurteilung der sportartspezifischen Leistungsfähigkeit.
Die Abhängigkeit der sportartspezifischen Leistungsfähigkeit vom Trainingszustand demonst-
rierten 1972 eindrucksvoll HOLMÉR und ÅSTRAND anhand eines Zwillingsversuches mit einer
leistungsschwimmenden und einer sportlich nicht mehr aktiver Schwester: Sie fanden gleiche
maximale Sauerstoffaufnahme bei Fahrradergometrie und Laufen aber deutliche Unterschiede
beim Schwimmen zugunsten der trainierten Schwester.
Nun ist Tauchen an sich für die Leistungsmessung ungeeignet (BAUMGARTL 1987), da sowohl
beim Berufs- wie auch beim üblichen Sporttauchen keine zyklischen Bewegungen ausgeübt
werden. Die mechanischen Leistung ist nicht ohne weiteres messbar, auch die Gewinnung
kardiopulmonaler und metabolischer Parameter ist im Medium Wasser erschwert. Die vor-
handenen Studien zu diesem Themenkomplex verwenden sehr verschiedene Belastungsfor-
men und konzentrieren sich auf Atemgasanalyse, Herzfrequenz und Laktat vor und nach Be-
lastung. Eine Studie von BACHMANN et al. 1970 mit intraarterieller, telemetrischer Blut-
druckmessung bei verschiedenen Tätigkeiten ist die einzige in der verfügbaren Literatur, die
überhaupt eine Blutdruckmessung beim Tauchen erwähnt: Es handelt sich um einen
Schwimmer, der während des Tests auch zweimal abgetaucht ist. Der Drucksensor befand
4
sich dabei vermutlich weiter über der Wasseroberfläche, so daß der Blutdruck absolut –also
einschließlich des Wasserdruckes- und nicht relativ gemessen wurde. Der Messwert 250/170
mmHg ist daher nicht verwunderlich, zumal eine Tiefenangabe fehlt. Ein Meter Wassersäule
entspricht 76 mmHg Fehlmessung.
GOODEN (1972) verglich die kardiovaskuläre Antwort eines Probanden in Ruhe auf Apnoe
plus Immersion ausschließlich und einschließlich des Gesichts. Mit Immersion des Gesichts
gingen Herzfrequenz und Unterarmblutfluß stärker zurück als ohne und der arterielle Mittel-
druck stieg von 90 mmHg auf 120 mmHg an, während er ohne Gesichtsimmersion unverän-
dert blieb.
Weitere Untersuchungen zum Blutdruckverhalten auch während Belastung unter Laborbedin-
gungen mit Submersion und im realen Tauchgang liegen bisher in der Weltliteratur meines
Wissens nicht vor.
Mehrere Studien belegen die signifikant niedrigere Herzfrequenz und maximale Sauerstoff-
aufnahme beim Schwimmen im Vergleich zum Radfahren (HOLMÈR 1972) oder im Vergleich
zum Laufen (McARDLE et al.1971, MAGEL 1971, MAGEL et al.1967, MAGEL et al.1969).
COSTILL (1971) fand bei der Immersion von Probanden bis zum Kinn (head out of water im-
mersion) in verschiedenen Positionen unter Belastung mittels eines mechanischen Tretkurbel-
ergometers die gleiche maximale O2-Aufnahme wie an Land, jedoch den1,5-fachen O2-Bedarf
für eine definierte Leistung.
ARBORELIUS et al.(1972) beobachteten bei head-out-immersion ein um 32% erhöhtes Herz-
minutenvolumen, um 35% erhöhtes Schlagvolumen bei nahezu unveränderter Herzfrequenz
und einen Blutdruckanstieg systolisch von 114 auf 128 mmHg und diastolisch von 86 auf 98
mmHg unter Luftatmung. Bei reiner Sauerstoffatmung fiel der Anstieg etwas geringer aus.
SIMON et al. beschrieben 1983 eine Schwimmergometrie, bei der der Proband eine durch ei-
nen am Beckenboden wandernden Lichtpunkt vorgegebene Geschwindigkeit einhalten soll.
Es wurden Herzfrequenz und Laktat bestimmt. 1986 verglichen SIMON und THIESMANN
Herzfrequenz und Laktat bei stufenweise bis maximal ansteigender Fahrrad- und Schwimm-
belastung und stellten fest, daß „bei grundsätzlich ähnlichem Verhalten beider Größen....im
Schwimmen geringere Herzfrequenzen und Laktatkonzentrationen erreicht“ werden. Mithilfe
dieser Methode verglichen BRÄUER et al. 1994 Laktatwerte in Bezug auf Herzfrequenz bei
Fahrrad- und Laufbandergometrie und beim Streckentauchen im Trockenanzug mit Pressluft-
tauchgerät (PTG) in ansteigendem Tempo. Die Übereinstimmung der Tauchbelastung mit der
Laufbandergometrie war recht gut, zur Fahrradergometrie ergaben sich deutliche Differenzen.
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Die Autoren schließen, daß speziell die Fahrradergometrie keine Prognose der Leistung beim
Tauchen erlaubt.
NIKLAS und PETER (1993) maßen die Flossenschwimmleistung von Berufstauchern im Strö-
mungskanal (ÅSTRAND und ENGLESSON 1972) nach dem Prinzip der Zusatzkraft-
beaufschlagung. Dabei wurde ein Wirkungsgrad von 5% (gegenüber 25% bei der Fahrrad-
ergometrie) ermittelt. Die Armleistungsfähigkeit wurde mit Seilzugergometer bestimmt und
angenommen, daß der Wirkungsgrad in etwa dem Flossenschwimmen entspricht (siehe Tabel-
le 4 im Abschnitt 4.2.7).
Den Gasaustausch beim Unterwasserschwimmen im Strömungskanal untersuchten GOFF et al.
schon 1957 mit Hilfe eines 1/8-Zoll-Schlauches vom Mundstück des SCUBA (=Self-
Contained-Underwater-Breathing-Apparatus)-Tauchers zur Wasseroberfläche. Sie fanden
SCUBA-Tauchen höchst ineffizient und abhängig von Schwimmlage und Technik. Der Wir-
kungsgrad lag -auch geschwindigkeitsabhängig- zwischen 1,2 und 5,6%.
1954 fanden DONALD und DAVIDSON eine hohe O2-Aufnahme von Schwimmtauchern
(VO2max 3,6 l/min) im Vergleich zu Helmtauchern (VO2max 2,35 l/min) mit Bleischuhen bei
verschiedenartigen unstandardisierten Belastungen.
KRASTEV et al. benutzten 1964 für Freitauchgänge das Douglas-Haldane-Verfahren, indem
der Taucher in regelmäßigen Abständen Ballons mit Expirationsluft zur Oberfläche aufsteigen
ließ. Der Sauerstoffaufnahme beim Gerätetauchen lag nach ihren Angaben bei 1,66 l/min und
sei damit vergleichbar mit anderen anstrengenden Sportarten. Die Sauerstoffausnutzung war
in hohem Maße durch die Atemtechnik beeinflussbar. Kardiale Parameter wurden nicht ge-
messen.
FOLEY et al. stellten 1967 einen Vakuumtank vor, in den während des Tauchganges von jeder
Exspiration eine Probe asserviert wurde. Bei verschiedenen Probanden und Geschwindigkei-
ten zwischen 1,5 km/h und „maximal möglicher Geschwindigkeit“ wurden Sauerstoffauf-
nahmen von 0,97 bis 2,94 l/min mit deutlicher Geschwindigkeitsabhängigkeit gemessen.
RUSSELL et al.(1972) führten mit dieser Ausrüstung Tauchgänge mit vorgegebener Ge-
schwindigkeit in 0-20 Meter Tiefe durch, erklärten die mit der Tiefe zunehmende O2-
Aufnahme mit dem kältebedingten Energiebedarf und die tiefenabhängig zunehmende Herz-
frequenz mit kältebedingter Katecholaminausschüttung. CRAIG und DVORAK (1969) dagegen
sahen auf einem mechanischen Tretkurbelergometer in kaltem Wasser geringere Herzfre-
quenzen als in warmem –jedoch nur bei einem schlanken und nicht bei einem adipösen Pro-
banden.
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Von KANWISHER et al. (1974) wurde ein Unterwasser-Telemetriesystem zur Herzfrequenz-
messung vorgestellt. Es wurden kasuistisch Herzfrequenzen zwischen etwa 100/min (bei Ha-
waiischen Speerfischern) und 184/min (bei einem Helmtaucher) angegeben.
HOFFMANN et al. (1999) benutzten die Herzfrequenz als Beanspruchungsindikator beim Tau-
chen und stellten fest , daß bereits geringe Geschwindigkeiten (=1,9 km/h) eine „nennenswer-
te Belastung“ darstellten. Die bei verschiedenen „typischen Tauchmanövern“ gemessene
durchschnittliche Herzfrequenz lag mit 103/min deutlich unter derjenigen bei der geringsten
Tauchgeschwindigkeit (0,525 m/sec), die 126/min betrug. Bei mehrfacher Wiederholung der
Tauchmanöver wurde zudem eine „signifikante HF-Reduktion“ beobachtet.
Ein Unterwasser-Ergometer haben PILMANIS et al. 1977 in Form eines auf Federn gelagerten
Brettes beschrieben, das der Taucher vor sich herschiebt. Die Leistung ergibt sich aus der
Einstauchung der Federn. DWYER und PILMANIS (1978) verglichen anhand der O2-Aufnahme
Fahrradergometrie an Land mit Tauchergometrie in verschiedenen Tiefen bis 30 Meter bei
unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Vom exspirierten Atemgas konnten in entsprechenden
Zeitabständen Proben in zehn Metallzylinder asserviert werden. Herzfrequenz und EKG wur-
den registriert. Aus gleicher O2-Aufnahme wurde auf gleiche Leistung geschlossen und das
Ergometer so geeicht. Es wurde kein unterschiedlicher Wirkungsgrad angenommen. Die
Herzfrequenz war von der Belastung, nicht aber signifikant von der Tiefe abhängig. 1983
schloss DWYER in einer weiteren Studie mit dieser Ausrüstung, daß Herzfrequenz und Venti-
lation bei SCUBA-Tauchern ungeeignet sind zur Abschätzung der O2-Aufnahme.
COSTILL stellte 1965 ein Schwimm-Ergometer vor, bei dem der Proband mit Hilfe einer
Schnur durch ein definiertes Gewicht nach hinten gezogen wird und gegen diesen Zug an-
schwimmt. Weitgehend belastungsunabhängig wurden Herzfrequenzen zwischen 170/min
und 180/min mitgeteilt.
Eine ähnliche Vorrichtung für Taucher beschrieb JAMES 1976: Der Proband –mit Pressluft-
tauchgerät- schiebt einen beweglich aufgehängten Rohrrahmen, der durch eine gewichtsbe-
wehrte Seilkonstruktion nach hinten gezogen wird. In dieser Studie findet sich auch die Kon-
struktion eines Fahrradergometers im Nasstank einer Druckkammer. Der Proband sitzt bis
zum Kinn im Wasser auf einem mechanischen Ergometer. Die Kurbelbewegung wird durch
eine Kette auf ein im darüberliegenden Trockenteil der Druckkammer befindliches Wirbel-
strom-gebremstes elektronisches Ergometer übertragen. Atemgasanalyse und nicht näher be-
schriebene kardiovaskuläre Antwortparameter sollten gewonnen werden. Mit einem Helium-
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Sauerstoff-Gemisch als Atemgas waren Versuche mit bis zu 20 bar vorgesehen. Versuchser-
gebnisse mit beiden Vorrichtungen wurden nicht mitgeteilt.
Mit vollständigem Eintauchen (Submersion) eines Helmtauchers und Handkurbelarbeit bei
sonst gleichem Versuchsaufbau beobachteten FAGRAEUS und BENNETT 1978 einen Rückgang
der Herzfrequenz allein durch Submersion, die sich durch in der Druckkammer simulierte
Tiefe bis 600 feet nicht weiter veränderte. Die Sauerstoffaufnahme war in dieser Tiefe etwas
geringer als bei atmosphärischem Druck.
Zahlreiche Untersuchungen maßen Gasaustausch und Herzfrequenz bei Fahrradergometrie in
der trockenen Druckkammer in simulierten Tiefen zwischen 20 und 50 Meter (FAGRAEUS et
al.1973, FAGRAEUS 1974, MORRISON et al.1976) mit höherer und 330 Meter (SALZANO et
al.1970) mit geringerer Sauerstoffaufnahme als bei atmosphärischem Druck.
WELTMAN und ENGSTRÖM sahen 1969 bei Armkurbelergometrie und komplexen Tätigkeiten
über und unter Wasser bei letzterem jeweils höhere Ventilation und geringere Herzfrequen-
zen. Hinweise auf das Blutdruckverhalten finden sich in allen diesen Studien nicht.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es zwar einzelne Hinweise auf eine hypertone
Kreislaufregulation beim Tauchen gibt, gesicherte Aussagen anhand von wissenschaftlich
erhobenen Daten derzeit nicht möglich sind. Zudem fehlen Aussagen zur Vergleichbarkeit
von Leistungen an Land und im Wasser.
1.2 Studienziel
Das Studienziel ist eine Antwort auf die Frage, welcher Blutdruck während eines Tauchgan-
ges in Ruhe und bei höherer Belastung zu erwarten ist. Weiterhin soll untersucht werden, ob
dieser Blutdruck unter gewissen Vorbedingungen bei einzelnen Probanden auch kritische
Werte annehmen kann. Es soll geklärt werden, ob ein solcherart gefährdeter Taucher durch
die bei der Tauchtauglichkeitsuntersuchung übliche Ergometrie erkannt werden kann. Des-
weiteren soll festgestellt werden, ob bei gleicher körperlicher Belastung -gemessen an der
Sauerstoffaufnahme- der Blutdruck über und unter Wasser wesentlich und vorhersehbar diffe-
riert.
1.2.1 Studiendesign, Zielparameter
Es handelt sich um eine explorative Studie zur Grundlagenentwicklung an Sporttauchern, mit
denen jeweils drei Versuche durchgeführt werden:
standardisierte Fahrradspiroergometrie einschließlich Blutdruckmessung.
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Fahrradspiroergometrie in einem 3m tiefen Schwimmbecken mit handelsüblichem
Sporttauchgerät einschließlich Blutdruckmessung.
Ruhiger und forcierter Tauchgang in einem Baggersee mit Messung von Blutdruck und
Herzfrequenz. Der Tauchgang wird mit 13 der Probanden unter erhöhtem Tempo wie-
derholt.
Zielparameter sind systolischer und diastolischer Blutdruck, Herzfrequenz, Sauerstoffauf-
nahme und respiratorischer Quotient.
1.2.2 Fragestellung
1. Entspricht die Netto-Leistungsfähigkeit im Wasser derjenigen an Land?
2. Differieren Blutdruckwerte an Land und im Wasser?
3. Differiert die Herzfrequenz an Land und im Wasser?
4. Ergeben sich prädilektive Faktoren für gefährdete Probanden bei der Routineergo-
metrie?
5. Wie ist das Blutdruckverhalten im Freiwasser unter Einfluß verschiedener Belastungs-
bedingungen?
1.3 Ethische und rechtliche Grundlagen
Die Durchführung der Studie erfolgt in Übereinstimmung mit der Deklaration des Weltärzte-
bundes von Helsinki (Somerset West, Republik Südafrika, Oktober 96)
Der wissenschaftliche Hintergrund ist beschrieben.
Der Ablauf der Experimente ist im Studienprotokoll klar formuliert.
Die Experimente werden von qualifizierten Untersuchern unter ständiger ärztlicher Su-
pervision durchgeführt.
Die Untersucher sind der Meinung, daß die Untersuchung von grundlegender Bedeu-
tung ist für die Beurteilung der Gefährdung durch erhöhten Blutdruck von Berufs- und
Sporttauchern.
Die Privatsphäre der Versuchspersonen ist geschützt.
Die Versuchspersonen werden schriftlich über Ziele, Methoden und Gefahren der Expe-
rimente informiert. Beim schriftlichen Einverständnis zur Teilnahme und im weiteren
Verlauf können auftretende Unsicherheiten und Fragen (z.B. zu Risiken) jederzeit erör-
tert werden.
Ethische Überlegungen werden dargelegt.
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1.4 Ethikkommission
Das Studiendesign wurde der Ethikkommission der Universität Göttingen vorgelegt und von
dieser am 15.5.98 genehmigt.
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2 Material und Methoden
2.1 Probanden
Es stehen 33 Sporttaucher eines örtlichen Tauchclubs als Probanden zur Verfügung.
Einschlußkriterien:
ausgebildeter Sporttaucher mit mindestens Bronze-Brevet nach VDST (Verband deut-
scher Sporttaucher) oder äquivalenter Ausbildung und mindestens 100 Tauchgänge,
Erfahrung mit eigenem Trockentauchanzug
gültige Tauchtauglichkeitsbescheinigung nach GTÜM`92 (Gesellschaft für Tauch- und
Überdruckmedizin)
schriftliche Einwilligung in die Studie
Ausschlußkriterien:
bestehende oder nicht ausgeschlossene Schwangerschaft
interkurrente Erkrankungen, die für den Zeitraum der Studie oder dauernd Tauchun-
tauglichkeit begründen
Rücknahme der Einwilligung
Kein Proband muß aufgrund dieser Kriterien ausgeschlossen werden, wegen terminlicher
Schwierigkeiten fallen zwei Probanden aus.
2.1.1 Alter, Größe und Gewicht
Mit 31 Probanden werden alle geplanten Versuche durchgeführt. Die Tabelle zeigt Durch-
schnitts- und Minimal-Maximalwerte für die Parameter Alter, Größe und Gewicht getrennt
nach Geschlecht.
n Alter: Jahre Größe: cm Gewicht: kg
w 3 28 (17-41) 165,3 (162-168) 61 (50-70) m 28 39,9 (26-62) 180,2 (170-190) 79,1 (65-95)
Tabelle 1: Anthropometrische Angaben, in Klammern Minimal- und Maximalwerte.
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2.1.2 Blutdruck
Unter ihnen befinden sich zwei manifeste Hypertoniker (Probanden Nr. 2 und 31) nach den
Kriterien der DEUTSCHEN LIGA ZUR BEKÄMFUNG DES HOHEN BLUTDRUCKES (1999), drei wei-
tere (Nr. 12, 13 und 29) sind beobachtungsbedürftig. Medikamente irgendeiner Art nimmt
keiner der Probanden.
n RRsys: mmHg RRdia: mmHgw 3 107 (91-117) 74 (70-81) m 28 127 (107-165) 81 (65-94)
Tabelle 2: Ruheblutdruckwerte aller Probanden, in Klammern Minimal- und Maximalwerte.
2.2 Methoden
2.2.1 Spiroergometrie an Land (im folgenden „trocken“ genannt)
Die Spiroergometrie (LÖLLGEN 1990) ist ein Verfahren zur Messung der kardiopulmonalen
Antwortreaktion auf eine definierte und stufenweise angehobene Belastungseingangsgröße.
Sie wird durchgeführt mit einem Spiroergometer (Jäger EOS-Sprint) mit Pneumotachograph
und angeschlossenem drehzahlunabhängigen Ergometer (Jäger ER 900) mit Wirbelstrom-
bremse. Über ein Y-Ventil wird Raumluft eingeatmet, die Expirationsluft wird über den
Pneumotachographen in einen Mischbeutel geleitet, aus dem sich das System alle 15 Sekun-
den ein Probe zieht und dieses auf O2- und CO2-Konzentration analysiert. Der respiratorische
Quotient RQ=VCO2/VO2 liegt in Ruhe bei etwa 0,8 und steigt bei Belastung durch respiratori-
sche Kompensation einer zunehmenden metabolischen Azidose an. RQ=1 wird als „anaerobe
Schwelle“ bezeichnet.
Der Blutdruck wird jede Minute durch ein systemintegriertes RR-Gerät gemessen und die
Frequenz kontinuierlich über einen 3-Kanal-EKG-Monitor (Hellige Servomed) registriert.
Belastet wird im Sitzen in 3-Minuten-Stufen von je 50 Watt bis zum Erreichen der Aus-
belastungskriterien (Pulsfrequenz 220 minus Lebensalter, „Leveling-off“ der O2-Aufnahme)
oder bis zum Auftreten etwaiger Abbruchkriterien.
2.2.2 Spiroergometrie im Wasser (im folgenden „nass“ genannt)
Die Untersuchung findet in einem Hallenbad im drei Meter tiefen Becken statt. Das Ergome-
ter steht am Beckenrand (Abb. 24) und wird durch ein zweites, im Becken stehendes mecha-
12
nisches Ergometer (Abb. 31) auf dem der Proband sitzt, angetrieben. Die Kraftübertragung
erfolgt über eine wassergeschmierte - also fettfreie - Edelstahlkette auf eine Zwischenwelle,
die kardanisch in einem mit der Badeleiter verschraubten Bock aufgehängt ist. Diese treibt
über eine mit einem Kardangelenk versehene Welle das Ergometer an, welches selbst mehr
als zwei Meter vom Wasser entfernt ist. In der Mitte der Aluminiumwelle ist eine Kunst-
stoffmuffe zur elektrischen Trennung eingesetzt (Abb. 30).
Die Versuchsperson trägt ein 10-Liter-Presslufttauchgerät (PTG) auf dem Rücken und atmet
über einen handelsüblichen zweistufigen Lungenautomaten (Fa. Sherwood Typ „Brut“ ), des-
sen Membran sich in etwa 1,7 m unter der Wasseroberfläche befindet (Abb. 37-40). Der
Druck an der Membran des Atemreglers ist entsprechend der Tiefe 1,17 bar. Die Exspirations-
luft wird aufgefangen und beiderseits über je ein Ventil nach DROSTE et al.(2000) auf Ober-
flächendruck herabgesetzt und über einen Schlauch mit 4 cm-Durchmesser zum Spirometer
geleitet. Dieses umgebungsdruck-gesteuerte Ausatemventil (Abb. 35 und 36) öffnet zum
Raum b, wenn der Druck im Raum a (vom Lungenautomaten kommend ) höher ist als der
Umgebungsdruck pc. Der Druck pa schwankt je nach Atemphase. Der Raum b führt die Ausa-
temluft dem Spirometer zu. In ihm herrscht Oberflächendruck (1 bar).
Nach dem Gesetz von Boyle-Mariotte (p ∗ v = k oder p ∗ v = p´∗ v´) ist das an der Oberfläche
gemessene Volumen VE um den Faktor 1,17 größer als das geatmete. Die CO2-
Ausatemfraktion FECO2, die das Gerät misst, ist vor und nach Druckminderung in demselben
Maße vermindert. Der O2-Verbrauch wird berechnet aus der Differenz der O2-Fraktion aus
Umgebungsluft und Exspirationsluft. Der Atemvorgang des Tauchers findet unter erhöhtem
Druck p´ statt; auch die Partialdrücke sind entsprechend erhöht. Der Verbrauch einer be-
stimmten Anzahl von O2-Molekülen bedingt dabei einen geringeren Abfall der O2-Fraktion
(=O2-Partialdruck) als bei Atmung unter normobaren Bedingungen.
Der Wert VE muß also um den Faktor 1 + T korrigiert werden, die Werte VO2 und VCO2 je-
doch nicht.
Der Blutdruck wird über ein automatisches Langzeit-Blutdruckgerät (BOSO-TM-2420) ge-
messen, das nach der Korotkoff-Methode arbeitet (Abb. 32). Die beiden unabhängigen Mikro-
fone sind mit Silikon-Ummantelung gegen Wasser abgedichtet. Bei Fehlfunktion ist der Man-
schettendruck durch ein Überdruckventil auf 300 mm Hg begrenzt. Das Gerät selbst sitzt in
einem unten offenen Plexiglasgehäuse, der Schlauch zur Manschette tritt unten aus. Das Meß-
intervall beträgt zwei Minuten. Das Gerät führt vor jeder Messung eine Umgebungsdruck-
messung als Nullabgleich durch. Das Gehäuse wird mit einer höhenverstellbaren Bebände-
13
rung und Bleigewichten so eingestellt, daß sich die Wasseroberfläche im Kasten genau in
Höhe der Manschettenmitte befindet. Damit ist der Umgebungsdruck für Sensor und Man-
schette gleich. Eine Höhendifferenz von 10 cm würde den Messwert um 7,6 mm Hg verfäl-
schen. Da ein direktes Auslesen der Daten nicht möglich ist, wird das Display des Gerätes
durch eine ebenfalls im Plexiglaskasten befindliche CCD-Kamera abgelesen und kann auf
einem Monitor am Beckenrand vom Untersucher kontrolliert werden. Die Werte werden im
Gerät gespeichert und später ausgedruckt.
Herzfrequenz und EKG werden wieder auf dem EKG-Monitor registriert. Die Elektroden auf
der Haut sind mit Klebefolie gegen das umgebende Wasser isoliert (Abb. 33). Während des
Versuchs befindet sich ein Sicherheitstaucher mit PTG direkt vis-a-vis der Versuchsperson
und sichert diese (Abb. 40). Der Kontakt zum Untersucher am Beckenrand wird durch einen
auf das Wasser aufgelegten Plexiglas-Sichtkasten sichergestellt. Alle beteiligten Personen
sind gut vertraut mit der in der Sporttaucherei üblichen Zeichensprache (nach VDST). Der
Proband trägt einen Hosenträgerbleigurt mit 10 kg Gewicht und ist auf dem Sattel mit einem
Beckengurt festgeschnallt. Er trägt Neoprenfüßlinge; die Pedale des Ergometers haben
Schlaufen.
Zu Beginn des Versuchs wird bis zum Erreichen des steady-states die Ruhe-
Sauerstoffaufnahme gemessen. In der ersten Belastungsstufe tritt der Proband gegen den In-
nenwiderstand des Systems ohne zusätzliche Last auf dem Ergometer mit 50U/min. Diese
Stufe ist in den „nass“-Diagrammen mit „0 Watt“ bezeichnet. Die Belastung wird in 30-
Watt-Schritten von drei Minuten Dauer bis zum Erreichen der Ausbelastungskriterien oder bis
zum Auftreten etwaiger Abbruchkriterien durchgeführt. Die Wassertemperatur beträgt wäh-
rend der Versuche, die im Verlauf von 6 Wochen durchgeführt wurden, zwischen 26 und 28
°C.
2.2.3 Blutdruckmessung im Freitauchgang (im folgenden „TG“ genannt)
Die Tauchgänge werden im Bernsteinsee in Stüde, Kreis Gifhorn durchgeführt; die Größe des
Sees beträgt etwa 300 x 400 m, die maximale Tiefe etwa 15 m. Der Sandgrund trägt einen
spärlichen Bewuchs überwiegend aus Algen, selten Wasserpest oder ähnliche Pflanzen. Die
Sicht beträgt je nach Witterung, Jahreszeit und Tiefe 2 bis 6 m , stellenweise auch deutlich
darunter. Die Temperatur am Grund liegt während der Versuche zwischen 4 und 10 °Celsius.
Die Entfernung zwischen Parkplatz und Ufer beträgt etwa 300 m, die Hälfte davon über ab-
schüssigem Sand (Abb. 43). Die Ausrüstung eines Trockentauchers wiegt etwa 45 kg, sodaß
der Weg zum und vor allem vom Ufer eine erhebliche körperliche Belastung darstellt.
14
Die Blutdruckmessung erfolgt mit zwei oben beschriebenen BOSO-TM2420-
Langzeitblutdruckmessern, eingestellt auf 5-min Intervalle (Abb. 41). Getaucht wird mit je-
weils zwei Probanden im Trockenanzug (Neopren oder Trilaminat) und dem Untersucher im
Nassanzug. Alle Probanden hatten wenigstens 20 Trockentauchgänge im eigenen Trocken-
tauchanzug, so daß eine Verfälschung der Ergebnisse durch mangelhafte Gewöhnung ausge-
schlossen werden kann. Alle Tauchgänge werden nach demselben Kompaßkurs (Abb. 42) und
mit Hilfe eines einfachen Geschwindigkeitsmessers (Abb. 46) nach Th. Braun in etwa glei-
cher Geschwindigkeit von 1 km/h getaucht. Sie dauern ca. 40 min (35-50 min). Die RR-
Messgeräte messen zehn Sekunden vor der Blutdruckmessung den Umgebungsdruck und füh-
ren einen Nullabgleich durch. Beide Geräte arbeiten simultan. 15 Sekunden vor dem Nullab-
gleich nehmen die Probanden auf Zeichen des Untersuchers Grundkontakt auf. Damit ist eine
Höhenänderung nach Null-Abgleich ausgeschlossen. Eine Tiefenänderung von einem Meter
während der Messung würde 76 mmHg Blutdruck-Fehlmessung entsprechen.
Durch den Grundkontakt wird unvermeidlich Sediment aufgewirbelt. Dadurch geht in 13 Fäl-
len der notwendige Partner-Sichtkontakt verloren, so daß Suchaufstiege erforderlich werden.
Diese bedingen jeweils etwa fünf Minuten Zeitverlust. Die Zeit und der fehlerhafte Messwert
werden in diesen Fällen aus dem Messprotokoll gestrichen. Durch ein Leck eines Tauchanzu-
ges wurde ein RR-Gerät schwer beschädigt. Der Tauchgang und die Messreihe wurden wie-
derholt.
Mit dreizehn der Probanden wird ein weiterer Tauchgang durchgeführt, um den Einfluß einer
spürbar höheren Belastung durch erhöhtes Tempo (1,5 km/h) auf den Blutdruck zu untersu-
chen. Es wird derselbe Kurs getaucht; die Tauchgänge sind dementsprechend etwas kürzer
(30-40 min).
2.3 Signifikanzen, Gerätefehler
Bei der Auswertung der Ergometriedaten werden die in der jeweils ersten Minute der einzel-
nen Belastungsstufen gemessenen Werte für Blutdruck, Herzfrequenz und Sauerstoffaufnah-
me verworfen, um Fehler durch Einschwingen zu vermeiden. Der VO2-Wert zu jedem Blut-
druck- und Frequenzwert wird aus fünf Einzelmessungen (entsprechend einer Minute) gemit-
telt.
Für den statistischen Vergleich (Abb. 18, 21 und 25) werden durch Interpolation für jeden
einzelnen Probanden für nass- und trocken-Blutdruck- und Herzfrequenzwerte bei 0 W, 50 W
usw. bis 200 Watt bestimmt
15
Falls die Werte aller Probanden in einer Belastungsstufe normalverteilt sind (Shapiro-Wilks-
W-Test), werden nass und trocken über den t-Test verglichen, wobei Signifikanz bei p<0,05
angenommen wird.
Falls einer der Partner nicht normalverteilt ist, wird der Wilcoxon-Test für gepaarte Stichpro-
ben durchgeführt; als signifikant soll hier ebenfalls p<0,05 angesehen werden.
Der Messfehler des Ergometers ER 900 beträgt 2% oder ±3 Watt (Werksangabe), für das in-
tegrierte Blutdruckmessgerät Fa. Ergoline liegt eine Vergleichsmessreihe der Physikalisch-
Technischen Bundesanstalt mit auskultierten Werten und Angabe der Mittelwerte der Diffe-
renzen vor: 5,5 mmHg systolisch. und 2,3 mmHg diastolisch.
CLARK et al. (1991) geben den Messfehler des BOSO-Langzeitblutdruckmessers mit ±3
mmHg oder 2% an.
Der Messfehler der EOS-Sprint-Gasanalyse wird mit 3% oder 40 ml für VO2 und 3% oder 30
ml für VCO2 angegeben (ESCHENBACHER 2000).
2.4 Vorsichtsmaßnahmen
2.4.1 Medizinischer Teil
Bei der Ergometrie „trocken“ stehen mit Defibrillator, Intubationsbesteck und entsprechenden
Medikamenten die üblichen Notfallvorkehrungen zur Verfügung. Der Untersucher hat hinrei-
chende intensivmedizinische Erfahrung.
Bei der Belastung im Hallenbad sitzt ein Sicherungstaucher mit PTG der Versuchsperson ge-
genüber, beobachtet diese und stellt die Kommunikation mit dem Untersucher sicher (Abb.
40). Die Versuchsanordnung kann vom Untersucher durch einen auf das Wasser aufgelegten
Plexiglaskasten beobachtet werden. Die oben beschriebenen Rettungsmittel sind vorhanden;
die Gabe von normobarem Sauerstoff (Konstant-Flow-Sauerstoff-Ventil, Fa. Weimann, bis 15
l/min) ist möglich. Außer den genannten Personen ist ein vom VDST (Verband Deutscher
Sporttaucher) ausgebildeter Übungsleiter mit der Qualifikation „Sicherheit und Rettung“ an-
wesend.
Bei den Freitauchgängen sind keine untersuchungsbedingten zusätzlichen Gefahren zu erwar-
ten. Ein Notfallkoffer, normobarer Sauerstoff und ein Mobiltelefon zur Aktivierung der Ret-
tungskette stehen bereit.
16
2.4.2 Gerätesicherheit, TÜV
Bei der Spiroergometrie „trocken“ handelt es sich durchweg um ein Standardverfahren. Die
Gerätesicherheit ist durch Wartung des Ergometers und Spirometers durch die Herstellerfirma
entsprechend der Medizingeräteverordnung gegeben.
Die Kraftübertragung vom mechanischen Ergometer im Wasser zur Wirbelstrombremse ist
durch die oben beschriebene Kunststoffwelle elektrisch sicher vom Wasser getrennt. Übrige
Geräte mit 220V-Anschluß sind: das Spiroergometer, der EKG-Monitor, der Blutdruckmoni-
tor. Diese werden durch Wandschirme vor Spritzwasser geschützt und - soweit erforderlich -
durch Trenntrafos vom Netz getrennt. Die Installation folgt den Vorgaben des Technischen
Überwachungs-Vereins Hannover/Sachsen-Anhalt. Im Wasser selbst kommt nur Schwach-
strom zur Anwendung: 9V-Akku des RR-Gerätes im Gehäuse. Die 12V-Leitung zur Kamera
wird über einen Trenntrafo gespeist. Die EKG-Elektroden sind galvanisch vom Monitor ent-
koppelt, der seinerseits über ein Akku betrieben wird.
Das Presslufttauchgerät ist handelsüblich und wird entsprechend der Druckbehälterverord-
nung gewartet und geprüft.
Der Technische Überwachungsverein (TÜV) Hannover-Sachsen-Anhalt hat die Versuchsan-
ordnung im Hallenbad unmittelbar vor Beginn der Versuche begutachtet und aus medizin-
technischer Sicht keine Bedenken geäußert.
17
3 Ergebnisse
3.1 Ergebnisse der einzelnen Versuchsreihen
3.1.1 Spiroergometrie trocken
Abb. 1 zeigt die kumulative Anzahl der Probanden pro Leistungstufe sowohl im trocken- als
auch im nachfolgend diskutierten nass-Versuch. Im trocken-Versuch erreichten alle 31 Pro-
banden die 150-Watt-Marke, 26 Probanden 200 W, 16 Probanden 250 Watt, 8 noch 300 Watt
und zwei sogar die 350-Wattstufe. Dagegen sind im nass-Versuch schon bei 57 Watt nur noch
29 Probanden vertreten, bei 88 Watt sind es 28, bei 119 Watt noch 21. 150 Watt leisten noch
14 Probanden und bei 180 Watt brechen die letzten 5 die Belastung ab. Bei den beiden unter
2.1 als manifeste Hypertoniker bezeichneten Probanden wird wegen kritischen Blutdruckan-
stieges die Belastung beendet, in allen übrigen Fällen wird bis zur muskulären Erschöpfung
26 57 88 119 150 180 200 250 300 350
nasstrocken
31 31 31 31 3126 26
168
231 29 28 21 14 5
Watt
Abb. 1: Zahl der Proban-den, die eine bestimmte Leistung noch erbracht haben.
polynomische Trendlinie
0
1
2
3
4
5
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO2
lineare Trendlinie
0
1
2
3
4
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO25
Abb. 2: Sauerstoffaufnahme auf den einzelnen Belas-tungsstufen, alle Probanden. Mittelwerte und Trendlinien der Mittelwerte. Trocken-Versuch
18
belastet. Andere Gründe (Dyspnoe, Thoraxschmerz, Herzrhythmusstörungen o.ä.) werden
nicht beobachtet.
Die Beziehung zwischen erbrachter Leistung und O2-Aufnahme ist streng linear, (Abb. 2:
auch die polynomische Trendlinie ist linear). Die maximale O2-Aufnahme bei den ausbelaste-
ten Probanden lag zwischen 1,78 l/min und 4,53 l/min. Dies zeigt die große Bandbreite der
körperlichen Leistungsfähigkeit bei Tauchern desselben Vereins, die regelmäßig und ganzjäh-
rig in heimischen Gewässern tauchen.
3.1.2 Spiroergometrie nass
Die maximal erreichte Leistung im Schwimmbad ist mit 180 Watt etwa halb so groß wie im
trocken- Versuch.
Diejenigen Probanden mit hohen Leistungen im trocken- Versuch sind in den meisten Fällen
auch nass höher belastbar.( Abb. 3)
050
100150200250300350400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31Probanden
Watt trocken nass
Abb. 3: Maxi-male Leistung der einzelnen Probanden in den beiden Ergometriever-suchen im Vergleich.
Auch hier wurde bei den beiden als manifeste Hypertoniker bezeichneten Probanden (Nr.2
und 31) der Versuch wegen des RR-Anstieges beendet, in allen anderen Fällen wurde bis zur
Erschöpfung belastet.
19
nass
y = 0,0112x + 1,0119
0
1
2
3
4
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO25
trocken
y = 0,0110x + 0,3518
0
1
2
3
4
5
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO2
Abb. 4a und b: Sauerstoffaufnahme auf den einzelnen Belastungsstufen im trocken- und nass-Versuch, jeweils alle gemessenen Werte aller Proban-den (lineare Trend-linien).
Die Steigung der linearen Trendlinie (Abb. 4b) der O2-Aufnahme pro Watt ist nahezu iden-
tisch mit derjenigen im trocken –Versuch (Abb. 4a), jedoch parallel in Richtung höheren VO2
verschoben. Die Wattzahlen bezeichnen bei dem nass-Versuch aber nur die am Ergometer
eingestellte Belastung. Der Wasserwiderstand musste auch bei der 0 Watt-Einstellung mit 50
Pedalumdrehungen pro Minute überwunden werden (siehe hierzu Abschnitt 3.2.1).
Die polynomische Trendlinie in Abb. 5 nähert sich asymptotisch etwa 3,2 lVO2.
polynomische Trendlinie
0
1
2
3
4
5
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO2
Abb. 5: Nass-Versuch. Sauerstoffaufnahme auf den einzelnen Belastungs-stufen, alle Probanden. Mittelwerte und Trendlinie der Mittelwerte.
Die Streuung der VO2-Werte ist im nass- deutlich größer als im trocken-Versuch (siehe hierzu
4.1.2.) Die Mittelwerte der maximalen VO2-Aufnahme ist für trocken 2,86 l, für nass 2,51 l.
Die Differenz ist signifikant (p=0,007).
20
trocken
2,280,0
0,5
1,0
1,5
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
RQ
nass
2,180,0
0,5
1,0
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
RQ1,5
Abb. 6: Respiratori-scher Quotient RQ=VCO2/VO2, alle gemessenen Werte aller Probanden bei beiden Ergometerver-suchen. Polynomische Trendlinien.
Die anaerobe Schwelle wird von den Gesamtkurven aller Versuche nass etwas früher erreicht
als trocken (2,18 l/min versus 2,28 l/min).
3.1.3 Freitauchgang
Abb. 7 zeigt die Blutdruck-Mittelwerte aller Probanden vor, während und nach dem Tauch-
gang, der allgemein als „außerordentlich gemächlich“ empfunden wurde Der Wert „Einstieg“
wird stehend bis zum Hals im Wasser gemessen; direkt nach Beendigung der Messung wird
abgetaucht. Der systolische Blutdruck liegt - abgesehen vom ersten Wert nach dem Abtau-
chen sehr stabil bei etwa 180 mmHg. Der erste Wert wurde etwa drei Minuten nach dem Ab-
tauchen in einer Tiefe von ca. 5 m gemessen. Dieser stellt bei den meisten Probanden den
höchsten aller gemessenen Werte dar. Im Folgenden stabilisiert sich der systolische RR bei
etwa 180 mmHg und zeigt auch keinerlei Reaktion auf die Tauchtiefe (Abb. 46). Der diastoli-
sche Druck steigt auf Werte um 100 mmHg, während die Herzfrequenz von deutlich über
0
50
100
150
200
250
-20 -15 -10 -5
Eins
tieg 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Aussti
egMinuten
RR
RR sys RR dia HR
Abb. 7: Blut-druck-mittelwerte und Herzfre-quenz aller Probanden vor, während und nach Tauchgang 1.
21
100/min auf etwa 80/min absinkt.
Die systolischen RR-Werte liegen beim zweiten Tauchgang -mit erhöhter Tempobelastung-
im Durchschnitt geringfügig unter denen des ersten Tauchganges derselben dreizehn Proban-
den, während sich der diastolische Blutdruck unverändert zeigte. Die Herzfrequenzen waren
beim zweiten Tauchgang etwas höher als beim ersten (Abb. 8 und 9).
RR-Mittelwerte TG 1/TG 2
0
50
100
150
200
250
-20 -15 -10 -5
Eins
tieg 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Aussti
eg Minuten
RR
RR sys TG 1 RR sys TG 2 RR dia TG 1 RR dia TG 2
0
20
40
60
80
100
120
140
-20 -15 -10 -5
Eins
tieg 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Aussti
eg Minuten
RR
HR TG 1 HR TG 2
Abb. 8: Blut-druckwerte von 13 Pro-banden vor, während und nach den Tauchgängen 1 und 2.
Abb. 9: Herz-frequenzen von 13 Pro-banden vor, während und nach den Tauchgängen 1 und 2.
22
3.2 Vergleich des Herz-Kreislaufverhaltens Wasser / Land
3.2.1 Nettoleistungsfähigkeit Wasser-Land. Energiebilanz
Der O2-Verbrauch bei der nass-Belastung ist gegenüber dem trocken-Versuch weitgehend
belastungsunabhängig um 0,51 l/min erhöht, d.h. die Regressionsgerade ist parallel nach oben
verschoben. In Abb. 4 ist der exakt gleiche Anstieg der linearen Trendlinien zu erkennen. In
3.1.2 (Abb. 5) zeigte sich aber, dass die Watt/VO2-Beziehung streng genommen bei geringer
Belastung etwas steiler ist und bei höherer Belastung sich asymptotisch einer VO2-Aufnahme
von etwa 3,2 l/min anzunähern scheint. In Abb. 10 wurden daher die Durchschnittswerte der
0-Watt-Belastungen verglichen, wobei „0 Watt“ im nass-Versuch sich mit 50 Umdrehungen
pro Minute versteht, also gegen den Wasserwiderstand des Systems. Hierbei entsprechen 0,51
l/min Differenz einer Leistung von 46 Watt. Diese dürfte größtenteils dem Wasserwiderstand
zuzurechnen sein, zum geringeren Teil der erhöhten Atemarbeit, die mit zunehmender Venti-
lation an sich einen Anstieg bewirken müsste. Dieser Wasserwiderstand der Messapparatur,
die im folgenden als „Leerlaufbelastung“ bezeichnet wird, lässt sich auch auf die von NIKLAS
und PETER (1988) beschriebene Weise bestimmen. Das Verfahren wird bei einem einzelnen
Probanden anhand Abb. 11 beispielhaft erläutert. Die Beziehung zwischen VO2 und Leistung
in Watt ist in weitem Bereich linear. Von den VO2-Werten ist jeweils die nach 2.2.2 ermittelte
Ruhesauerstoffaufnahme bereits subtrahiert. Die entstehende Gerade schneidet die VO2-Achse
bei 0,42. Dies ist die O2-Aufnahme bei Leerlaufbelastung, die entsprechend der Steigung der
Geraden 37,92 Watt beträgt.
trocken
0,38
y = 0,0110x + 0,3518
0
1
2
3
4
5
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO2
nass
0,89
y = 0,0112x + 1,0119
0
1
2
3
4
5
0 100 200 300 400
Watt
l/min VO2
Abb. 10: Bestim-mung der Leerlauf-belastung durch Extrapolation der Trendgeraden am Beispiel eines Pro-banden
23
-37,92
y = 0,0111x + 0,4212R2 = 0,996
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
-50 0 50 100
Watt
l/min VO2Abb. 11: Bestim-mung der Leerlauf-belastung durch Extrapolation der Trendgeraden am Beispiel eines Pro-banden.
Bei recht großer Spannweite (zwischen 8,1 und 58,2 Watt) beträgt dieser Wert bei allen Ver-
suchen im Mittel 31,7 Watt (Abb. 12).
-31,70
1
2
3
-50 0 50 100 150 200
Watt
l/min VO2
Abb. 12: Bestim-mung der Leerlauf-belastung durch Mittelung der Ein-zelbelastungen.
Dieser Wert könnte im Einzelfall natürlich auch von Körpermaßen, besonders -wegen des
Wasserwiderstandes- vom Oberschenkelumfang abhängig sein. Eine solche Beziehung zu
Körpergewicht, Oberschenkellänge, -umfang oder -oberfläche zeichnet sich jedoch nicht ab
(Abb. 13).
20
25
30
35
40
45
45 55 65 75 85 95
kg Körpergewicht
Watt
20
25
30
35
40
45
33 36 39 42 45 48
cm Oberschenkellänge
Watt
20
25
30
35
40
45
47 50 53 56 59 62
cm Oberschenkelumfang
Watt
20
25
30
35
40
45
15 20 25 30
dm2 Oberschenkeloberfläche
Watt
Abb. 13: Leerlaufbelastung im Bezug auf Körpergewicht, Oberschenkeloberfläche, -länge, -umfang
24
WVO2×(5,1567×RQ+15,974) 0,06 Der Energieumsatz lässt sich nach: P=
berechnen. Für 120 W Effektivleistung (beim nass-Versuch einschließlich der Leerlaufbelas-
tung) erhält man als Mittelwert der Versuchsreihen für trocken 542 Watt und für nass 686
Watt. Die beiden Ventile, die dem Lungenautomaten nachgeschaltet sind, bedingen bei einer
dynamischen Ventilation von 50 l, die die meisten Probanden bei 120 Watt im nass-Versuch
hatten, eine Atemarbeit von etwa 1,5 Watt. Dazu kommt der Widerstand des Lungenautoma-
ten und des Schlauchsystems. Die durch diese Versuchsbedingungen bedingt größere Atem-
arbeit wird mit 5 Watt angesetzt, was realistisch erscheint. Die Differenz ist zum weit über-
wiegenden Teil thermische Energie, also Wärmeverluste durch Atemgaserwärmung, Konvek-
tion, Abstrahlung. Diese Verluste sind im Wasser durch dessen bessere Wärmeleitfähigkeit
und höhere spezifische Wärme größer als in Luft. Es errechnet sich ein Wirkungsgrad von
17,5% im Wasser gegenüber 22,1% in Luft.
trocken: Wirkungsgrad 22,1%422 W: Thermische Energie (Verluste
durch Gasaustausch,
Konvektion, Abstrahlung
120 W: Nettoleistung
nass: Wirkungsgrad 17,5%
88 W: Nettoleistung
32 W: Leerlaufbelastung
etwa 5 W: Atemarbeit
561 W: Thermische Energie (Verluste
durch Gasaustausch, Konvektion,
Abstrahlung)
Abb. 14: Energie-bilanz bei 120 W Effek-tiv-leistung trocken und nass.
25
3.2.2 Blutdruckverhalten Wasser-Land
Abb. 15 zeigt den bei trocken- und nass- Versuch erreichten maximalen Blutdruck. Zu erken-
nen ist bei den meisten Probanden eine gewisse Übereinstimmung, bei einigen differieren die
Werte aber doch erheblich. In der Regel sind die nass- Werte höher. Die beiden Hypertoniker
2 und 31 sind in dieser Hinsicht nicht auffällig, gehören aber zu denjenigen Probanden mit
den höchsten trocken-Blutdruckwerten bei mäßiger Belastung. Der Proband 14 dagegen, der
ebenfalls einen Maximalblutdruck über 250 mmHg erreicht, hatte den dargestellten Blutdruck
bei einer Leistung von 350 Watt (vergl. Abb. 3).
0
50
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31Probanden
RR sys mmHgRR-trocken max. RR-nass max.
Abb. 15: Maxi-male Blutdruck-werte der einzel-nen Probanden im trocken- und im nass-Versuch.
Der Vergleich aller Blutdruckwerte aller Probanden in Bezug auf den O2-Verbrauch (Abb. 16)
zeigt bereits in Ruhe (bei 0,5 l VO2) für den nass-Versuch einen um ca. 25 mmHg höheren
systolischen Blutdruck. Der Verlauf der Trendgeraden zeigt für den trocken-Versuch einen im
höheren Bereich flacheren Anstieg auf etwa 205 mmHg, während diejenige für nass sogar
einen steileren Anstieg auf etwa 250 mmHg ergibt. Für 2,5 l VO2 beträgt die Differenz 45
mmHg.
Bei gleicher Leistung, gemessen an der O2-Aufnahme, ist der Blutdruck im Mittel im Wasser
somit deutlich höher als an Land.
26
trocken
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3
l/min VO2
RR sys mmHg
4
nass
050
100150200250300
0 1 2 3
l/min VO2
RR sys mmHg
4
Abb. 16: Systolischer Blutdruck in Bezug auf die Sauerstoffauf-nahme in beiden Versuchsreihen. Alle Werte aller Proban-den. Polynomische Trendlinien.
Der Begriff „Bruttoleistung“ in Abb. 17, 20 und 24 bedeutet im nass-Diagramm die am Er-
gometer eingestellte Leistung plus der Leerlaufbelastung von im Durchschnitt rund 32 Watt.
Es zeigt sich, daß die 200 mmHg-Grenze trocken bei 200 Watt überschritten wird, nass je-
doch bereits bei 100 Watt.
trocken
050
100150200250300
0 100 200 300
Watt
RR sys mmHg
nass
050
100150200250300
0 100 200 300
Watt
RR sys mmHg
Abb. 17: Systoli-scher Blutdruck in Bezug auf Brutto-leistung.
Die nass-Werte der Box-plots in diesem und dem nächsten Abschnitt wird durch Interpolation
gewonnen, um mit dem trocken-Versuch vergleichbare Wattzahlen zu erhalten. Die Entwick-
lung von Blutdruck und Herzfrequenz ist in den meisten Fällen deutlich erkennbar linear, so-
daß dies gut praktikabel erscheint. Abb. a stellt jeweils nass- und trocken-Werte gegenüber.
Abb. b zeigt jeweils die Differenz nass-trocken.
27
Abb. 18a: Syst. RR-Werte nass (blau-gefüllt) und trocken (rot-leer).
Abb. 18b: Differenz der syst. Blutdruckwerte der
einzelnen Probanden nass minus trocken.
∆=1/n Σ (RRn nass-RRtrocken)
Der systolische Blutdruck ist insgesamt und auf jeder einzelnen Belastungsstufe nass höher
als trocken und zwar um 20 bis 40 mmHg (Abb. 18). Dies ist auf jeder Stufe hochsignifikant.
Der diastolische Blutdruck liegt bei Belastung im Wasser tendenziell niedriger als im trocken-
Versuch; der Unterschied ist aber bei dieser Darstellungsweise noch nicht deutlich (Abb. 19).
trocken
0
50
100
150
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
RR dia mmHg
nass
0
50
100
150
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
RR dia mmHgAbb. 19:diast.
Blutdruck nass und trocken alle Werte aller Pro-banden, polyno-mische Trendli-nien.
Bei Darstellung gegen die Bruttoleistung erkennt man dagegen die bei zunehmender Belas-
tung abnehmende Tendenz (Abb. 20).
28
trocken
0
50
100
150
0 100 200 300
Watt
RR dia mmHg
nass
0
50
100
150
0 100 200 300
Watt
RR dia mmHg
Abb. 20: Diastolischer Blutdruck in Bezug auf Bruttoleistung in beiden Versuchsreihen. Alle Werte aller Probanden. Polynomische Trendli-nien.
Statistisch (Abb. 21) ist diese Differenz ab 100 W aufwärts signifikant.
Abb. 21a: Diastolische RR-Werte nass (blau-
gefüllt) und trocken (rot-leer).
Abb. 21b: Differenz der diastolischen Blutdruck-
werte der einzelnen Probanden nass – trocken.
∆ =1/n Σ(RRnass-RRtrocken) n
29
3.2.3 Herzfrequenzverhalten Wasser-Land
Wie in Abb. 22 gezeigt sind die jeweils maximal erreichten Herzfrequenzen in fast allen Fäl-
len trocken höher als nass, allerdings bei meist wesentlich höherer Belastung Abb. 23 lässt
eine Differenz der Herzfrequenz in beiden Versuchsreihen nicht erkennen. Beim Vergleich
auf gleichem Belastungsniveau (Abb. 24) ist die Herzfrequenz nass nicht niedriger -wie evtl.
durch Immersionseffekte zu erwarten- sondern zumindest im unteren Leistungsbereich ten-
denziell etwas höher als im trocken-Versuch.
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Probanden
HR HR trocken HR nass
Abb. 22: Maximale Herzfrequenz der einzelnen Proban-den im trocken- und nass-Versuch.
trocken
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
HR
Abb. 23: Herzfre-quenz in Bezug auf die Sauer-stoffaufnahme in beiden Versuchs-reihen. Alle werte aller Probanden. Polynomische Trendlinien
nass
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5
l/min VO2
HR
30
trocken
0
50
100
150
200
0 100 200 300
Watt
HR
nass
0
50
100
150
200
0 100 200 300
Watt
HRAbb. 24: Herzfre-quenz nass und trocken in Bezug auf Bruttoleis-tung, alle Werte aller Probanden , polynomische Trendlinien.
Tatsächlich ist dies aber überraschenderweise für 50 W, 100 W, mit p< 0.005 hochsignifikant
und auch für 150 W noch signifikant. ( p=0,028).
Die Herzfrequenz ist im unteren Leistungsbereich im Wasser also höher als an Land (Abb. 25
a und b).
Abb. 25b: Differenz der Herzfrequenzen der
einzelnen Probanden nass – trocken.
∆ =1/n Σ(RRnass-RRtrocken) n
Abb. 25a: Herzfrequenzen nass (blau-gefüllt) und trocken (rot-leer).
31
3.2.4 Ergometrie als praedilektiver Parameter für RR-Verhalten im Wasser
Der Vergleich der durchschnittlichen Tauchgangs-RR-Werte der Probanden mit den RR-
Werten bei 1 l VO2 , 1,5 l VO2 usw. im trocken-Versuch zeigt, daß die RR-Werte bei 2 l-VO2
die beste Näherung für den mittleren Tauchgangs-RR darstellen (Abb. 26). Die Abweichung
beträgt durchschnittlich 11% (0-28%).
0
50100
150
200250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31Probanden
RR sys mmHg
RR bei VO2 2L,trocken RR TG
Abb. 26: Systolischer Blutdruck der einzelnen Probanden bei einer Sauerstoffaufnahme von 2 l bei Ergometrie tro-cken im Vergleich mit dem durchschnittlichen Tauchgangs-Blutdruck.
Eine Ausnahme bildet hier Proband 17: Der Tauchgang war jedoch nach einem ½ Jahr
Tauchpause mit einem neuen Automaten durchgeführt worden. Der durchschnittliche syst.
RR beträgt 246 mmHg; beim zweiten Tauchgang (unter erhöhtem Tempo) jedoch nur 158
mmHg. Dies mag die kaum abschätzbare Bedeutung von unvorhergesehenen zusätzlichen
Stressfaktoren unterstreichen.
2 l VO2 wird von den meisten Probanden bei 150 Watt verbraucht. Die Blutdruckwerte bei
Ergometrie mit 150 Watt bei einer mittleren Abweichung von ebenfalls 11% (0-27%) lassen
demnach ein näherungsweises Abschätzen der Blutdruckwerte beim Tauchen zu (Abb. 27).
Die beiden manifesten Hypertoniker (Probanden 2 und 31) zeigen ebenfalls eine gute Über-
einstimmung).
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31Probanden
RR sys mmHg
RRsys bei 150 W,trocken RR TG
Abb. 27: Systolischer Blut-druck der einzelnen Pro-banden bei 150 Watt bei Ergometrie trocken im Vergleich mit dem durch-schnittlichen Tauchgangs-Blutdruck.
3.2.5 Wirkung erhöhter Tempoabforderung auf den Blutdruck beim Tauch-
gang
In der Versuchsanordnung liegen die beim zweiten TG unter erhöhtem Tempo gemessenen
Werte (13 Probanden) sogar unter den Werten des ersten Tauchganges derselben Probanden.
32
Zumindest ist eine Blutdrucksteigerung nicht zu erkennen (Abb. 8). Diese Differenz könnte
durch die Gewöhnung an den Versuchsablauf zu erklären sein (HOFFMANN et al.1999).
33
3.3 Fehlerrechnung
Der Gesamtfehler setzt sich aus Verfahrensfehler und Gerätefehler zusammen. Zur
Berechnung wird das Statistik-Programm OriginR benutzt. Für den Verfahrensfehler zeigt
Abb. 28 beispielhaft für Proband Nr. 3 das 95%-Konfidenzintervall, ermittelt aus der
Streuung der VO2-Werte
Abb. 28: Sauerstoff-aufnahme in Bezug auf Leistung. Verfah-rensfehler, angenom-men als 95%-Vertrauensintervall bei einem einzelnen Pro-banden.
Die Abweichung von dem am Ergometer eingestellten Wert beträgt nach Werksangabe
(Fa.Jäger) 2% oder ±3 Watt. Für den minimalen (Pmin) und den maximalen (Pmax)
Leistungswert gilt dann (Pm=Mittelwert):
Pmax = Wenn ((Pm*0,02)<3; Pm+3; Pm(1+0,02))
Pmin = Wenn ((Pm*0,02)<3; Pm-3; Pm(1-0,02))
Für den Gesamtfehler der Leistung wird hierzu der Fehler aus Abb. 28 addiert bzw. subtra-
hiert: Pmax = Wenn ((Pm*0,02)<3; Pm+3; Pm(1+0,02))+∆P
Pmin = Wenn ((Pm*0,02)<3; Pm-3; Pm(1-0,02))- ∆P
Der Messfehler des bei der Unterwasserfahrradergometrie verwendeten Langzeitblutdruck-
messers (CLARK et al.1991) wird mit 2% oder ±3 mmHg angegeben. Mit diesem wird in
analoger Weise verfahren, wodurch die Beziehung systolischer Blutdruck gegen Leistung zur
Darstellung kommt (Abb. 29). Das Auseinanderdriften der Kurven für den Gesamtfehler
ensteht durch das Fehlen eines Stützwertes oberhalb von 127 Watt. Werte oberhalb von 100
Watt sollten daher bei der Betrachtung außer Acht gelassen werden.
Tabelle 3 stellt diese Verhältnisse in Zahlen dar. Der Gerätefehler schließt Ergometer und
Blutdruckmessgerät mit ein.
34
Pm Pmax Pmin RRsys-F RRsys RRsys+F RRdia-F RRdia RRdia+F Watt Watt Watt mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg
0 0 0 126 126 126 77 77 77
nur 39 42 36 164 167 170 83 84 85
Gerätefehler 65 68 62 182 183 183 84 83 83
96 99 93 176 177 178 90 91 91
127 130 124 181 185 190 65 71 76
Pm Pmax Pmin RRsys-GF RRsys RRsys+GF RRdia-GF RRdia RRdia+GF Watt Watt Watt mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg
Gerätefehler 0 0 0 126 126 126 77 77 77
plus 39 47 31 158 167 174 83 84 86
Verfahrens- 65 73 57 180 183 183 85 83 82
fehler 96 104 88 175 177 180 89 91 91
127 135 119 177 185 199 52 71 83
Abb. 29: Verfahrensfehler (F) und Gesamtfehler (GF) der systolischen und diastolischen RR-Werte bei einem einzelnen Probanden
y = 3E-06x4 - 0,0006x3 + 0,0331x2 + 0,4981x + 126R2 = 1
y = -2E-06x4 + 0,0006x3 - 0,0436x2 + 1,1374x + 77R2 = 1
0
50
100
150
200
250
0 20 40 60 80 100 120 140Watt
mm HgRR sys
RR sys +F
RR sys -F
RR dia +F
RR dia
RR dia -F
RR sys +GF
RR sys -GF
RR dia -GF
RR dia +GF
Tabelle 3: Auswirkung der ermittelten Fehlerbreiten auf die gemessenen Blutdruckwerte.
35
4 Diskussion
4.1 Diskussion der Methode
4.1.1 Die Spiroergometrie trocken
Die Ergometrie ist ein Standardverfahren (MELLEROWICZ 1983, LÖLLGEN 1990, KINDER-
MANN 1987). Die Spiroergometrie ist ein nicht standardisiertes aber in der medizinischen Pra-
xis gut eingeführtes Verfahren, das keine grundsätzlichen Probleme aufwarf, ebenso wenig
wie die integrierte Blutdruckmessung.
4.1.2 Die Spiroergometrie nass
Bei Verwendung im Schwimmbad ergaben sich bei der Spiroergometrie einige Schwierigkei-
ten: Die Druckminderer oder der Automat ließen trotz aller Abdichtung dem Druckgefälle
folgend in das Lumen des Verbindungsschlauches Wasser eindringen. Die Menge war varia-
bel, hatte aber bei längerer Versuchsdauer (bei höher belastbaren Probanden) Blasenbildung
im Schlauch zur Folge, die dann eine abnorm hohe Atemfrequenz vortäuschte. Das Programm
berechnete daraus falsch hohe Volumina. Diese Werte wurden eliminiert. Einzelne Versuche
mussten deswegen abgebrochen und wiederholt werden. Die größere Streuung der VO2-Werte
im nass-Versuch dürfte ebenfalls hiermit zusammenhängen. Bei größeren Wassermengen im
Schlauch war im übrigen der Atemwiderstand derart erhöht, daß der Versuch beendet werden
musste. In einigen Fällen liegt daher keine echte Ausbelastung vor.
Die Fixierung auf dem Ergometer im Wasser erwies sich durch den Auftrieb des Probanden
als schwierig. 10 kg Blei im Bauchgurt war an sich zu wenig, um bei höheren Belastungsstu-
fen die Kraft gut auf die Pedale zu übertragen, mehr erwies sich aber als nicht praktikabel.
Die Füße wurden daher in Pedalschlaufen fixiert, sodaß der Proband durch Hochziehen des
aufwärtsgehenden Fußes die Kurbelbewegung unterstützen konnte. Der Blei-Bauchgurt wurde
durch einen zusätzlichen unter dem Sattel durchgezogenen Gurt ergänzt. Trotzdem hielten
sich die Probanden mit Armkraft am Lenker fest. Alles in allem unterschieden sich die bean-
spruchten Muskelgruppen etwas vom trocken-Versuch.
Die Streuung der VO2-Werte ist im nass- deutlich größer als im trocken-Versuch (siehe hierzu
3.1.2). Die Strömungscharakteristik des Atemgases -laminar oder turbulent- hängt von der
Dichte des Atemgases (= Umgebungsdruck), der Ventilation und dem Kaliber des betrachte-
36
ten Atemwegsabschnittes ab. Mit zunehmender Belastung steigt somit bei den betrachteten
Tauchern die Atemarbeit überproportional an. Die O2-Aufnahme -als Maß für die brutto er-
brachte Leistung- sollte also stärker ansteigen als die Nettoleistung, die in Watt am Ergometer
abzulesen ist. Die polynomische Trendlinie nähert sich aber ganz im Gegenteil asymptotisch
etwa 3,2 l VO2 (Abb. 5).
Die maximale O2-Aufnahme scheint bei unserem Versuchsaufbau begrenzt zu sein, obwohl
der verwendete Atemregler einen Atemstrom von 850 l Luft pro Minute erlaubt. Hierfür
spricht auch, daß die anaerobe Schwelle im nass-Versuch im Mittel etwas früher erreicht
wurde (Abb. 6). Dies ist möglicherweise Ausdruck einer Sauerstoffmangelversorgung bei
höherer Belastung. Diese Hypothese könnte durch eine vergleichende Ergometrie tro-
cken/nass mit arterieller Gasanalyse und Laktatmessung erhärtet oder widerlegt werden. Eine
durch den Atemautomaten bedingte Minderventilation ist bei einer geforderten Durchströ-
mung von 400 l/min (DIN EN 250 für Atemregler) kaum vorstellbar. Offenbar ist der Proband
durch die Versuchsanordnung mit dem zeitweise Wasser enthaltenden Schlauch zur Gasana-
lyse aber früher als bei Atmung von Raumluft gezwungen, seinen Energiebedarf anaerob zu
decken mit der Folge erhöhter CO2-Entstehung. Der in der Taucherausbildung (STIBBE 1994)
gebräuchliche Begriff „Essoufflement“ bezeichnet ein Atemnotsyndrom durch CO2-
Intoxikation bei körperlicher Belastung (HOCK et al.1994)
Erhöhter Umgebungsdruck erfordert erhöhte Atemarbeit (DRAGONAT und DRENCKHAHN
1974). Andererseits ist nach MILLER et al. (1972) eine alveoläre Hypoventilation bei weniger
als 1,2 bar kaum anzunehmen: Das maximale Atemminutenvolumen geht nach WRIGHT et al.
(1972) von etwa 160 l/min bei 1 bar auf etwa 125 l/min bei 2 bar Umgebungsdruck zurück.
Das BOSO-Langzeit-Blutdruckmessgerät benötigte für eine Messung fast immer mehr als
eine Minute, sodaß eine Messung nur alle zwei Minuten wirklich durchgeführt wurde. Das
System reagierte empfindlich auf Oberarmmuskelanspannung durch das Festhalten des Pro-
banden auf dem Ergometer mit Error-Meldung, sodaß die Messintervalle teilweise vier Minu-
ten betragen. Bei den kürzesten Belastungen waren dadurch überhaupt nur drei Werte zu er-
halten. Die Herzfrequenz, gemessen über den EKG-Monitor, war in einigen Fällen durch Be-
wegungsartefakte grob verfälscht und wurde dann durch den Wert aus dem Blutdruckmessge-
rät ersetzt.
37
4.1.3 Tauchgänge
Die Blutdruckmessung im Trockenanzug gelang unerwartet gut. Ein Tauchgang wurde wie-
derholt, da im ersten Versuch unter Wasser nur „Error“-Meldungen geliefert worden waren.
Bei allen anderen Tauchgängen betrug der Anteil der Fehlmessungen 18,7 % (0% -66%).
Die Sicht im Gewässer war zeitweise so schlecht , daß die Gruppe während der Messpause
durch Aufwirbeln des Untergrundes den Sichtkontakt verlor und aufsteigen musste. Trotz
vorheriger Instruktion durch den Untersucher und Tauchgruppenführer hielten die Probanden
beim 1. Tauchgang nicht immer ausreichend engen Kontakt. Dies besserte sich beim zweiten
Tauchgang, allerdings war jahreszeitlich bedingt die Sicht noch schlechter. Trotzdem könnte
der niedrigere Blutdruck beim zweiten. Tauchgang durch die inzwischen erreichte Vertraut-
heit mit dem Verfahren zu erklären sein. Dies wäre durch jeweils mehrere Tauchgänge mit
einer kleinen Anzahl von Probanden nachzuprüfen.
Durch ein Leck eines Tauchanzuges durch Fehlbedienung wurde ein RR-Gerät schwer be-
schädigt und brach den Pumpvorgang nicht ab. Dadurch bestand etwa 7 min –bis zum Errei-
chen des Ufers und Herausnahme des Akkus– ein Druck von 300 mmHg in der Manschette.
Der linke Arm des Probanden war in den ersten 15 Minuten etwas ödematös, danach klinisch
unauffällig, ein Schaden entstand auch im Folgenden nicht.
Die Ergebnisse aus den Tauchgängen wurden mit Trockentauchern gewonnen und sind auf
das bei Sporttauchern viel weiterverbreiteten Nasstauchen nicht ohne weiteres übertragbar.
Der Strömungswiderstand einer Trockentauchausrüstung ist wegen der Falten, der Unterklei-
dung und der Luftschicht im Anzug größer als der einer Nassausrüstung.
4.2 Diskussion der Ergebnisse
4.2.1 Herzfrequenz
Es besteht ein Widerspruch zwischen dem Rückgang der Herzfrequenz beim Tauchgang ge-
genüber der Bewegung an Land (Abb. 7) und der höheren Herzfrequenz im Wasser beim Er-
gometrieversuch im mittleren Leistungsbereich. Die Ergebnisse verschiedener Untersuchun-
gen zur Herzfrequenz im Wasser sind allerdings ebenfalls nicht einheitlich. DALY (1972) wie
auch ANGELL JAMES (1972) macht seine Aussagen zum Tauchreflex aufgrund von Tierversu-
chen; v.a. Hunden und Katzen. Es wird bei Meeressäugern eine ausgeprägte Bradykardie und
nur geringfügige Änderung des Blutdrucks beschrieben. Diese Ergebnisse sind kaum auf den
Menschen übertragbar.
38
Auch VON NIEDING et al. stellten 1993 bei stufenweiser Immersion bis zum Kinn einen Herz-
frequenzrückgang von 87,5 auf 78/min fest unter Zunahme des Pulmonalarteriendruckes und
des Herzminutenvolumens (von 6,3 l auf 9,9 l). Nach VON STEGEMANN und TIBES ist beim
Atemanhalten nach Belastung die Bradykardie in einem Meter Wassertiefe ausgeprägter als
an der Wasseroberfläche.
Nach KESSEL et al., die 1984 die Herzfrequenz in der Druckkammer ohne Immersion bei 2 bar
untersuchten, ist kein signifikanter Frequenzabfall gegenüber 1 bar zu finden. HAGEN und
SEUSING fanden 1952 in einem Druckkammerversuch mit stufenweiser Kompression bis 2,5
bar eine Herzfrequenzreduktion von 72,5 auf 65,5/min, die bei Dekompression wieder rück-
läufig war und vermuten ursächlich Vaguswirkung oder den erhöhten Sauerstoffpartialdruck.
Dieser Effekt dürfte bei der Ergometrie nass dieser Studie bei einem Druck von 1,2 bar keine
Rolle spielen, wohl aber bei den Freitauchgängen.
HOFFMANN et al. stellten 1999 fest, daß Streckentauchen schon bei geringen Geschwindigkei-
ten (1,9 bis 3,0 km/h) eine erhebliche Belastung darstellt. Unsere Tauchgeschwindigkeiten
waren nur halb so groß; 1,5 km/h wurde im Trockenanzug durch den hohen Strömungswider-
stand schon als erhebliche Belastung empfunden. Ein Herzfrequenzabfall bei verschiedenen
Manövern mit Sporttauchgerät sahen die Untersucher –wie auch in der vorliegenden Studie–
bei Testwiederholungen und bezogen dies auf „Gewöhnungseffekte..., die auch eine Redukti-
on der psychologischen Belastung darstellen“. Der Vergleich der Blutdruckwerte des vorlie-
genden ersten und zweiten Tauchganges stützt diese Hypothese, während die Herzfrequenz
diesbezüglich keine Differenz zeigte. Auch GOODEN et al. (1975) sahen beim Vergleich von
Tauchgängen mit verschiedenen Tauchmanövern im Pool und in einem großen trüben See
keine signifikant differenten Herzfrequenzen.
Die Ergebnisse des vorliegende Ergometrie-Versuchs stimmen aber mit denen der schon zi-
tierten Studie von WEICKER et al. (1987) überein, die in Ruhe im Wasser gegenüber an Land
einen deutlichen Anstieg von Herzfrequenz, systolischem Blutdruck, allerdings geringfügig
und der vorliegenden Arbeit widersprechend auch des diastolischen Blutdrucks fanden.
Im Gegensatz dazu beschrieben WELTMAN und EGSTROM 1969 in Ruhe und bei Armergo-
metrie im Wasser tendenziell niedrigere Herzfrequenzen als an Land, ohne Angabe einer Sig-
nifikanzprüfung.
SCHIPKE et al. beschrieben 1999 eine deutliche Herzfrequenzreduktion bei Submersion – je-
doch nur bei einem Teil der Probanden und vermuten, daß der rudimentäre Tauchreflex nur
noch bei einem Teil der Menschen überhaupt auslösbar ist. Notwendig ist nach SPECK und
39
BRUCE (1978) Gesichtskühlung und Apnoe. Dies bestätigen auch Studien von KAWAKAMI et
al. (1967), HEISTAD et al. (1968), Campbell et al. (1969), PAULEV und HANSEN (1972) sowie
auch BJERTNÆS et al. (1984), die diese Versuche mit Fahrradergometrie kombinierten. Aus-
wirkungen des Tauchreflexes sind demnach in dieser Versuchsanordnung nicht zu erwarten.
Die Reduktion der Herzfrequenz im Wasser in einigen Studien ist aber nach BÜCKING et al.
(1990), BÜCKING et al. (1991) und BÜCKING und WAHDEN (1996) mit erhöhtem Preaload und
erhöhtem Schlagvolumen zu erklären.
Auch bei DRESSENDORFER et al. (1976) war die maximale Herzfrequenz bei Fahrradergo-
metrie im Wasser gegenüber Luft signifikant gemindert. Dies bestätigt auch die vorliegende
Arbeit (Abb. 23); sie kann aber nicht zur Bestätigung des Tauchreflexes beim Menschen he-
rangezogen werden, denn die Maximalleistung ist im Wasser gegenüber der an Land redu-
ziert. Bei gleicher Leistung ist im mittleren Leistungsbereich die Herzfrequenz im Wasser
dagegen sogar signifikant höher als an Land (Abb. 25), nicht aber in Ruhe.
DWYER und PILMANIS fanden 1978 bei ihrem in 1.1 beschriebenen Versuch bei Vergleich der
Herzfrequenz über die Sauerstoffaufnahme im Bereich bei etwa 2,3 l VO2 ebenfalls im Wasser
höhere Herzfrequenzen als an Land. Erst bei höherer Belastung kehrte sich das Verhältnis um.
PELZER (1996) sah keinen signifikanten Unterschied der Herzfrequenz am Beckenrand, beim
Eintauchen ins Wasser mit und ohne Gesicht und Tauchen am Beckengrund mit PTG in Ruhe.
Die Herzfrequenzvariabilität stieg bei Immersion und Submersion jedoch an und war beim
Tauchen am größten. Dies könnte Ursachen der größeren Streuung der Herzfrequenz nass
gegenüber trocken (Abb. 23 und 24) in der vorliegenden Arbeit sein. PELZER führte diese
Veränderung ausschließlich auf Volumenverschiebungen und nicht auf den Tauchreflex zu-
rück.
4.2.2 Blutdruck
Diskutiert wird eine „Schwimmer-Hypertonie“, die nach WEIß und WEICKER (1985) auf Baro-
Rezeptor-Anpassung auf die hämodynamischen Veränderungen durch Immersion und Al-
dosteron- (und Katecholamin-) Anstieg bei Immersion plus Belastung zurückzuführen ist. Der
Blutdruck wurde hier nach der Tauchbelastung gemessen. Blutdruckanstieg von 7 mmHg
(ZBROZYNA und WESTWOOD 1992) oder 9% (STERBA und LUNDGREN 1988) durch Gesicht-
simmersion sind beschrieben.
Die unter 4.2.1 zitierten Arbeiten zum Tauchreflex beschreiben meist einen Anstieg des systo-
lischen oder des arteriellen Mitteldruckes, so auch FOLINSBEE (1974), der bei Immersion bis
40
zum Kinn einen arteriellen Mitteldruckanstieg durch Apnoe sah von 5 bis 15 mmHg je nach
Wassertemperatur. TROUERBACH et al. (1994) dagegen fanden den Blutdruck durch Eisküh-
lung des Gesichts plus Apnoe nicht beeinflusst. Andererseits soll auch Handimmersion in
kaltes Wasser zumindest vorübergehend (nach PAIK et al. 1972 etwa 8 Minuten)zum Blut-
druckanstieg führen, der bei ALLEN et al. (1992) deutlicher ausgeprägt war als durch Ge-
sichtskühlung. Die Herzfrequenz stieg bei Handkühlung an, während sie bei Gesichtskühlung
abfiel.
BACHMANN et al. (1970) maßen Herzfrequenz und Blutdruck blutig–telemetrisch bei ver-
schiedenen Sportarten. Sie teilen RR-Werte von 170/105 mmHg beim Schwimmen und
250/170 mmHg beim Tauchen mit. Die Herzfrequenz sei beim Schwimmen mit 130 geringer
als bei vergleichbaren Land-Sportarten, beim Tauchen jedoch nur 60/min. Es wurde keine
standardisierte Belastung vorgegeben. Die Modalitäten dieses Versuchs (kurzes Abtauchen
während des Schwimmens, Sensor wahrscheinlich über der Wasseroberfläche) wurden schon
in 1.1 angesprochen. Die blutige Blutdruckmessung könnte zu anderen Zahlen führen als die
Riva-Rocci-Methode; so könnte die auffallende und der vorliegenden Studie widersprechende
Entwicklung des diastolischen Druckes zu erklären sein.
4.2.3 Leerlaufbelastung
In 3.2.1 wurde die Leerlaufbelastung auf zwei verschiedenen Wegen zwischen 31,7 und 47
Watt ermittelt. HOTTOWITZ maß 1999 im selben Versuchsaufbau die Leistung mit Hilfe eines
Pendelgenerators (LANGER und FINZI 1914). Hierzu wurde die gesamte Vorrichtung mit auf
dem Ergometer sitzenden Probanden durch einen Elektromotor auf 50 U/min gebracht. Der
Proband wurde angewiesen, die Beine passiv mit den Pedalen mitbewegen zu lassen. Durch
den Pendelgenerator/Bremsgenerator wird die mechanische Energie in direkt zu messende
elektrische Energie umgewandelt. Er fand für die hydrodynamische Widerstandskraft der
Messvorrichtung mit dem Probanden einen Wert von 34,37 Watt. Bei demselben Probanden
wurde auf die in Abschnitt 3.2.1 beschriebene Weise über die Sauerstoffaufnahme 37,92 Watt
ermittelt. Diese Widerstandskraft erklärt den reduzierten Wirkungsgrad im Wasser. Die recht
große Spannweite dieser Werte ist nicht von individuellen Körpermaßen abhängig, sondern
erklärt sich aus der unterschiedlichen Adaptation der Probanden an die Versuchsbedingungen.
41
4.2.4 Tauchgang
Die vollständige Immersion mit Blutvolumenverlagerung in den Thoraxraum („erhöhtes Prea-
load“) scheint keine ausreichende Erklärung für die Höhe des 5-Minuten-Wertes zu sein, denn
dieser Mechanismus wirkt sich auch schon beim Stehen im Wasser (Wert „Einstieg“) aus.
Die systolischen RR-Werte lagen beim zweiten Tauchgang - mit erhöhter Tempobelastung -
im Durchschnitt geringfügig unter denen des ersten Tauchganges derselben dreizehn Proban-
den (Abb. 8). Dies könnte dadurch verursacht sein, dass den Probanden beim zweiten Tauch-
gang das Verfahren vertrauter war. Zumindest hat die erhöhte Leistungsabforderung keinen
entscheidenden Einfluß auf den Blutdruck.
4.2.5 Temperatur
Übereinstimmend berichten verschiedene Autoren, daß die Wassertemperatur in weiten Be-
reichen ohne Einfluß auf Leistungsfähigkeit und kardiopulmonale Parameter ist (COSTILL
1966, COSTILL et al. 1967), bei COSTILL (1971) zum Beispiel zwischen 17,4 und 33,1 °C. Bei
DRESSENDORFER et al. (1976) war bei Fahrradergometrie im Wasser (head-out) zwar bei 25
°C die maximale Herzfrequenz um 15/min niedriger als bei 35 °C. Die maximale Sauerstoff-
aufnahme war aber unbeeinflusst.
4.2.6 Maximale Sauerstoffaufnahme
COSTILL fand 1971 die maximale Sauerstoffaufnahme bei Atmung in Luft und bei Immersion
bis zum Hals ohne Tauchgerät nicht signifikant verschieden. Auch DRESSENDORFER et al.
erhob 1976 denselben Befund bei ähnlichem Versuchsaufbau.
Bei beiden Untersuchungen waren die Atemmodalitäten an Land und im Wasser (head-out)
identisch. Derselbe Versuch DRESSENDORFERs mit Tauchgerät im Wasser gegenüber Y-Ventil
an Land - also vergleichbar mit unserem Aufbau – ergab dagegen eine signifikante Minderung
des maximalen VO2 im Wasser – wie bei uns.
Die maximale Leistung scheint also durch das Tauchgerät eingeschränkt.
Die Veränderung der Atemgasdichte dagegen dürfte bei dieser geringen Druckdifferenz keine
entscheidende Rolle spielen, anders als bei DWYER et al. (1977), die die maximale O2-
Aufnahme und die maximale Ventilation bei 43 bar entsprechend 420m (in der Druckkam-
mer) gegenüber 1,6 bar deutlich vermindert fanden.
42
4.2.7 Wirkungsgrad
COSTILL (1971) gab den zusätzlichen Energiebedarf für eine gegebene Arbeitsbelastung im
Wasser mit 33 bis 42% derselben Belastung an Land an. Bei 120 Watt Effektivleistung (Ab-
schnitt 3.2.1) lassen sich mit 686 Watt/542 Watt für unseren Versuch 27% ermitteln. Der Wir-
kungsgrad von 22,1% an Land reduziert sich im Wasser um 4,6%; bei COSTILL waren dies je
nach Belastung zwischen 4,0% und 5,7%.
NIKLAS (2000) verglich die Leistungen von Tauchern bei verschiedenen Über- und Unterwas-
serergometrieformen bezogen auf die Sauerstoffaufnahme (Tabelle 4). Tabelle 5 stellt diesen
Angaben die entsprechenden Daten dieser Untersuchung gegenüber. Brutto- Fahrrad-
ergo- Rollstuhl-
ergo- UW- UW-
Seilzug- UW-Seilzug- Fahrrad- Fahrrad-
VO2 leistung metrie - metrie Schwimm- gerät gerät ergometrie ergometrie VO2
mit k= 21 J/ml trocken trocken ergometrie mit Fixation ohne Fixation trocken nass ml/min Pbrutto/W Perg/W Perg/W Perg/W Perg/W Perg/W Perg/W Perg/W ml/min
180 63 - 0 - - - - - 180 250 88 0 - - - - - - 250 500 175 - 17 0 0 0 13 - 500 650 228 - 25 - - - 27 - 650
1000 350 50 40 13 20 10 59 0 10001500 525 100 70 18 30 15 104 44 15002000 700 150 100 24 40 20 150 88 20002500 875 200 - 33 50 25 195 133 2500
Tabelle 5: Fahrradergo-metrie-Ergebnisse trocken und nass, interpoliert nach Abb.10.
Tabelle 4: Vergleich der Ergebnisse unterschiedlicher Ergometrievarianten bei Tauchern. Aus NIKLAS (2000), mit freundlicher Genehmigung des Au-tors. Die Beträge der Ergometerleistungen sind auf gerundete Sauerstoffauf-nahmewerte bezogen und interpoliert.
Wie es bei gleichem Versuchsaufbau zu erwarten ist, zeigen die Spalten „Fahrradergometrie
trocken“ beider Autoren (Tabelle 4 und 5) nahezu gleiche Zahlenwerte. Die Fahrradergo-
metrie nass ist deutlich effektiver als Schwimm- und Seilzugergometrie mit und ohne Fixati-
on des Probanden am Beckengrund (NIKLAS und PETER 1993).
4.3 Ziel der Arbeit
Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Blutdruckmessung bei Tauchern.
Es zeigt sich, daß der systolische Blutdruck im mittleren Leistungsbereich bei gleicher Leis-
tung im Wasser um etwa 40 mmHg höher, der diastolische jedoch tendenziell niedriger liegt
als an Land.
In der vorliegenden Studie ist die Herzfrequenz im Wasser unter Belastung signifikant höher
als an Land, in Ruhe besteht eine diskrete, nicht signifikante Erhöhung. Nach der Literatur
wäre eigentlich eine geringere Herzfrequenz zu erwarten. Hier könnte sich die psychische
43
Belastung durch den doch sehr aufwendigen Versuchsaufbau ausgewirkt haben. Soweit die
oben zitierten Arbeiten die Herzfrequenz unter Belastung gemessen haben, sind die Ergebnis-
se widersprüchlich und es fehlen schlüssige Erklärungen. Weitergehende Studien sind not-
wendig.
Die maximale Sauerstoffaufnahme ist im Wasser reduziert und die anaerobe Schwelle wird
im Wasser –gemessen an der Sauerstoffaufnahme- früher erreicht. Dies ist mit der durch das
Presslufttauchgerät erschwerten Ventilation zu erklären.
Wie es entsprechend hydrodynamischen Widerstandskraft zu erwarten ist, ist der Wirkungs-
grad im Wasser gegenüber dem Land reduziert in mit anderen Untersuchungen vergleichbarer
Größenordnung.
Während eines ruhigen, als nicht belastend empfundenen Freitauchganges werden systolische
Blutdruckwerte um 180 mmHg gemessen. Erhöhte Tempoabforderung hat keinen steigernden
Effekt. In 3.2.4. wird gezeigt, daß dieser Blutdruck bei den meisten Probanden etwa demjeni-
gen bei 150-Watt Fahrradergometrie entspricht. Dies ermöglicht bei der Tauglichkeitsunter-
suchung von Sport- und Berufstauchern erstmals die Abschätzung der Blutdruckbelastung
und ist damit ein Beitrag zur Tauchsicherheit.
Berufstaucher, insbesondere auch tauchende Wissenschaftler sind nach Erwerb mehrerer Qua-
lifikationen oft in einem Alter, in dem sich eine (Belastungs-) Hypertonie manifestiert. Auch
ist der Tauchsport, besonders das „Urlaubstauchen“ keineswegs auf junge Menschen be-
schränkt, sodaß sich der begutachtende Arzt auch mit dem Problem der antihypertensiven
Medikation auseinandersetzen muss.
Nun ist von keinem der bekannten Antihypertensiva bekannt, welche Wirkung (und Neben-
wirkungen!) unter erhöhtem Umgebungsdruck zu erwarten ist. Nach dem in 2.2.3 beschriebe-
nen Verfahren kann jetzt einerseits die Blutdruckeinstellung eines bestimmten Tauchers im
Tauchgang überprüft werden; andererseits ist die Methode Grundlage zukünftiger Arbeiten
zur Eignung eines Antihypertensivums für Taucher.
44
5 Zusammenfassung / Abstract
Mit 13 Probanden wird eine Fahrradspiroergometrie an Land und im Wasser durchgeführt.
Blutdruck und Herzfrequenz werden gemessen und über die Sauerstoffaufnahme bei beiden
Belastungsformen miteinander verglichen. Der systolische Blutdruck ist dabei im Wasser 20 –
40mmHg höher als an Land. Der diastolische Blutdruck, an Land leicht ansteigend, fällt im
Wasser deutlich ab und liegt bei 200 W um 35 mmHg signifikant unter dem Land-Wert. Die
Herzfrequenz ist im Wasser im Bereich zwischen 50 W bis 150W geringfügig (im Mittel 5 –
10/min) aber signifikant höher.
Die Probanden absolvieren einen standardisierten Tauchgang in einem Baggersee im Tro-
ckenanzug. Blutdruck und Herzfrequenz werden mittels eines Langzeitblutdruckmessers in 5-
min-Intervallen gemessen. Der Blutdruck liegt während des Tauchganges im Mittel bei 180
mm Hg mit deutlichen individuellen Unterschieden.
Der Tauchgangsblutdruck entspricht bei den meisten Probanden in etwa dem Blutdruck bei
150 Watt in der Routineergometrie.
Eine in allen Fällen zuverlässige Identifizierung von im Tauchgang auffälligen Probanden
gelingt durch die Routineergometrie jedoch nicht.
Ein weiterer Tauchgang mit deutlich erhöhtem Tempo ergibt keine abweichenden Ergebnisse.
45
6 Literaturhinweise Allen MT, Shelley KS, Bouquet AJ jr (1992): A comparison of cardiovascular and autonomic
adjustments to three types of cold stimulation tasks. Int J Psychophysiol
13, 59-69
Angell James JE; Daly M de B (1972): Some Mechanisms involved in the Cardiovascular
Adaptions of Diving. Symp Soc Exp Biol 26, 313-341
Arborelius M jr., Balldin UI, Lilja B, Lundgren CEG (1972): Hemodynamic changes in man
during immersion with the head above water. Aerospace Med, 592-598
Åstrand PO, Englesson S (1972): A Swimming Flume. J appl Phys 33, No 4, 514
Bachmann K; Zerzany R; Riess P; Zold K (1970): Blutdrucktelemetrie. Dtsch med Wo-
chenschr 95, 741-747
Baumgartl P (1987): Laktatfeldtests im Leistungssport. Österr J f Sportmed 17 (Sonderheft),
1-35
Bjertnæs L, Hauge A, Kjekshus J, Søyland E (1984): Cardiovascular responses to face immer-
sion and apnea during steady state muscle exercise. Acta Physiol Scand
120, 605-612
Bräuer T, Simon G, Rieckert H (1994): Eine neue Methode zur Leistungsdiagnostik bei Tau-
chern. Wehrmed Msch 38 Heft 10, 326-329
Bücking J, Peters H, Puls G (1990): Die Abhängigkeit des Herzvolumens vom hydrostati-
schen Druck. Herz/Kreisl 22, 11, 396-397
Bücking J, Wahden S (1996): Die Vorlasterhöhung des Herzens durch aquale Immersion –
Untersuchungen zur Rehabilitation von Infarktpatienten. Phys Rehab
Kur Med 6, 67-72
Bücking J, Wiskichen H, Puls G (1991): The increase of cardiac output by immersion in water
measured by transoesophageal electrocardiography; in: 70th meeting
Deutsche Physiologische Gesellschaft, Pflügers Archiv Suppl. I, 419,
R109
Campbell LB, Gooden BA, Horowitz JD (1969): Cardiovascular responses to partial and total
immersion in man. J Physiol 202, 239-250
Clark S, Fowlie S, Coats A, Radaelli A, van der Putt M, Bird R, Conway J(1991): Ambula-
tory blood pressure monitoring: validation of the accuracy and reliabil-
46
ity of the TM-2420 according to the AAMI recommendations. J of hu-
man hypertension, 77-82
Costill DL (1966): Use of a swimming ergometer in physiological research. Res Quart 37(4),
564-567
Costill DL (1968): Effects of water temperature on aerobic working capacity. Res Quart
39(1),67-73
Costill DL (1971): Energy requirements during exercise in the water. J sports med. Phys fit-
ness 11(2), 87-92
Costill DL, Cahill PJ, Eddy D (1967): Metabolic responses to submaximal exercise in three
water temperatures. J Appl Physiol 22(4), 628-632
Craig AB, Dvorak M (1969): Comparison of exercise in air and water of different tempera-
tures. Med and Sci in Sports 1(3), 124-130
Daly M. de B: Interaction of Cardiovascular Reflexes Scient Basis of Med Ann Rev 307-332;
University of London: Athlone Press 1972
Deutsche Liga zur Bekämpfung des hohen Blutdruckes e.V.: Empfehlungen zur Hochdruck-
behandlung; 15. Auflage; Heidelberg 1999
Dlin RA, Hanne N, Silverberg DS, Bar-Or O (1983): Follow-up of normotension men with
exaggeratet blood pressure reponse to exercise. Am Heart J 106; 316-
320
Donald KW, Davidson WM (1954): Oxygen uptake of „booted“ and „fin swimming“ divers. J
Appl Physiol 7, 31-37
Dragonat P, Drenckhahn (1974): Spirographische Untersuchung der ventilatorischen Lungen-
funktion unter Überdruckbedingungen. Europ J Appl Physiol 32, 341-
348
Dressendorfer HR, Morlock JF, Baker DG, Hong SK (1976): Effekts of head-out water im-
mersion on cardiorespiratory responses to max. cycling exercise. Un-
dersea Biomed Res 3 No 3, 177-187
Droste T, Wegener R, Witten F, Almeling M, Hottowitz R (2000): Umgebungsdruck-
gesteuertes Exspirationsventil. Patentschrift
Dwyer J (1983): Estimation of oxygen uptake from heart rate response to undersea work Un-
dersea Biomed Res 10(2), 77-87
Dwyer J, Saltzman HA, O`Bryan R (1977): maximal physical work capacity of man at 43.4
ATA. Undersea Biomed Res Vol. 4, No.4, 359-371
47
Dwyer J; Pilmanis AA: Physilogical Studies of Divers Working at Depths to 99 fsw in
the open Sea; in: Underwater Physiology, VI;hrsg.v. Shilling CW,
Beckett MW; Federation of American Societies for experimental biol-
ogy. Bethesda 1978, 167-178
Eschenbacher H: Fehlerberechnung EOS-Sprint. Schriftliche Mitteilung vom 19.1.2000
Fagraeus L (1974): Maximal work performance at Raised air and helium-oxygen pressures.
Acta Physiol Scand 91, 545-556
Fagraeus L, Bennett PB: Cardiorespiratory function during arm exercise in water at 500
and600 feet; in: Underwater Physiologie VI. Proceedings of the sixth
symposium on underwater physiologie; hrsg v. Shilling CW, Beckett
MW; Bethesda, Federation of American Societies for Experimental
Biologie, 1978, 157-166
Fagraeus L, Karlsson J, Linnarsson D, Saltin B(1973): Oxygen uptake during maximal work
at lowered and raised ambient air pressures. Acta Physiol Scand 87,
411-421
Foley MF, Billings CE, Huie CR (1967): Development of techniques for direct measurement
of metabolism under water. Aerospace Med 38, 153-155
Folinsbee L (1974): Cardiovascular responses to apneic immersion in cool and warm water. J
Appl Physiol 36(2), 226-323
Franz J.-W.: Ergometrie bei Hochdruckkranken. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 1982,
92-101
Goff LG, Brubach HF, Specht H (1957): Measurments of respiratory responses and work effi-
ciency of underwater swimmers utilizing improved instrumentation. J
Appl Physiol 10(2), 197-202
Gooden BA (1972): Drowning and the diving reflex in man. Med J Austr 2, 583-587
Gooden BA, Feinstein R, Skutt HR (1975): Heart rate responses of scuba divers via ultrasonic
telemetry. Undersea Biomed Res 2(1), 11-19
Green RD, Leitch DR (1986): Blood pressure and diving. J Roy Nav Med Serv 72, 15-19
Hagen H, Seusing J (1952): EKG bei Gesunden unter Druckluft. Zeitschr f Kreislaufforsch
41, 658-664
Hegglin R: Differentialdiagnose innerer Krankheiten. 13. Auflage ; Thieme Verlag, Stuttgart
1975, 316
Heistad DD, Abbound FM, Eckstein JW (1968): Vasoconstrictor response to simulated diving
in man. J Appl Physiol 25(5), 542-549
48
Hock L, Leithäuser R, Beneke R: Physiologische Veränderungen beim Tauchen-Bedeutung
für die Tauchtauglichkeit; in: Oehmichen M, van Laak U, Püschel K,
Birkholz M: Der Tauchunfall. 1. Auflage; Verlag Schmidt-Römheld,
Lübeck 1994, 21-27
Hoffmann U, Leyk D, Smerecnik M: Herzfrequenz als Beanspruchungsindikator beim Sport-
tauchen. Zitiert nach der Inhaltsangabe des Vortrages (gehalten 18.9.99)
in: 8. Wissenschaftliche Tagung der Gesellschaft für Tauch- und Über-
druckmedizin, Düsseldorf, 17.-18.9.99; Caisson 14, 1999, ohne Seiten-
angabe
Holmér I (1972): Oxygen uptake during swimming in man. J Appl Physiol 33(4), 502-509
Holmér I, Åstrand P-O (1972): Swimming training and maximal oxygen uptake. J Appl
Physiol 33(4), 510-513
Hottowitz R: Drehmomentmessung mittels Pendelgenerator. Mündliche und schriftliche Mit-
teilung, Wolfsburg, am 6.1.99, im Zusammenhang mit der Durchfüh-
rung des zitierten Versuchs.
James TW (1976): Modified Collins pedal-mode ergometer: Development and medical tests.
Navy Experimental Diving Unit, Report 1-76
Kanwisher J, Lawson K, Strauss R (1974): Acoustic telemetry from human divers. Undersea
Biomed Res 1(1), 99-109
Kavakami Y, Natelson BH, DuBois AB (1967): Cardiovascular effects of face immersion and
factors affecting diving reflex in man.. 23(6), 964-970
Kessel R, Reyes M, Praml G: Untersuchungen zur kardio-zirkulatorischen Beanspruchung
durch 1,0 bar Überdruck; in: Tauchmedizin 3; Gerstenbrand F, Loren-
zoni E, Seemann K; Schlütersche Verlagsanstalt, Hannover 1984, 108-
114
Kindermann W (1987): Ergometrie-Empfehlungen für die ärztliche Praxis. Dtsch Z Sportmed
38(6), 244-268
Kindwall EP: Compressed Air Work; in: The Physiologie and Medicin of Diving;hrsg. v.
Bennet B, Elliott D; W.B. Saunders Company Ltd, London, 1993, 1-18
Kozariszczuk G, Hunger KL, Worms F (1980): Telemetrische Untersuchungen bei
Schwimmern im Vergleich zur Fahrradergometrie bei Männern im
höheren Lebensalter. Dt Gesundh-Wesen 35 Heft 39, 1541-1545
Kraster K, Piriova B, Dobrev D, Bogdanov P (1964): Gasaustausch beim Unterwasser-
schwimmen. Med u Sport 4, 77 -80
49
Langer, Finzi (1914): Die Messung der mechanischen Leistung durch elektrische Pendelma-
schinen. Zeitschr d Vereins dt Ingenieure 58, 41-46
Lehmann M, Keul J (1984): Häufigkeit der Hypertonie bei 810 Sportlern.
Z Kardiol 73, 137-141
Löllgen H: Kardiopulmonale Funktionsdiagnostik. 2.Auflage; Verlag der CIBA-Zeitschriften.
Wehr/Baden (1990), 216
Magel JR (1971): Comparison of the physiologic response to varying intensities of submaxi-
mal work in tethered swimming and treadmill running. J Sports Med
11, 203-212
Magel JR, FaulknerJA (1967): Maximum oxygen uptake of college swimmers. J Appl Physiol
22(5), 929-933
Magel JR, McArdle WD, Glaser RM (1969): Telemetered heart rate response to selectedcom-
petitive swimming events. J Appl Physiol 26(6),764-770
McArdle WD, Glaser RM, Magel JR (1971): Metabolic and cardiorespiratory response during
free swimming and treadmill walking. J Appl Physiol 30(5), 733-738
Mellerowicz H (1983): Der heutige Stand der Ergometrie. Med Klin 78(8), 250-255
Miller JN, Wangensteen OD, Lanphier EH: Respiratory Limitations to Work at Depth. Inter-
national Conference on Hyperbaric and Underwater Physiologie, Paris
1972, 118-123
Morrison JB, Butt WS (1972): Effect of underwater breathing apparatus and absolute air
pressure on divers` ventilatory capacity. Aerosp Med 43, 881-886
Morrison JB, Butt WS, Florio JT, Mayo IC (1976): Effects of increased O2-N2 pressure and
breathing apparatus on respiratory function. Undersea Biomed Res 3(3),
217-243
Niklas A (2000): Laborbelastungsverfahren zur Verifizierung der Tauchtauglichkeit behinder-
ter und nichtbehinderter Schwimmtaucher. In: Fortschritte in der
Tauch- und Überdruckmedizin 6; hrsg. v. Tirpitz D; Ecomed Verlag,
Landsberg, 2000, im Druck
Niklas A, Fuhrmann P,Hottowitz R, Walther G, Welger K (1988): Verfahren und Vorrichtung
zur Spiroergometrie im Wasser. Med Sport, Berlin 28, 150-153
Niklas A, Peter E: Verfahren und Vorrichtung zur tätigkeitsspezifischen Leistungsdiagnostik
für Schwimmtaucher; in: Taucherhandbuch; VIII-1.16;hrsg. v. Bart-
mann H; Ecomed-Verlag Landsberg/Lech 1993, 99-106
50
Paik KS, Kang BS, Han DS, Rennie DW, Hong SK (1972): Vascular responses of Korean
ama to hand immersion to cold water. . J Appl Physiol 32(4), 446-450
Paulev P-E, Hansen HG (1972): Cardiac response to apnea and water immersion during exer-
cise in man. J Appl Physiol 33(2), 193-198
Pelzer M: Einfluß von Immersion, Submersion und Tauchen auf Herzfrequenz und Herzfre-
quenzvariabilität. Med. Diss. Düsseldorf 1996
Pilmanis AA, Henriksen JKC, Dwyer HJ (1977): An Underwater Ergometer for Diver Work
Performance Studies in the Ocean. Ergonomics Vol 20 No 1, 51-55
Russell CJ, McNeil A, Evonuk e (1972): Some cardiorespiratory and metabolic responses of
scuba divers to increased pressure and cold. Aerospace Med 43(9), 998-
1001
Salzano J, Rausch CD, Saltzmann HA (1970): Cardiorespiratory responses to exercise at a
simulated seawater depth of 1000 feet. J Appl Physiol 28(1), 34-41
Schipke JD, Heek C, Arnold G, Tirpitz D: Der Tauchreflex beim Menschen: Fakt oder Fikti-
on? Posterbeitrag, in: 8. Wissenschaftliche Tagung der Gesellschaft für
Tauch- und Überdruckmedizin, Düsseldorf, 17.-18.9.99; Caisson 14,
1999, ohne Seitenangabe
Simon G, Thiesmann M (1986): Ermittlung der aeroben Leistungsfähigkeit im Schwimm-
sport. Leistungssport 16(3), 29-31
Simon G, Thiesmann M, Frohberger U, Clasing D (1983): Ergometrie im Wasser – eine neue
Form der Leistungsdiagnostik beim Schwimmen. Dtsch Z Sportmed
34(1), 5-14
Speck DF, Bruce DS (1978): Effects of varying thermal and apneic conditions on the human
diving reflex. Undersea Biomed Res, Vol 5,No1, 9-14
Steinbach K, Coen G, Schmitt WM, Kindermann W: Wertigkeit der Fahrradergometrie zur
Trainingssteuerung und Beurteilung der Leistungsfähigkeit bei
Schwimmern und Schwimmerinnen; in: Training und Sport zur Prae-
vention und Rehabilitation in der Technisierten Umwelt; hrsg.v. Franz
IW, Mellerowicz H, Noack W; Springer, Berlin/Heidelberg 1985, 642-
648
Sterba JA, Lundgren CEG (1988): Breath-hold duration in man and the diving response in-
duced by face immersion. Undersea Biomed Res 15, 361-375
Stibbe A: Sporttauchen. 7.Auflage; Verlag Delius Klasing, Bielefeld 1994, 155
51
Trouerbach J, Duprez D, De Buyzere M, De Sutter J, Clement D (1994): Cardiovascular re-
sponses elicted by different diving manoeuvres. Eur J Appl Physiol 68,
341-344
von Nieding G, Löllgen H, Koppenhagen K, John S: Haemodynamische Veränderungen bei
Stufenweise ansteigender Immersion; in: Tauchmedizin 2; Gersten-
brand F, Lorenzoni E, Seemann K; Schlütersche Verlagsanstalt, Han-
nover 1983, 244-249
Von Stegemann J, Tibes U (1969): Der Einfluß von Atemanhalten im Wasser und Tauchen
nach körperlicher Anstrengung auf die Herzfrequenz beim Menschen.
Pflügers Archiv, 307, R92-R93
Weicker H; Lenz T, Weiß M, Werle E (1987): Tauchen und hypertone Kreislaufregulation.
Caisson 2, 32-35
Weiß M., Weicker H (1985): Gibt es eine Schwimmer-Hypertonie? Schweiz Ztsch Sportmed
33, 122-132
Welslau W (1997): GTÜM-Ausschuß Tauchtauglichkeit. Caisson 12, 221-222
Weltman G, Egstrom GH (1969): Heart rate and respiratory response correlations in surface
and underwater work, Aerosp Med, 479-483
Wilmshurst PT, Nury m, Crowther A, Webb-Peploe MM (1989): Cold induced pulmonary
oedema in scuba divers and swimmers and subseqent development of
hypertension. Lancet, 62-65
Wilmshurst PT: Cardiological Investigation And Assessment. In: Medical Assessment of Fit-
ness to Dive. Proceedings of an International Conference at the Edin-
burgh Conference Center 8.-11. March 1994; edited by Elliot DH; pub-
lished by Biomedical Seminars.
Wright WB, Petersen R, Lambertsen CJ (1972): Pulmonary mechanical Functions in Men
breathing dense gas mixtures at great depth. Navy exp Diving unit Rep,
14-72
Zbrozyna AW, Westwood DM (1992): Cardiovascular responses elicited by simulated diving
and their habituation in man. Clinical Autonomic Res 2, 225-233
52
53
7 Anhang
54
55
Abb.24: Ergometer mit Aluminiumwelle.
Abb.25: Ergometer mit Welle und Kette. Der Übungsleiter beobachtet den Probanden durch den Plexiglaskasten. Der Schlauch führt zur Gasanalyse hinter dem Wandschirm.
Abb.26: Gasanalysemessplatz EOS-Sprint (Fa. Jaeger)
56
Abb.29: Versuchsaufbau ohne Wandschirme.
Abb.30: Ergometer mit Welle, Messplatz im Hintergrund. Dem Probanden wird der Bleigurt angelegt
Abb.31: Welle, Kette und Unterwasser-Ergometer
57
Abb.33: Die EKG-Elektroden werden mit Isolierband gegen Wasser abgedichtet.
Abb.34: Proband auf dem Ergometer, Sicherheitstaucher, Übung
58
Abb.35 und 36: Ventil nach Droste et al.
Abb.37: Ventile nach Droste et al. in situ.
59
Abb.38 und 39: Proband mit Exspirationsschlauch, EKG-Elektroden und Blutdruckmessgerät.
Abb.40: Proband mit Sicherungstaucher
60
Abb.41: Proband beim Anlegen des Trockenanzuges mit Blutdruckmessgerät.
Abb.42: Der Bern-steinsee bei Stüde, Niedersachsen.
Abb.43: Anmarsch vom Parkplatz zum Einstieg in kompletter Ausrüstung über Sandgrund.
61
Abb.44: Grund- kontakt zur Messung.
Abb.45: Tauch-gangsprofil, aufgezeichnet mit dem Tauchcomputer Aladin pro.
Abb.46: Unterwasser-Geschwindigkeitsmesser nach Th. Braun. Die Auslenkung des Stahldrahtes ist auf einer Skala ablesbar und erlaubt die Einhaltung einer konstanten Geschwindigkeit.