Heliox ist ein Atemgemisch aus Helium und Sauerstoff, in dem Stickstoff ganz fehlt. Es wird dort eingesetzt, wo Stickstoff nicht mehr tragbar ist — in großen Tiefen des Berufs- und Militärtauchens und in der Druckkammer. Das U.S. Navy Diving Manual führt es unter der Bezeichnung Helium-Sauerstoff-Tauchen, abgekürzt HeO2.
Warum Helium
Der Grund steht im MSD Manual in einem Nebensatz: Für große Tiefen werde ein Gemisch mit niedrigem Sauerstoffanteil verwendet, das „eher mit Helium als mit Stickstoff verdünnt“ sei, „weil Helium nicht narkotisierend wirkt“. Dieselbe Quelle beziffert den Gegenpol: Bei Druckluft treten narkotische Effekte ab etwa dreißig Metern auf, ab neunzig Metern sind Taucher meist nicht mehr handlungsfähig. Wer tiefer arbeiten will, muss den Stickstoff loswerden — mehr dazu in den Einträgen zu Stickstoffnarkose und Tiefenrausch.
Wie deutlich der Unterschied ist, zeigt ein Versuch, den das U.S. Navy Diving Manual aus dem Jahr 1937 überliefert: Ein Taucher wurde in der Experimental Diving Unit mit Helium-Sauerstoff auf eine simulierte Tiefe von 500 Fuß — rund 150 Meter — gebracht, ohne die Tiefe zu kennen. Gefragt, wie tief er sei, schätzte er 100 Fuß. Beim Austauchen wurde das Gemisch auf der 300-Fuß-Marke auf Luft umgestellt, und der Taucher war nach der Darstellung des Handbuchs sofort von der Stickstoffnarkose betroffen.
Was Helium stattdessen mitbringt
Schon die ersten Versuche der U.S. Navy und des Bureau of Mines ab 1924 hielten zwei Eigenheiten fest, die bis heute gelten. Das Handbuch nennt sie als die wesentlichen physiologischen Wirkungen: eine „increased sensation of cold caused by the high thermal conductivity of helium“ und „the high-pitched distortion or ‚Donald Duck‘ effect on human speech that resulted from the acoustic properties and reduced density of the gas“. Das Erste betrifft die Wärme: Mit Helium im Atemgas empfinden Taucher mehr Kälte, was den Eintrag zur Unterkühlung unmittelbar berührt. Das Zweite betrifft die Verständigung.
Der dritte Punkt war der eigentliche Anlass: Schon die frühen Versuche zeigten keine schädlichen Wirkungen bei Tier und Mensch, und die Dekompressionszeit verkürzte sich.
Die Grenze des Heliums: das Hochdrucknervensyndrom
Helium löst das Narkoseproblem, schafft aber ein eigenes. Das U.S. Navy Diving Manual beschreibt das High Pressure Nervous Syndrome (HPNS) als „a derangement of central nervous system function that occurs during deep helium-oxygen dives, particularly saturation dives“ und hält fest: „The cause is unknown.“ Zu den Erscheinungen zählt es Übelkeit, feinen Tremor, Gleichgewichts- und Koordinationsstörungen, den Verlust der Fingerfertigkeit und nachlassende Wachheit; in schweren Fällen Schwindel, auffällige Gleichgültigkeit und ausgeprägte Verwirrtheit.
Bei den Tiefenangaben gehen die Quellen auseinander. Das Marinehandbuch nennt den Bereich, in dem HPNS zuerst auffällt, mit 400 bis 500 Fuß — rund 120 bis 150 Meter — und schreibt die Schwere sowohl der Tiefe als auch der Kompressionsgeschwindigkeit zu: Mit langsamer Kompression sei eine Tiefe von 1000 Fuß, also etwa 300 Meter, „with relative freedom from HPNS“ erreichbar; darüber hinaus trete HPNS unabhängig von der Kompressionsrate auf. Das MSD Manual setzt die Schwelle höher an und nennt etwa 150 bis 180 Meter, besonders bei schnellem Abtauchen mit Helium-Sauerstoff-Gemischen.
Gegenmittel gibt es nur teilweise. Das Marinehandbuch führt als Versuche, das Syndrom zu unterdrücken, die Zugabe von Stickstoff oder Wasserstoff zum Atemgas und verschiedene Medikamente auf — und kommt zu dem Schluss: „No method appears to be entirely satisfactory.“ Die Zugabe von Stickstoff ist genau der Schritt, der aus Heliox ein Trimix macht; TDI beschreibt dieses als „a blend of oxygen, helium and nitrogen“.
Wo Heliox eingesetzt wird
Das U.S. Navy Diving Manual teilt das Mischgastauchen in zwei Bereiche: Nichtsättigungstauchgänge ohne Druckglocke bis höchstens 300 Fuß — rund 91 Meter — und Sättigungstauchgänge ab 150 Fuß oder für lange Grundzeiten. Die 300-Fuß-Grenze begründet es ausdrücklich mit der Dekompressionskrankheit: Sie beruhe „primarily on the increased risk of decompression sickness when nonsaturation diving techniques are used deeper than 300 fsw“.
Im technischen Tauchen rechnet TDI für Heliumgemische mit Trimix, nicht mit Heliox. Im Lexikon stehen die Nachbarbegriffe Nitrox und Trimix; der Partialdruck ist die Größe, über die jedes dieser Gemische gerechnet wird.
Heliox in der Dekompressionsrechnung
Bühlmann hat Helium in sein Modell aufgenommen, indem er die Halbwertszeiten des Stickstoffs durch 2,645 teilte — das Verhältnis der Molekulargewichte. Das CMAS-Fact-Sheet zum ZH-L-Modell schreibt: „For half-times (T1/2) in helium, Bühlmann divided the half-times in nitrogen (N2) by 2.645“, und merkt an, diese Wahl werde „still criticised by some authors“. Veröffentlicht wurde nur ein heliumspezifischer Parametersatz: „Only one version, specific to helium, has been published: ZH-L 16 (He) experimental version (A).“ Tauchcomputer, die bei Heliumtauchgängen von „ZH-L16 C“ sprechen, führen nach dem Fact-Sheet eine falsche Bezeichnung; richtig wäre ZH-L 16 (A) He.
Daraus folgt eine Praxis, die sich von Luft und Nitrox unterscheidet: Weil die Gültigkeit des Haldane-Parametersatzes für Helium umstritten ist, werden für Heliumtauchgänge nach dem Fact-Sheet asymmetrische Gradientenfaktoren wie 50/80 oder 30/70 verwendet, um tiefe Stopps zu erzwingen. Was für Helium gilt, lässt sich nicht auf Luft und Nitrox übertragen — zu Deep Stops steht die Studienlage in einem eigenen Eintrag.
Heliox in der Druckkammer
Ein zweiter Einsatzbereich liegt in der Behandlung. Das Diving Medical Advisory Committee hat ihn in DMAC 23 bewertet: Modellrechnungen und einzelne Tierversuche sprächen dafür, dass „breathing a heliox gas mixture during recompression could be beneficial for nitrogen elimination after air dives“. Für schwere neurologische oder vestibuläre Fälle mit nur teilweiser Besserung nennt das Papier eine Weiterbehandlung auf 30 Meter mit Heliox 50:50. Zugleich hält es fest, dass die Erkenntnisgrundlage für eine routinemäßige Anwendung nicht ausreicht. Für die Dekompressionskrankheit während eines Heliox-Sättigungstauchgangs gilt dagegen eine klare Linie: „the inert gas component of the treatment gas should be helium.“ Bemerkenswert ist ein Satz am Rand des Papiers — Helium sei „biochemically not inert and has biological effects on organs and tissues“.
Woher der Begriff kommt
Der Gedanke ist über hundert Jahre alt. Nach dem U.S. Navy Diving Manual vermutete der Erfinder Elihu Thomson, Helium könne den Stickstoff im Atemgas ersetzen, und schätzte den Gewinn an Arbeitstiefe auf mindestens fünfzig Prozent. 1919 schlug er dem Bureau of Mines vor, der Sache nachzugehen — nicht der Marine, weil die Behörde damals ein weltweites Quasi-Monopol auf Helium hielt. 1924 begannen die gemeinsamen Versuche. Die erste praktische Bewährung kam 1939 bei der Bergung des U-Bootes USS Squalus aus 243 Fuß, rund 74 Metern; im selben Jahr gab die Marine Dekompressionstabellen für schlauchversorgtes Helium-Sauerstoff-Tauchen heraus.
Quellen
- U.S. Navy Diving Manual, Revision 7 (PDF) — die tragende Quelle: Geschichte des HeO2-Tauchens, physiologische Wirkungen, Tiefenbereiche, Abschnitt 3-11.1 zum HPNS.
- MSD Manual: Gasvergiftung während des Tauchens — die deutschsprachige Fundstelle für die Narkosewirkung und eine abweichende HPNS-Tiefenangabe.
- CMAS Fact Sheet: Bühlmann ZH-L — Heliumhalbwertszeiten, Faktor 2,645, veröffentlichte Parametersätze, Gradientenfaktoren bei Helium.
- DMAC 23 Rev. 1 (Juni 2014): The Use of Heliox in Treating Decompression Illness (PDF) — Bewertung des Heliox in der Behandlung der Dekompressionskrankheit.
Zur Quellenlage: Deutschsprachige Fundstellen zum Heliox sind dünn; die tragenden Angaben stammen aus dem U.S. Navy Diving Manual und aus DMAC-Leitlinien für die Berufstaucherei. Die Tiefenangaben zum HPNS gehen zwischen Marinehandbuch und MSD Manual auseinander und stehen oben nebeneinander. Von den Ausbildungsverbänden ist nur CMAS herangezogen, und zwar allein zum Bühlmann-Modell. Tiefenangaben in Fuß sind umgerechnet und zur sicheren Seite hin abgerundet.
