Many technical divers are familiar with the concept of OTUs (Oxygen Toxicity Units) or UPTDs (Unit Pulmonary Toxicity Doses) - as a measure of the cumulative effect of oxygen exposure on the lungs. However, while this value is taught in many course programs, the Canadian manufacturer Shearwater deliberately dispenses with it.

In the blog post "Why UPTD Calculations Are Not Used", Shearwater clarifies:

“UPTD values are not used in any Shearwater dive computers. This is not an oversight – it is a conscious design decision based on scientific evidence.”

Why is that the case? What is problematic about OTUs? And what is the current state of research?

The terms UPTD (Unit Pulmonary Toxicity Dose) and OTU (Oxygen Toxicity Unit) refer to a concept for the quantitative assessment of oxygen toxicity in the lungs - especially during prolonged exposure to elevated partial pressure of oxygen (PO₂).

Origin:

• Entwickelt in den 1970er Jahren durch die University of Pennsylvania und später übernommen von der US Navy.

• Ziel war es, eine vergleichbare Dosis für verschiedene Expositionsszenarien mit Sauerstoff zu schaffen – ein Äquivalent zu Minuten bei 100 % O₂ bei 1 bar.

• Grundlage: Reduktion der Vitalkapazität (VC) der Lunge bei erhöhter O₂-Exposition – also eine funktionale Einschränkung der Atmung.

Shearwater explicitly explains its decision on a scientific basis and refers to numerous studies - including in particular the summary of Diving ROV Specialists (2019), in which more than a dozen relevant research papers were analyzed:

a) Poor agreement with real data

"The UPTD method poorly predicts observed changes in vital capacity across a wide range of exposures."

 • Die ursprünglichen Daten basieren nur auf wenigen Expositionen bei 1.5 und 2.0 bar PO₂.

• Bei anderen Drücken (z. B. 1.2 oder 2.5 bar) weicht die tatsächliche Lungenschädigung deutlich ab.

b) Different mechanisms of action

Non-linear relationship between exposure duration and lung damage:

→ The damage is disproportionately greater at higher PO₂.

• Zudem wirken unterschiedliche zelluläre Mechanismen: Bei 1.0–1.5 bar dominieren Entzündungsprozesse, bei 2.5+ bar oxidative Schäden und Alveolarschäden.

c) No consideration of recovery

In der Realität erholt sich die Lunge bei Abwesenheit von Sauerstoffstress. 

UPTD/OTU berechnen aber nur Kumulierung, keine Erholung.

Beispiel: 

Two dives with a 3-hour break in between lead to the same OTU total, although the lungs were partially regenerated.

“The model assumes no recovery occurs, which is contrary to known physiology.”

d) No connection to clinical symptoms

Lung damage is not linearly correlated with OTU.

In studies with subjects exposed to high UPTD levels (e.g. 600+), there was often no significant reduction in vital capacity - or it was reversible.

Instead of OTUs, Shearwater uses the proven Central Nervous System Oxygen Toxicity (CNS-O₂) model, which is based on NOAA data and real dive experience.

• Die CNS-Tabelle basiert auf Expositionsgrenzen pro PO₂-Wert (z. B. 45 Minuten bei 1.6 bar).

• Dabei wird ein CNS-%-Wert berechnet und angezeigt (z. B. „CNS: 60 %“).

• Dieses Modell hat sich über Jahrzehnte bewährt und ist direkt mit Krampfgefahr verbunden – also relevant für akute Gefahren.

• Clark et al. (1999): UPTD ist nicht präzise genug für präzise Einsatzplanung.

• NEDU-Studien (2010er): Wiederholte Exposition mit Erholungsphasen führte zu deutlich weniger Schaden als UPTD vermuten lässt.

• Shykoff et al. (2005, 2016): Modelle mit exponentieller Dosiswirkungsbeziehung passen besser zur Realität als das lineare UPTD-Modell.

• Duke University (Davis et al., 2007): Repetitive Expositionen zeigten teils komplette Erholung innerhalb weniger Stunden – was UPTD ignoriert.

1. Shearwater Research (2021): Why UPTD Calculations Are Not Used

2. Diving ROV Specialists (2019): Why UPTD Calculations Should Not Be Used (PDF)

3. Clark, J. M., et al. (1999): Pulmonary Oxygen Toxicity: A Review.

4. Shykoff, B. E. (2005): Prediction of pulmonary O₂ toxicity. Navy Experimental Diving Unit.

5. NOAA Dive Tables and CNS Exposure Limits.

6. Davis, M. S., et al. (2007): Oxygen toxicity and recovery – Duke Hyperbaric Studies.