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Teorie decompressive, storia e attualità: le grandi idee di Paul Bert e John Haldane

tempo di lettura: 5 minuti

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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XIX SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: teoria della decompressione

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Ci sono due scienziati a cui dobbiamo le conoscenze attuali nel campo della fisiologia subacquea: Paul Bert e John Scott Haldane. I loro esperimenti portarono alla definizione di relazioni matematiche che sono oggi impiegate negli algoritmi dei computer subacquei.
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Paul Bert
Medico e professore universitario francese, intuì per primo che la malattia da decompressione era legata all’eccesso di azoto disciolto nei tessuti e sopravveniva a seguito di un processo di decompressione troppo rapido.

ibertpa001p1

Paul Bert

Impiegando come cavie di laboratorio dei cani, effettuò esperimenti di compressione e decompressione delle povere bestiole a varie velocità, e empiricamente scoprì che la loro mortalità era strettamente legata alla velocità della fase decompressiva. Grazie agli esperimenti effettuati Bert fu in grado di spiegare alcuni fenomeni basilari legati alla patologia da decompressione (MDD), comprendendo che era legata alla formazione di bolle nei tessuti e nel sangue ed era determinata dall’eccessiva velocità di risalita (diminuzione della pressione) che accelerava la fase di decompressione. Fu sua l’intuizione che le bolle erano causate dal rilascio veloce di azoto e che la respirazione di ossigeno puro aiutava in modo determinante lo smaltimento dell’azoto in eccesso. Non ultimo che una sosta, a metà della profondità raggiunta, era utile a scongiurare il pericolo di malattia da decompressione in una particolare categoria di lavoratori, i cassonisti.

apparati di Bert per lo studio delle decompressioni

L’importanza dei cassonisti
In quel periodo la “teoria della congestione sistemica” era ancora salda nella comunità scientifica. In un clima di forte controversia tra le due interpretazioni, iniziò a New York la costruzione del ponte di Brooklyn. Nel 1867 fu fondata la società New York Bridge Company sotto la guida tecnica del capo ingegnere John Roebling. Tre mesi più tardi l’ingegnere presentò il progetto di un ponte lungo circa 1.800 metri, con un impalcato sostenuto da quattro cavi sospesi tra due possenti torri di calcare e granito alte circa 84 m, notevolmente più alte rispetto a qualsiasi altra struttura di New York della fine ’800. Le torri sarebbero state appoggiate sulla roccia, che si trovava a una profondità di 12 metri sotto la linea di galleggiamento sul lato di Brooklyn, e 22 metri sul lato di New York. Un’opera faraonica in quanto nessun ponte era mai stato costruito a tale profondità. Durante i tredici anni di lavori, dal 1870 al 1883, necessari per il completamento del ponte di Brooklyn, furono impiegati centinaia di operai e cassonisti. Tra questi più di venti morirono per le conseguenze della malattia da decompressione. 

cassonisti all'opera nella costruzione di un ponte

cassonisti all’opera nella costruzione del ponte di Brooklyn

Pochi anni dopo la morte di Paul Bert, avvenuta nel 1900, tre scienziati, Heller, Mager e Von Schrotter, sulla base dei suoi studi, fornirono la prima soluzione matematica per ottenere una stima dell’inerte (azoto) che veniva rilasciato nei tessuti creando non pochi problemi ai cassonisti. Fu un lavoro imponente, grazie al quale gli scienziati giunsero a rappresentare matematicamente il fenomeno della saturazione e desaturazione dei tessuti tramite l’equazione di tipo esponenziale.

John Scott Haldane
Il contributo più determinante ai successivi sviluppi della teoria della decompressione venne da John Scott Haldane, un fisiologo scozzese nato nel 1860 ad Edimburgo, che è considerato il padre delle moderne teorie decompressive. Egli fu allo stesso tempo un uomo geniale e singolare; la sua più bizzarra caratteristica fu quella di essere egli stesso la cavia di molti dei suoi esperimenti, verificando in prima persona l’attendibilità delle proprie intuizioni e l’efficacia delle proprie invenzioni. 

J.S.-Haldane

Per meglio capire gli effetti della respirazione di gas compressi sull’organismo, Haldane respirava i gas oggetto dei suoi studi, con tutti i rischi che questa pratica comportava. Haldane iniziò ad interessarsi assiduamente alla malattia dei cassonisti, e a condurre test e verifiche in laboratorio ed a bordo di una nave da guerra.  Riprendendo accuratamente il lavoro di Bert, intraprese nuovi esperimenti utilizzando questa volta delle capre al posto dei cani. Haldane intuì così che esisteva un valore massimo di variazione di pressione alla quale l’organismo poteva esser sottoposto senza riportare danni una volta tornato alla pressione ambiente.

Haldane_-_Bends_of_fore-leg_in_a_goat

Haldane utilizzò per i suoi esperimenti delle capre. Notate il “bend” sulla zampa sinistra anteriore della povera capra.

Questa scoperta gli fu suggerita sia dagli esperimenti condotti sulle “povere” capre che dall’osservazione che gli operai cassonisti, che operavano in ambiente pressurizzato ed erano sottoposti ad una pressione ambiente inferiore a 2 bar (corrispondente a 10 metri di profondità), non riportavano danni risalendo in superficie, anche se il turno di lavoro era stato molto lungo.

Altro significativo accorgimento fu quello di schematizzare l’organismo secondo compartimenti, ovvero insiemi di tessuti con simili caratteristiche rispetto alla velocità di assorbimento e rilascio dei gas. Questo consentiva di utilizzare l’equazione esponenziale e, al tempo stesso, tenere conto delle differenze tra tessuti, raggruppati in 5 diversi compartimenti caratterizzati da semi periodi pari a 5, 10, 20, 40 e 75 minuti.

tabelle haldane

esperimenti effettuati sulle capre da Haldane, notare i primi tentativi dei tempi di decompressione

Stabilì poi il rapporto di sovra-saturazione critica, il massimo valore ammissibile della variazione di pressione alla quale può essere sottoposto l’organismo umano per non riportare incidenti.

From_Haldane's_Book_-_Figure-1_N2_Saturation

Questo valore, detto “Rapporto di Haldane”, fu fissato al valore due. In base alle sue scoperte, intuizioni, approssimazioni e della suddivisione dei tessuti in compartimenti, Haldane fu quindi in grado di elaborare le prime tabelle decompressive, che furono pubblicate assieme ai fondamenti della sua teoria nel 1908.

Le tabelle di Haldane vennero quindi accettate universalmente e furono immediatamente applicate alle immersioni dalla Marina Militare Reale Britannica e, nel 1912, anche dalla Marina Americana, che le utilizzò per più di mezzo secolo.

continua …

Luca Cicali

 

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