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Immergersi in condizioni estreme: uno studio della USN sugli effetti delle immersioni prolungate dei SOF in acque fredde

Reading Time: 9 minutes

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livello elementare

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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Medicina subacquea, idrocuzione, shock termico, SOF

 

Un recente studio [1] del Naval Health Research Center di San Diego, California, ha affrontato i cambiamenti fisiologici dei sommozzatori militari quando esposti a condizioni ambientali estreme. In particolare, per stabilire le variazioni dei parametri corporei durante immersioni prolungate in acque fredde estreme. Hanno partecipato allo studio 21 sommozzatori della USN che hanno effettuato lunghe immersioni (fino a 9 ore) ad una profondità di circa sette metri in una piscina refrigerata a 4°C. Il prelievo dei dati medici, pre e post test, includevano la temperatura corporea e cutanea, i valori salivari di alfa amilasi (AA), cortisolo (CORT), osteocalcina (OCN), testosterone (TEST) e deidroepiandosterone (DHEA). Inoltre, veniva registrato il loro peso corporeo, la glicemia, lattato e chetoni.

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Belgian SFG Blue SQN combat divers – credit Belgian navy

Ipotermia e operazioni subacquee
Forse il fattore ambientale più inevitabile che colpisce i subacquei militari è l’esposizione alle basse temperature per periodi prolungati. È noto come l’iniziale risposta fisiologica ad un improvviso abbassamento della temperatura, tecnicamente idrocuzione o cold shock response (CSR), provochi una rapida diminuzione della temperatura cutanea che porta ad una vasocostrizione con una diminuzione del volume/flusso del sangue periferico.

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cosa succede ad immergersi in acque estremamente fredde per lungo tempo? 

Questo effetto è attribuito all’attivazione del recettore α-adrenergico in risposta alla diminuzione della temperatura cutanea ed alle elevate concentrazioni di noradrenalina. L’aumento della noradrenalina da idrocuzione, unito allo  stress legato alle attività operative, si traduce quindi in una reazione del sistema simpatico con un aumento della frequenza e della pressione cardiaca.

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Il nostro sistema Nervoso Autonomo è suddiviso in due parti che si contrappongono senza una netta prevalenza dell’uno rispetto all’altro (omeostasi): Simpatico e Parasimpatico. Il Sistema Nervoso Autonomo, che nasce nel midollo spinale, controlla la muscolatura liscia dei visceri e le ghiandole, stimola il cuore, dilata i bronchi, contrae le arterie e inibisce l’apparato digerente, preparandoci all’attività fisica. In particolare il sistema simpatico ha una funzione stimolante, eccitante, contraente e presiede al nostro sistema di adattamento “attacco e fuga” preparando l’organismo ad affrontare un eventuale improvviso stress o pericolo. In pochi istanti il cuore aumenta la sua frequenza contrattile, dilatando bronchi, pupille e vasi sanguigni dei muscoli appendicolari e del sistema coronarico. Il parasimpatico agisce in contrapposizione stimolando il rilassamento, riposo e l’immagazzinamento di energia – https://www.my-personaltrainer.it/

Nel caso di immersioni subacquee il sistema parasimpatico provoca un rallentamento del battito del cuore (bradicardia) al fine di compensare i cambiamenti emodinamici e ridurre il consumo di ossigeno da parte dei tessuti periferici. Lo studio delle variazioni di cortisolo nel nostro corpo può permetterci di comprendere il suo ruolo nella risposta “attacco e fuga” del sistema nervoso simpatico. In circostanze stressanti normali, il cortisolo viene secreto in risposta a un aumento della pulsione simpatica ma, durante l’immersione subacquea, viene indotta una dominanza parasimpatica per adattarsi agli sbalzi di volume del sangue dovuti alle variazioni pressorie.

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il principio di funzionamento dell’omeostasi – immagine da https://www.my-personaltrainer.it/

I ricercatori sono partiti dal presupposto che l’effetto di questo potenziale “push-pull” tra dominanza parasimpatica e simpatica non è stato esaminato in maniera completa nei subacquei. Gli studi effettuati sui subacquei ricreativi si sono concentrati sulla risposta del cortisolo ai cambiamenti della pressione ambientale (profondità) durante immersioni di breve durata (15-20 min) ma non è stato completamente esaminato l’impatto sulla termoregolazione in ambienti estremi.

Questo ha comportato che ci sono dati limitati sulla termoregolazione durante immersioni prolungate in ambienti di freddo estremo[2]. I ricercatori del Naval Health Research Center di San Diego hanno dimostrato che le mute stagne possono fornire una termoregolazione efficace durante immersioni di 6 ore a 5°C, indipendentemente dalle dimensioni o dalla composizione corporea[3] con un aumento del 53% del tasso metabolico in risposta allo stress di esposizione prolungata al freddo per mantenere efficacemente la temperatura interna, mantenendo le temperature della cute periferica e delle estremità al di sopra dei 10°C, soglia termica del danno da freddo non congelante[4]

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operatori SOF fuoriescono da un sommergibile per iniziare il loro avvicinamento all’obiettivo – USN credit

Per i sommozzatori militari è quindi necessario comprendere gli aggiustamenti sistemici al variare delle condizioni esterne dell’ambiente operativo in modo da conservare al meglio le proprie caratteristiche fisiologiche con i normali meccanismi di autoregolazione corporea (omeostasi). Secondo lo studio citato, le variazioni biochimiche dell’organismo possono quantificare oggettivamente il livello di stress attraverso delle semplici misure salivari non invasive (alfa-amilasi (AA), cortisolo (CORT) e deidroepiandosterone (DHEA)). L’acquisizione di queste misure, insieme all’osteocalcina salivare (OCN) e il testosterone (TEST), può fornire un quadro chiaro della risposta allo stress acuto durante le immersioni in acque fredde e determinarne l’influenza sulla termoregolazione.

Lo studio ha verificato che immersioni prolungate in acque fredde fanno aumentare l’AA e l’OCN salivare e diminuire il Testosterone totale. Inoltre, i cambiamenti di CORT e OCN sembrano correlati al cambiamento della temperatura delle estremità ed essere quindi indicativi della capacità do termoregolazione nelle parti corporee periferiche.

È noto che fattori di stress fisico, mentale e psicologico nel personale militare sottoposto ad un rigoroso addestramento portano effetti sulle risposte neuroendocrine; in particolare, attività come il paracadutismo e l’intenso allenamento fisico portano a livelli elevati di cortisolo e DHEA e abbassamenti del testosterone [5]. Per quanto riguarda le immersioni militari prolungate in acque fredde, i dati sono invece limitati. Esistono dati contraddittori e limitati per i subacquei ricreativi riferite ad immersioni di breve durata (15–20 min) e in acque moderatamente fredde (15–19°C) [6].

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Absolute pre- and post-dive concentration of alpha-amylase (A), cortisol (B), osteocalcin (C), testosterone (D) and DHEA (E) – da studio citato

I risultati di questo primo studio hanno mostrato dati non concordi (aumento, diminuzione o nessun cambiamento) insieme ad una riduzione della noradrenalina. La disparità è probabilmente dovuta alla durata dell’esposizione. In particolare, la relazione inversa tra CORT e temperatura del piede indicava un’aumentata risposta allo stress negli individui che si avvicinavano ai criteri di fine immersione con una temperatura della pelle di 10°C. Un comportamento simile, anche se non significativo, è stato notato in individui con mani fredde.

L’aumento del cortisolo, indotto dallo stress per prepararsi al “attacco e fuga“, aumenta l’apporto di glucosio (energia corporea) e media i cambiamenti sistemici mantenendo l’omeostasi [7]. Va sottolineato che, a causa della durata dell’immersione per le forze speciali, il momento della misura sembra aver un significato in quanto questi biomarcatori raggiungono normalmente il picco al mattino e scendono a quello più basso nel tardo pomeriggio. In seguito all’esposizione prolungata all’acqua fredda, il valore dell’alfa-amilasi era aumentato tra il 200 e il 225%. Questo perché lo stress da freddo aveva stimolato la vasocostrizione periferica per deviare il sangue al centro e ai tessuti profondi vitali per la sopravvivenza. Questa risposta è mediata dall’attivazione del recettore α-adrenergico dopo l’esposizione al freddo. Di fatto la temperatura periferica della cute alle estremità diminuisce significativamente nel tempo. Non è ancora chiaro se la durata dell’esposizione e l’impatto sul metabolismo per mantenere la termoregolazione potrebbero aver influenzato la risposta allo stress dei sommozzatori, causando un aumento del metabolismo del 53% durante un’immersione di 6 ore a temperature dell’acqua simili [8].  

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palombari del COMSUBIN in Antartide

Conclusioni
In estrema sintesi, i risultati dello studio, che si suggerisce di leggere per maggiore approfondimento, sono che nelle nove ore di immersione, la temperatura cutanea e delle estremità dei sommozzatori era diminuita mentre quella interna si era mantenuta al di sopra della soglia clinica dell’ipotermia, indipendentemente dalle dimensioni corporee dei partecipanti. I ricercatori hanno rilevato un aumento significativo dell’alfa-amilasi e dell’osteocalcina salivare con una diminuzione significativa del testosterone nel corso della durata dell’immersione. Questi dati suggeriscono che sommozzatori, militari o civili, coinvolti in immersioni di lunga durata in acque fredde avviano una risposta allo stress che può essere ora misurata grazie all’analisi dei biomarcatori salivari dello stress. Studi successivi potranno fornire linee guida per le attività operative delle Forze speciali in ambienti subacquei estremi.

Andrea Mucedola

 

note

[1] Karen R. Kelly, Laura J. Arrington, R. Bernards, Andrew E. Jensen (2022) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.842612/full

[2] Lundell et al., 2019

[3] Chapin et al., 2021

[4] Imray et al., 2011

[5] Morgan, et al.,2000a; Morgan et al., 2001; Morgan et al., 2004; Taylor MK. et al. ,2007a; Taylor, et al., 2007b; Morgan et al., 2009

[6] Weist et al., 2012; Zarezadeh et Azarbayjani, 2014; Marlinge et al., 2019

[7] Lee et al., 2012

[8] Chapin et al., 2021

 

Riferimenti segnalati dallo studio

Karen R. Kelly, Laura J. Arrington, R. Bernards, Andrew E. Jensen (2022). Prolonged extreme cold water diving and the acute stress response during military dive training
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.842612/full

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Chapin A. C., Arrington L. J., Bernards J. R., Kelly K. R. (2021). Thermoregulatory and Metabolic Demands of Naval Special Warfare Divers During a 6-h Cold-Water Training Dive. Front. Physiol. 12, 674323. doi:10.3389/fphys.2021.674323 Thermoregulatory and Metabolic Demands of Naval Special Warfare Divers During a 6-h Cold-Water Training Dive – PubMed (nih.gov)

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