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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: ipossia, medicina subacquea
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L’ossigeno (O2) è l’elemento essenziale per la produzione di energia metabolica. In presenza di O2 una molecola di glucosio può generare 38 molecole di Adesina Trifosfato (ATP) che è una delle principali molecole per lo stoccaggio di energia; la stessa molecola di glucosio in assenza di ossigeno produce invece solo due molecole di ATP attraverso reazioni anaerobiche con produzione di acido lattico. Il consumo metabolico basale di ossigeno per un individuo adulto è di circa 200 ml/minuto ma può raggiungere i 3 litri/minuto per alti carichi di lavoro.
Un subacqueo impegnato in attività fisica intensa in immersione, come ad esempio nuotare contro una forte corrente, ha bisogno di un elevato volume di ossigeno (che è la componente metabolicamente attiva della miscela respiratoria) ed il suo ritmo respiratorio si incrementerà in modo notevole. Di conseguenza è necessaria un’attenta pianificazione dei volumi di gas necessari in base al lavoro previsto. Il problema diviene ancora più rilevante quando si usano sistemi a circuito chiuso nei quali l’ossigeno viene iniettato ad un flusso costante basato sul supposto consumo metabolico; se tale flusso non è calibrato per l’effettiva richiesta metabolica il subacqueo si troverà in condizioni di carenza di ossigeno.
Considerando l’aria secca alla pressione nominale di 760 mmHg la pressione parziale dell’ossigeno PO2 è 159 mmHg; una volta inspirato l’ossigeno viene parzialmente diluito raggiungendo negli alveoli PO2 di circa 105 mmHg. Nel sangue arterioso la PO2 è di circa 100 mmHg, la differenza di pressione tra alveoli e sangue permette a quest’ultimo di assorbire ossigeno dagli alveoli.
Una diminuzione nella PO2 arteriosa al di sotto di 60 – 50 mmHg causa ipossia; se la pressione scende ulteriormente a meno di 40 mmHg le funzioni mentali sono gravemente ridotte con possibile danno permanente al cervello ed ad altri organi, come fegato e reni che richiedono alti flussi di ossigeno per il loro corretto funzionamento. Nel subacqueo le cause più comuni di ipossia sono:
– inadeguato apporto di ossigeno: è il risultato della diminuzione della PO2 nella miscela respiratoria. Ad esempio il subacqueo potrebbe stare usando una miscela ipossica (ossia con un contenuto di ossigeno inferiore a quello dell’aria) ad una profondità tale che la relativa PO2 non è sufficiente a sostenere il metabolismo. Un altro caso di insufficiente PO2 è quello dovuto al malfunzionamento del sistema di iniezione dell’ossigeno in un rebreather.
– ipo-ventilazione alveolare: il volume di gas che entra ed esce dagli alveoli è troppo ridotto e di conseguenza la PO2 alveolare diminuisce. Spesso vi è associata ritenzione di CO2. Un subacqueo può essere esposto a questo rischio in immersioni molto profonde dove la densità della miscela respiratoria diviene eccessiva rendendo la normale ventilazione carente. Anche apnee prolungate o inspirazione d’acqua possono causare ipossia a livello alveolare.
I sistemi di respirazione subacquea, sia in circuito aperto che chiuso, possono causare situazioni di ipossia in caso di malfunzionamenti o errata gestione:
– errore nel gas-switch. Una bombola che doveva essere usata ad una determinata profondità viene invece usata ad una profondità inferiore con insufficiente PO2. Per ridurre il rischio tutte le bombole usate devono essere chiaramente marcate in termini di contenuto di ossigeno e profondità operativa.
– Perdita di ossigeno nel gas: questo può verificarsi quando il gas viene lasciato per lunghi periodi di tempo in una bombola in presenza di ruggine. I processi ossidativi possono infatti consumare abbastanza ossigeno da rendere la miscela ipossica. Per ridurre il rischio il subacqueo dovrebbe usare miscele “fresche” e, soprattutto, analizzare sempre il contenuto di ossigeno della miscela prima di ogni utilizzo.
– Insufficiente flusso di ossigeno: questo è tipico di respiratori a circuito chiuso dove il flusso di ossigeno è costante e calibrato in base al presunto consumo metabolico. Se il subacqueo ha un consumo superiore a quello previsto, ad esempio a seguito di più intensa attività fisica in immersione, la miscela respiratoria potrebbe divenire ipossica.
– Blocco del flusso di ossigeno in un circuito chiuso: questo potrebbe essere causato da malfunzionamenti del sistema di iniezione, errori nei sensori ossigeno e nell’elettronica di controllo od errori del subacqueo. Non sono pochi i casi di subacquei entrati in acqua con il rubinetto dell’ossigeno chiuso, di conseguenza il gas nel circuito respiratorio diviene rapidamente ipossico. Per ridurre il rischio occorre seguire con attenzione la check-list pre-immersione e controllare attivamente i parametri dei sensori ossigeno.
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Un’altra situazione dove un subacqueo può essere esposto ad ipossia è all’interno di cavità asciutte nelle grotte allagate. Spesso la concentrazione di ossigeno atmosferico è fortemente ridotta perché i normali processi ossidativi hanno consumato parte dell’ossigeno ed il ridotto, od assente, ricambio d’aria ne ha impedito la rigenerazione. Per ridurre il rischio i subacquei non dovrebbero mai rimuovere l’erogatore all’interno di nessuna cavità a meno che non siano assolutamente certi che esiste un sufficiente ricambio d’aria.
Giorgio Caramanna
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geologo (PhD) ed oceanografo, ha fondato la società di consulenza GeoAqua nel 2015 anche al fine di condividere la sua esperienza di ricercatore e subacqueo scientifico, sensibilizzando l’opinione pubblica sui principali problemi ambientali. In possesso di una notevole esperienza in idrogeologia e geochimica ed oltre quindici anni di esperienza come subacqueo scientifico in una varietà di ambienti ha condotto diverse attività di ricerca ed è sttao delegato del gruppo europeo di immersioni scientifiche. Ha lavorato come ricercatore presso molte istituzioni internazionali operando in ambienti multidisciplinari con diverse università. È autore di più di cinquanta articoli ed è revisore di riviste internazionali. Attualmente lavora negli Stati Uniti collaborando come consulente al Woods Hole Oceanographic Institution. Nel 2018 ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia Internazionale di Scienze e Tecniche subacquee. Non ultimo è main reporter di OCEAN4FUTURE dagli Stati Uniti