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livello difficile
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
Prima o poi, leggendo articoli sulle riviste specializzate, partecipando a forum o semplicemente scambiando quattro chiacchiere tra subacquei, ci si imbatterà sicuramente in un argomento ostico e un pò misterioso: la famigerata “Oxygen Window”, ovvero la finestra dell’ossigeno.
Si tratta di una specie di “Harry Potter” della fisiologia iperbarica, capace di sgonfiare come per magia le micro-bolle che tendono a crescere durante la risalita di una immersione. Si cerca allora di documentarsi un pò, sperando di capire con la sincera disponibilità a fare qualche sforzo per riuscirci, ma rimanendo spesso delusi. Si rischia infatti di rimanere impelagati nelle paludi della vaghezza e del tecnicismo esasperato. Con l’unico risultato di dire: ma cosa me ne importa, in fondo, dell’argomento? Oggi proviamo a raggiungere un traguardo ambizioso: rendere comprensibile ciò che è oggettivamente complicato e sfuggente. Iniziamo definendo bene di cosa parliamo, per poi provare a capire le conseguenze pratiche del fenomeno.
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cerchiamo di capire meglio … photo credit andrea mucedola
Nell’aria che respiriamo liberamente a livello del mare, e quindi nei nostri polmoni, i vari gas si trovano ciascuno ad una certa pressione parziale che dipende dalla percentuale con la quale ciascuno di essi è presente nell’aria stessa. La somma dei queste pressioni parziali è naturalmente pari a un bar, ovvero 760 mmHg. Grazie ai polmoni, il sangue venoso povero di ossigeno e carico di CO2, prodotto di scarto della respirazione, si ossigena e cede l’anidride carbonica, divenendo sangue arterioso. Per avviare la nostra analisi, raccogliamo in una tabella i valori di pressione dei vari gas negli alveoli polmonari, e i valori di tensione con la quale essi si ritrovano disciolti nei flussi sanguigni arterioso e venoso, durante la normale respirazione di aria a pressione atmosferica, il tutto espresso in mmHg.
Tabella delle Pressioni e tensioni dei gas in alveoli, sangue arterioso e venoso
Diamo ora un’occhiata alla tabella: nell’aria alveolare troviamo azoto, ossigeno e anidride carbonica con pressioni vicine a quelle dell’aria atmosferica. Nel sangue arterioso i valori di tensione sono identici tranne per l’ossigeno, che è leggermente inferiore (100 mmHg anziché 104) per una non perfetta diffusione di questo gas nel sangue operata nei polmoni. Passiamo ora al sangue venoso, il quale, come sappiamo, è più povero di ossigeno, che è stato ceduto ai tessuti, e più ricco di anidride carbonica, prodotta dai tessuti stessi e da essi rimossa.
Nel sangue venoso l’ossigeno cala quindi da 100 a 40 mmHg, mentre l’anidride carbonica cresce da 40 a … soli 45 mmHg. Ciò che perdiamo come tensione di ossigeno non riusciamo quindi a controbilanciare come aumento di tensione dell’anidride carbonica. Questo si conferma anche esaminando l’ultima riga della tabella, nella quale la somma delle tensioni dei gas nel sangue venoso (701) non riesce ad eguagliare la pressione totale degli stessi gas nell’aria alveolare (760). La differenza tra questi due valori è di 59 mmHg, e viene chiamata “Oxygen Window”.
Schema di un alveolo polmonare ed un capillare sanguigno. I gas respiratori (CO2 e O2) e i composti organici volatili (COV) all’interno degli alveoli. Gli scambi di CO2/O2 sono approssimati dalla formula alveolare del gas: PaO2 = (Pb – PH2O) × FIO2 – (Paco2/R), dove Pb è la pressione barometrica, PaH2O è la pressione del vapore acqueo (di solito 47 mmHg), FIO2 è la concentrazione frazionaria di ossigeno ispirato e R è il quoziente respiratorio, dipendente dall’attività metabolica e dalla dieta ed è considerata circa 0,825). Gli scambi di composti organici volatili (COV) dipendono dai coefficienti di partizione – da studio A Low-Cost Breath Analyzer Module in Domiciliary Non-Invasive Mechanical Ventilation for Remote COPD Patient Monitoring – di Antonio Vincenzo Radogna, Pietro Aleardo Siciliano, Saverio Sabina, Eugenio Sabato e Simonetta Capone – Open Access
Perché esiste questo “buco” di tensione?
Il fenomeno è conseguenza diretta della respirazione cellulare: durante questo processo il metabolismo cellulare genera più o meno una molecola di anidride carbonica per ogni molecola di ossigeno consumato, e quindi in apparenza il conto dovrebbe tornare. In realtà però l’anidride carbonica è molto più solubile dell’ossigeno nel plasma (più di 20 volte) e poiché più un gas è solubile e minore è la tensione che esso genera nel liquido nel quale è disciolto, il calo di tensione di ossigeno da sangue arterioso a venoso non viene compensato da una uguale crescita di tensione di anidride carbonica.
Si tratta di un concetto importante:
Più un gas è solubile in un liquido, e minore è la tensione che esso genera sciogliendosi in esso.
Sembra una contraddizione? Solo in apparenza. Riflettiamo infatti su un punto:
la tensione di un gas disciolto in un liquido non è altro che una pressione fittizia che si oppone alla pressione del gas a contatto con il liquido, ostacolandone il passaggio in soluzione.
Infatti la tensione del gas disciolto cresce all’aumentare della sua concentrazione, fino ad eguagliare (alla saturazione) la pressione del gas “premente“. Quindi se un gas è molto solubile, la sua tensione nel liquido in cui è disciolto è dovuta ad un elevato numero di molecole, che generano ciascuna una tensione modesta. Se invece un gas è poco solubile, la sua tensione nel liquido in cui è disciolto è dovuta ad un esiguo numero di molecole, che generano ciascuna una tensione considerevole.
Pertanto la maggiore solubilità della CO2 nel plasma rispetto all’ossigeno è la causa della apertura della “Oxygen Window”.
A questo punto ci può venire un dubbio: se l’ossigeno è 20 volte meno solubile nel plasma rispetto alla CO2, la differenza di tensione tra sangue arterioso e venoso dovrebbe essere ancora più marcata. Giusta osservazione ma entra in gioco un fattore, l’emoglobina, di cui parleremo nel prossimo articolo, restate con noi.
Luca Cicali
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ingegnere elettronico e manager d’azienda, è un grande appassionato di subacquea ma non è un professionista del settore. E’ autore di Oltre la curva, un testo di subacquea diventato in breve un best seller per tutti gli appassionati.
Ciao, grazie per questo articolo molto interessante.
Nel mese di ottobre e poi mi è stato fatto ripetere nel mese di novembre, ho effettuato l’esame spirometrico e l’esame DLCO ovvero diffusione alveolo-capillare del CO. Il primo esame è andato bene entrambe le volte, mentre non si può dire lo stesso per il DLCO. Risulta una scarsa capacità di scambi di gas a livello alveolo-capillare, nonostante venga inserito come fattore di correzione il valore dell’emoglobina che è al di sotto della norma.
Ho avuto la leucemia 2 anni fa in seguito alla quale ho fatto il trapianto autogeno, per cui ora sono in remissione, ma l’emoglobina rimane sempre tra 11 e 11,5.
Essendo istruttrice subacquea e facendo almeno 100 immersioni all’anno vorrei capire che cosa può comportare in immersione e dopo l’immersione questo mio problema. Al momento non ho avuto problemi, anche facendo immersioni con decompressione. Cerco di usare il più possibile nitrox e quando devo fare deco mi portò una state con 50% di ossigeno. Ma non sempre è possibile, per cui vorrei sapere quali rischi ci sono, se ce ne sono.
Grazie. Sabina
Passo la domanda al dottor Longobardi per un suo parere medico.
gentile Sabina, mi dispiace per quanto tu abbia sofferto e sono felice che sia in remissione. Nella spirometria guardi il valore FEV1/VC (o, in subordine) FEV1/FVC. Si chiama Indice di Tiffeneau, deve essere superiore al 75% alla prima visita medica di idoneità all’attività subacquea, mentre è sufficiente sia superiore al 72% nelle visite di controllo. Qualora fosse inferiore indica una patologia ostruttiva con aumento della probabilità di sovradistenzione polmonare (rottura del polmone) nella,malaugurata e imprevista evenienza di una risalita rapida, incontrollata.
Per il fatto che la spirometria DLCO sia alterata, potrebbe essere indicata una angioTC dell’arteria polmonare e dell’albero arterioso polmonare. Ne parli con un medico subacqueo esperto a lei vicino.
Qualora lo ritenesse utile, invii scansione degli esami (spirometria DLCO e breve sintesi di questa conversazione) a segreteria@iperbaricoravenna.it (poi chiami al 0544-500152, chieda di Luca o Camilla per seguire la sua richiesta). Per correttezza verso Ocean4future, la valutazione non avrà costi.
Cordiali saluti, dr. Pasquale Longobardi
Complimenti a Luca Cicali. La “finestra di ossigeno” è correlata sia alla miscela respirata (pressione parziale dei gas) che al pH e alla concentrazione di bicarbonato nel sangue. Si può immaginarla come una cappa che consente di aspirare il gas inerte dai tessuti. La finestra ossigeno è tanto più potente (cioè la desaturazione del gas inerte è migliore) quanto maggiore è la quantità di CO2 che si lega al bicarbonato.
Il pH, la concentrazione di bicarbonato (quindi l’ampiezza della finestra dell’ossigeno e la velocità di desaturazione dei gas inerti) dipendono quindi dallo stile di vita (alimentazione ricca di frutta e verdura, bere acqua bicarbonato calcica, attività fisica).
Quando il pH del sangue è nella norma (circa 7,4) e l’eccesso di basi (misura del bicarbonato) è positivo (+2 circa) allora la finestra dell’ossigeno è favorevolmente influenzata dalla miscela respirata (aria arricchita in ossigeno o “nitrox”; pressione parziale dell’ossigeno e dei gas inerti nella miscela di fondo e in quelle di fase).
Mentre se il subacqueo fosse in acidosi (in particolare l’eccesso di basi negativo), tipico di chi mangia molti carboidrati, proteine ed è sedentario, fuori forma fisica, allora la finestra dell’ossigeno è poco potente, la desaturazione del gas inerte è meno efficace.
Queste sono le raccomandazioni della SIMSI – Società Italiana Medicina Subacquea e Iperbarica (www.simsi.it) . Cordialmente, dr Pasquale Longobardi (direzione@iperbaricoravenna.it)
Grazie dottor Longobardi per il pregevole inciso.