.
livello elementare.
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.
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.
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.
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.
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].
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].
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].
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
Castellani J. W., O’Brien C., Stulz D. A., Blanchard L. A., DeGroot D. W., Bovill M. E., et al. (2002). Physiological Responses to Cold Exposure in Men: A Disabled Submarine Study. Undersea Hyperb. Med. 29 (3), 189–203 Physiological responses to cold exposure in men: a disabled submarine study – PubMed (nih.gov).
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)
Choshen‐Hillel S., Ishqer A., Mahameed F., Reiter J., Gozal D., Gileles‐Hillel A., et al. (2021). Acute and Chronic Sleep Deprivation in Residents: Cognition and Stress Biomarkers. Med. Educ. 55 (2), 174–184. doi: 10.1111/medu.14296 Acute and chronic sleep deprivation in residents: Cognition and stress biomarkers – Choshen‐Hillel – 2021 – Medical Education – Wiley Online Library
Imray C., Richards P., Greeves J., Castellani J. (2011). Nonfreezing Cold-Induced Injuries. J. R. Army Med. Corps 157 (1), 79–84. doi:10.1136/jramc-157-01-14 Nonfreezing cold-induced injuries – PubMed (nih.gov)
Lee S. R., Kim H. K., Youm J. B., Dizon L. A., Song I. S., Jeong S. H., et al. (2012). Non-Genomic Effect of Glucocorticoids on Cardiovascular System. Pflugers Arch. – Eur. J. Physiol. 464 (6), 549–559. doi:10.1007/s00424-012-1155-2 Non-genomic effect of glucocorticoids on cardiovascular system | SpringerLink
Lundell R. V., Räisänen-Sokolowski A. K., Wuorimaa T. K., Ojanen T., Parkkola K. I. (2019). Diving in the Arctic: Cold Water Immersion’s Effects on Heart Rate Variability in Navy Divers. Front. Physiol. 10, 1600. doi:10.3389/fphys.2019.01600 Diving in the Arctic: Cold Water Immersion’s Effects on Heart Rate Variability in Navy Divers – PubMed (nih.gov)
Marlinge M., Coulange M., Fitzpatrick R. C., Delacroix R., Gabarre A., Lainé N., et al. (2019). Physiological Stress Markers During Breath‐Hold Diving and SCUBA Diving. Physiol. Rep. 7 (6), e14033. doi:10.14814/phy2.14033 Physiological stress markers during breath‐hold diving and SCUBA diving – Marlinge – 2019 – Physiological Reports – Wiley Online Library
Morgan C. A., Rasmusson A., Pietrzak R. H., Coric V., Southwick S. M. (2009). Relationships Among Plasma Dehydroepiandrosterone and Dehydroepiandrosterone Sulfate, Cortisol, Symptoms of Dissociation, and Objective Performance in Humans Exposed to Underwater Navigation Stress. Biol. Psychiatry 66 (4), 334–340. doi:10.1016/j.biopsych.2009.04.004 Relationships Among Plasma Dehydroepiandrosterone and Dehydroepiandrosterone Sulfate, Cortisol, Symptoms of Dissociation, and Objective Performance in Humans Exposed to Underwater Navigation Stress – ScienceDirect
Morgan C. A., Southwick S., Hazlett G., Rasmusson A., Hoyt G., Zimolo Z., et al. (2004). Relationships Among Plasma Dehydroepiandrosterone Sulfate and Cortisol Levels, Symptoms of Dissociation, and Objective Performance in Humans Exposed to Acute Stress. Arch. Gen. Psychiatry 61 (8), 819–825. doi:10.1001/archpsyc.61.8.819 Relationships Among Plasma Dehydroepiandrosterone and Dehydroepiandrosterone Sulfate, Cortisol, Symptoms of Dissociation, and Objective Performance in Humans Exposed to Underwater Navigation Stress – Biological Psychiatry (biologicalpsychiatryjournal.com)
Morgan C. A., Wang S., Mason J., Southwick S. M., Fox P., Hazlett G., et al. (2000a). Hormone Profiles in Humans Experiencing Military Survival Training. Biology. Psychiatry 47 (10), 891–901. https://doi.org/10.1016/S0006-3223(99)00307-8 https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0006322399003078
Morgan C. A., Wang S., Rasmusson A., Hazlett G., Anderson G., Charney D. S. (2001). Relationship Among Plasma Cortisol, Catecholamines, Neuropeptide Y, and Human Performance During Exposure to Uncontrollable Stress. Psychosom. Med. 63 (3), 412–422. doi:10.1097/00006842-200105000-00010 Relationship among plasma cortisol, catecholamines, neuropeptide Y, and human performance during exposure to uncontrollable stress – PubMed (nih.gov)
Morgan C. A., Wang S., Southwick S. M., Hazlett G., Hauger R. L., Charney D. S. (2000b). Plasma Neuropeptide-Y Concentrations in Humans Exposed to Military Survival Training. Biol. Psychiatry 47 (10), 902–909. doi:10.1016/s0006-3223(99)00239-5 Plasma neuropeptide-Y concentrations in humans exposed to military survival training – PubMed (nih.gov)
Taylor M. K., Sausen K. P., Mujica-Parodi L. R., Potterat E. G., Yanagi M. A., Kim H. (2007a). Neurophysiologic Methods to Measure Stress During Survival, Evasion, Resistance, and Escape Training. Aviat. Space Environ. Med. 78 (5 Suppl. l), B224–B230. doi:10.3357/asem.2151.2007 (PDF) Neurophysiologic methods to measure stress during Survival, Evasion, Resistance, and Escape training (researchgate.net)
Taylor M. K., Sausen K. P., Potterat E. G., Mujica-Parodi L. R., Reis J. P., Markham A. E., et al. (2007b). Stressful Military Training: Endocrine Reactivity, Performance, and Psychological Impact. Asem 78 (12), 1143–1149. doi:10.3357/asem.2151.2007 [PDF] Stressful military training: endocrine reactivity, performance, and psychological impact. | Semantic Scholar
Weist F., Strobel G., Hölzl M., Böning D. (2012). Arterial Stress Hormones During Scuba Diving with Different Breathing Gases. Med. Sci. Sports Exerc. 44 (7), 1267–1274. doi:10.1249/MSS.0b013e31824800f3 Arterial stress hormones during scuba diving with different breathing gases. | Semantic Scholar
Zarezadeh R., Azarbayjani M. A. (2014). The Effect of Air Scuba Dives up to a Depth of 30 Metres on Serum Cortisol in Male Divers. Diving Hyperbaric Medicine. 44 (3), 158–160 The effect of air scuba dives up to a depth of 30 metres on serum cortisol in male divers – PubMed (nih.gov)
Una sorpresa per te su Amazon Music unlimited Scopri i vantaggi di Amazon Prime
.
Alcune delle foto presenti in questo blog possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore o rimuoverle, può scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo
PAGINA PRINCIPALE
- autore
- ultimi articoli
ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. Ricercatore subacqueo scientifico dal 1993, nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).