{"id":29527,"date":"2019-04-20T00:09:07","date_gmt":"2019-04-19T22:09:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ocean4future.org\/?p=29527"},"modified":"2026-10-15T14:24:05","modified_gmt":"2026-10-15T12:24:05","slug":"29527","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/29527","title":{"rendered":"Medicina subacquea: La \u201crespirazione fluida\u201d e i sistemi di \u201cbranchie artificiali\u201d di Stefano Berutti"},"content":{"rendered":"tempo di lettura: <\/span> 7<\/span> minuti<\/span><\/span>

 <\/p>\nlivello medio<\/span><\/a>\n


\nARGOMENTO: MEDICINA SUBACQUEA<\/span><\/strong>
\nPERIODO: XXI SECOLO\u00a0<\/span><\/strong>
\nAREA: STUDI\u00a0<\/span><\/strong>
\nparole chiave: medicina subacquea, fisiologia, branchie artificiali<\/p>\n

Ricorderete sicuramente la scena del film \u201cThe Abyss<\/span><\/strong>\u201d di James Cameron quando il sommozzatore \u201cBud\u201d, che deve raggiungere l\u2019incredibile profondit\u00e0 di 7500 metri per recuperare una bomba nucleare, usa del liquido respirabile per scendere negli abissi senza subire gli effetti della forte pressione. Per l\u2019immersione il subacqueo utilizza uno scafandro sperimentale che, anzich\u00e9 usare una miscela di gas, sfrutta un\u2019emulsione ossigenata di fluoro e carbonio.<\/p>\n

Fantasia? Solo fantascienza?<\/span><\/strong><\/span>
\nLa respirazione fluida e i sistemi di branchie artificiali costituiscono una parte estremamente interessante ed affascinante sulla possibile evoluzione dell\u2019immersione umana. L\u2019idea di \u201cestrarre\u201d l\u2019ossigeno dall\u2019acqua, per consentire la respirazione, \u00e8 relativamente recente. Nel 1962, durante prove sperimentali in laboratorio effettuate su cavie animali, Kylstra, Tissing e Van der Maen<\/span><\/strong> scoprirono che una gatta adulta rimaneva in vita per pi\u00f9 di diciotto ore se sottoposta alla respirazione di una soluzione di sale bilanciata, insufflata a 20 \u00b0 C, equivalente all\u2019ossigeno ad una concentrazione di otto ata.<\/p>\n

\"\"Johannes Kylstra<\/span><\/strong>,\u00a0un fisiologo alla State University di New York a Buffalo, riconobbe che l’insufficienza della rimozione di CO2 non poteva essere superata semplicemente aumentando il differenziale di pressione del gas disciolto, e scopr\u00ec che le soluzioni saline potevano essere saturate con ossigeno ad alta pressione. Le cavie di Kylstra sopravvissero ad enormi sbalzi di pressione della durata di alcuni secondi, apparentemente senza avere problemi (Kylstra J. A. “Liquid breathing.\u201d Undersea Biomed Res 1974 September 1(3):259-69<\/span><\/strong>). Da quelle esperienze nacque l’idea di un liquido respiratorio<\/span><\/strong>; questa scoperta, se fosse stata applicata all\u2019Uomo, avrebbe comportato notevoli vantaggi operativi in quanto si sarebbe superato il problema della malattia da decompressione, eliminando il gas inerte diluente nei tessuti e nel sangue. Il sommozzatore,\u00a0 nei cui polmoni sarebbe stata presente solamente un\u2019aggregazione fluida, avrebbe quindi potuto riemergere in qualsiasi momento ed alla velocit\u00e0 desiderata senza timore della formazione di bolle nei suoi tessuti. A di l\u00e0 delle esperienze di laboratorio, condotte da Kylstra<\/span><\/strong>, queste ricerche e argomentazioni sono rimaste per le immersioni subacquee sostanzialmente accademiche\u00a0 in quanto l\u2019applicazione sull\u2019Uomo della \u201crespirazione fluida<\/span><\/strong>\u201d avrebbe comportato problemi di non semplice soluzione per la bioingegneria quali la termoregolazione corporea e l\u2019eliminazione del biossido di carbonio. Il problema della respirazione subacquea senza limiti di tempo e profondit\u00e0 \u00e8 stato affrontato negli anni anche con mezzi diversi\u00a0 mediante la realizzazione di apparecchi di respirazione subacquea innovativi, sostanzialmente delle \u201cbranchie artificiali<\/span><\/strong>\u201d. Sostanzialmente si pens\u00f2 di sfruttare materiali con caratteristiche di permeabilit\u00e0 ai gas e all\u2019acqua per la realizzazione di membrane semipermeabili che consentissero la diffusione del gas tra il subacqueo e l\u2019acqua circostante. Nel 1965 l\u2019americano Walter Robb<\/span><\/strong> riusc\u00ec a separare l\u2019ossigeno contenuto nell\u2019acqua impiegando delle speciali membrane in silicone-caucci\u00f9 ed utilizzare l\u2019ossigeno \u201cestrapolato\u201d dall\u2019acqua per far respirare delle cavie di laboratorio. Alcune fonti (non confermate) riferiscono che con queste membrane sia stato realizzato anche un apparato subacqueo effettivamente utilizzato da un subacqueo per un’immersione di oltre un ora.<\/p>\n

\"\"Nel 1966 Leland Clark<\/span><\/strong>, il geniale inventore dell’Elettrodo di Clark<\/span><\/strong>, uno strumento per misurare l’ossigeno nel sangue, in acqua e in altri liquidi, scopr\u00ec che ossigeno e biossido di carbonio sono particolarmente solubili nei perfluorocarburi (PFC)<\/span><\/strong>.\u00a0 I PFC<\/span><\/strong> sono degli idrocarburi sintetici inerti in cui gli atomi di idrogeno sono stati sostituiti da atomi di fluoro o bromo. La loro elevata capacit\u00e0 di sciogliere O\u00b2 e CO\u00b2 li ha fatti considerare come possibili sostituti dei globuli rossi. Tra di essi va citato, come emulsione endovenosa, l’Oxycyte<\/span><\/strong> che pu\u00f2 trasportare fino a cinque volte pi\u00f9 ossigeno dell’emoglobina, rendendolo un mezzo efficace per trasportare ossigeno ai tessuti e trasportare anidride carbonica ai polmoni per lo smaltimento. I PFC<\/span><\/strong> mostrano un quarto della tensione superficiale, sedici volte la solubilit\u00e0 dell’ossigeno e tre volte la solubilit\u00e0 dell’anidride carbonica dell’acqua. Poich\u00e9 l’ossigeno e l’anidride carbonica si dissolvono cos\u00ec facilmente in questo liquido, \u00e8 quindi un mezzo eccellente per trasportare l’ossigeno. Solo una piccola parte del liquido respiratorio altamente ossigenato deve essere estratto nel circolo respiratorio per raggiungere la concentrazione richiesta di O2 nel sangue. Clark dimostr\u00f2 che era possibile fornire ossigenazione in certe condizioni ad animali totalmente immersi in un perfluorocarburo.\u00a0<\/span><\/strong><\/p>\n\n\n\n
In campo medico esistono oggi due tipi di ventilazione del fluido:<\/span><\/strong><\/span>
\nVentilazione parziale del liquido (VLP)<\/span><\/strong> consistente nel riempire parzialmente i polmoni e nell’uso parallelo di un respiratore artificiale convenzionale (per la ventilazione del gas). Il VLP \u00e8 stato oggetto di ricerca clinica per diversi anni e, riempendo completamente i polmoni, \u00e8 la ventilazione pi\u00f9 efficace.
\n<\/span><\/span>Total Liquid Ventilation (VLT)<\/span> <\/strong>prevede il riempimento completo dei polmoni con il fluido. Il VLT \u00e8 pi\u00f9 difficile da implementare rispetto al VLP: richiede l’uso di un respiratore artificiale adattato ai liquidi che fa che sia ancora in fase di progettazione. L’uso medicale dei fluidi respiratori trova diversi campi di applicazione; ad esempio il Perflubron<\/span><\/strong>, anche chiamato da Alliance Pharmaceutical “Liquivent<\/span><\/strong>” viene impiegato iniettandolo direttamente nei polmoni nel caso di trattamento di pazienti con gravi difficolt\u00e0 respiratorie. Pu\u00f2 quindi essere utilizzato in pneumologia per infezioni, inalazioni di sostanze tossiche o gravi ustioni e nel campo della rianimazione neonatale di neonati prematuri.
\nE nella subacquea?<\/span><\/strong> Gli studi proseguono ma\u00a0la ventilazione con fluidi come i perfluorocarburi<\/span> <\/strong>rimane ancora una possibilit\u00e0 solo ipotetica.<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Nello stesso anno il Dr. Ayres<\/span><\/strong> realizz\u00f2 un sistema dotato di una membrana per gli scambi gassosi ed una fonte di aria compressa per aggiungere gas al sistema per evitare l\u2019\u201dafflosciamento\u201d delle branchie artificiali e il collasso del torace del subacqueo quando sottoposto ad un aumento della pressione idrostatica. L\u2019apparato venne descritto come una sorta di radiatore realizzato con coppie di membrane da 116 cmq spesse 1\/25 mm e formanti serbatoi tubolari di gas del diametro di 16 mm. Quarantotto di questi tubi alti 30 cm costituivano un totale di 20 mq. di membrane permeabili esposte all\u2019acqua. L\u2019aria espirata dal subacqueo attraversava i compartimenti riempiti di gas ed il flusso dell\u2019acqua, generato dal nuoto, attraversava le membrane apportando ossigeno \u201cfresco\u201d.<\/p>\n

\"\"
progetto di artificial gill di Bruce Bodell del 1967 US3333583A – Artificial gill – Google Patents<\/a><\/span><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

Il sistema presentava per\u00f2 due svantaggi; a parte il fatto di dover nuotare continuamente per rifornire di ossigeno il sistema, vi era il problema della notevole dispersione del gas inerte nell\u2019acqua circostante dovuta all\u2019eccessiva diffusione attraverso le membrane del sistema. Infatti queste membrane, permeabili all\u2019O2 e alla CO2, risultavano permeabili anche ai gas inerti. Come sappiamo dalla fisica, a causa dell’aumento della pressione idrostatica<\/span><\/strong>, la pressione parziale dei gas in acqua (e quindi nel caso di un miscuglio di gas respirabili anche dei gas inerti componenti la miscela) \u00e8 ovviamente maggiore che in atmosfera. Pi\u00f9 ci si immerge in profondit\u00e0,\u00a0 maggiore \u00e8 la pressione totale e, di conseguenza, maggiore \u00e8 la pressione parziale degli inerti sulle artificial gill.\u00a0<\/span><\/strong>Di conseguenza, non essendo le membrane impermeabili all\u2019inerte, avviene la diffusione di questi gas nell\u2019acqua circostante. Queste \u201cperdite\u201d richiederebbero continue aggiunte di gas, proporzionali sia al consumo di ossigeno metabolizzato dal subacqueo sia alla profondit\u00e0 di utilizzo del sistema. Anche si si riuscisse a trovare una membrana assolutamente impermeabile all\u2019inerte, il subacqueo continuerebbe a perdere gas attraverso la propria pelle con conseguente \u201cafflosciamento\u201d delle branchie artificiali. Per ovviare si dovrebbe quindi compensarle con continue aggiunte di gas nel sistema. Nel 1984, durante il VI\u00b0 congresso della Societ\u00e0 Italiana di medicina Subacquea e Iperbarica (SIMSI)<\/span> <\/strong>tenutosi a Napoli due ricercatori americani, Joseph<\/span><\/strong> e Clelia<\/span> Bonaventura<\/span><\/strong>, illustrarono un sistema di \u201cbranchie artificiali\u201d ideato a seguito di un approfondito studio\u00a0 sulla respirazione dei pesci attraverso le branchie. \"\"Il sistema si basa su un procedimento sostanzialmente chimico. I ricercatori sintetizzarono un prodotto chiamato \u201c<\/span>emospugna<\/span><\/strong>\u201d, costituito da una sostanza sintetica porosa sulla quale veniva fatta reagire in maniera stabile emoglobina di estrazione animale. In questo modo era possibile ricavare dal mare un quarto di litro di ossigeno all\u2019ora, molto meno dei due litri che a un uomo servono per poter sopravvivere sott\u2019acqua. <\/span>L\u2019emospugna<\/span><\/strong> era idealmente contenuta in due cilindri simili alle normali bombole da subacquei.\u00a0 L’acqua di mare veniva fatta passare forzatamente attraverso l’emospugna per mezzo di una pompa aspirante.<\/p>\n

L’emospugna captava quindi l\u2019ossigeno e, mediante reazioni chimiche, lo cedeva al sub in forma gassosa. Una sacca posta sul torace del subacqueo riceveva attraverso un tubo l\u2019ossigeno cos\u00ec ottenuto e da questa passava alla maschera per la respirazione. Per quanto di conoscenza il sistema \u00e8 tuttora in fase di sperimentazione per poterne ridurre le dimensioni. Nel 2007 l\u2019ingegnere israeliano Alon Bodner<\/span><\/strong> ha realizzato, nell’ambito del\u00a0 BioSub Project<\/span><\/strong>, un sistema composto da due pompe, nel quale la prima crea un \u201cvortice\u201d d\u2019acqua mentre l\u2019altra una zona di bassa pressione. Il sistema estrae dall\u2019acqua, per differenza\u00a0 di pressione, una miscela di gas respirabile composta dal 34% di ossigeno, 60% azoto e 6% biossido di carbonio. Il prototipo aveva un ingombro simile ad un normale monobombola sub ma presentava lo svantaggio di una minore autonomia in immersione, pur \u201csvincolando\u201d il subacqueo dalla ricarica di gas come per i normali sistemi Scuba. In altre parole Alon Bodner<\/span><\/strong>, con la sua invenzione denominata “Like a Fish<\/span><\/strong>” (brevetto statunitense n. 2004\/0003811), non ha risolto ancora il problema dimensionale, ed il sistema sembra pi\u00f9 adatto a mezzi pi\u00f9 grandi come i sommergibili piuttosto che ai sommozzatori.<\/p>\n

In sintesi, un sistema definitivo, che possa consentire all\u2019Uomo di immergersi liberamente per lunghi periodi prendendo l’ossigeno di cui ha bisogno dal mare, \u00e8 ancora lontano ma potrebbe forse realizzarsi in futuro con l\u2019utilizzo combinato delle tecniche di respirazione fluida con nuovi sistemi di branchie artificiali per affrancare finalmente il subacqueo dalla riserva d\u2019aria.<\/p>\n

Stefano Berutti<\/span><\/strong><\/p>\nPAGINA PRINCIPALE - HOME PAGE<\/span><\/a>\n

.<\/span>
\n
\n<\/span>Alcune delle immagini sono prese dal web, citandone ove possibile gli autori e\/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore o chiedere di rimuoverle, pu\u00f2 scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo
\n.<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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