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AutoRespiratori a Riciclo («Rebreathers»): a che punto siamo? Pasquale Longobardi Centro Iperbarico Ravenna Docente Scuola Superiore S. Anna (PI) Accademia Scienze e Tecniche Subacquee Master Medicina Subacquea E-mail: [email protected] Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 1 P. Longobardi Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 2 P. Longobardi JJ CCR MEGALODON Dave Thompson Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) SF2 3 LIBERTY P. Longobardi sicurezza bassa pDCI (ARR-C) • decompressione con ppO2 costante • minore stress in immersione (maggiore autonomia; non si devono cambiare miscele) • la reazione chimica nel filtro produce umidità e calore Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 4 P. Longobardi subacquea lavorativa Norsk YrkesDykkerskole (NYD) 4 sensori O2 2 filtri CO2 ARR alimentato e controllato dalla superficie (ombelicale) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 5 P. Longobardi AutoRespiratore a Riciclo semichiuso AAO «nitrox» (max 40 mt); trimix C. Balestra frazione di ossigeno AAO /Trimix sacco polmone FILTRO Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) CO2 6 P. Longobardi miscela respiratoria ARR-SC • sicura: valore fO2 tra 0,27 e la fO2 nel circuito respiratorio necessaria a rimanere, alla massima profondità, entro una ppO2 massima di 1,6 atm (EN 14143) • stabile: la fO2 nel sacco deve variare al massimo di tre punti es. OEA36>> minimo OEA33 al max sforzo La miscela nel circuito è tanto più stabile quanto maggiore è il flusso di reintegro Master Medicina Subacquea basso il flusso per risparmiare miscela evitare di tenere Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 7 P. Longobardi L’ARR-SC manuale: flusso basso, rischio ipossia in risalita ARR-SC con AAO40, flusso 5 l/min, consumo O2 di 1.75 l/min, a 30 metri, nel sacco polmone vi è FiO2 7,7% (= ppO2 0,3 atm a 4 ATA) (ipossia per risalita in emergenza) in caso di sforzo in immersione, monitorare attentamente la ppO2 nel sacco polmone dell’ARR-SC Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 8 P. Longobardi AutoRespiratore a Riciclo chiuso pressione parziale di ossigeno CONTROLLO DILUENTE OSSIGENO sacco polmone FILTRO Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) C. Balestra CO2 9 P. Longobardi Cause di incidente con ARR 1. errore umano (mancata PREVENZIONE) − formazione, esperienza (ore immersione/specifico ARR) 2. Perdita assetto (aumento dei volumi sacco, muta stagna) − giusta zavorra (evitare eccesso zavorra); GAV solo x sicurezza; sul fondo: prepararsi all’aumento dei volumi in risalita 3. problemi con i gas (tossicità CO2, ipossia) – test pre-immersione; elettronica + logica (fisica); team. 4. malfunzionamento del filtro − Test pre-immersione; rispettare le regole cambio assorbente CO2 5. elettronica difettosa − Tecnologia; logica (es. flusso O2 continuo: ARR-C >> ARR-SC) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 10 P. Longobardi guasto ARR in immersione: usare la logica • Chiudere il boccaglio ARR • Passare temporaneamente al bailout • Rimanere in quota e iniziare procedura controllo ARR • Se il problema non venisse individuato o risolto: risalita in emergenza, “controllata” • compagno svenuto: mantenere boccaglio bail out (gran facciale?) Master Medicina Subacquea Rebreather Forum Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 3 (RF3) Orlando (USA) 18-20 maggioP.2012 Longobardi 11 elettronica simulatore ARR Carleton MK 16 50% errori di malfunzionamento nei segnali del Master Medicina Subacquea sensore allarmi errati su 4179) P. Longobardi Iperbarica - SSSA, Pisa (2076 (I) 12 Caso 1: MK 16 subacqueo con perdita di coscienza Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 13 P. Longobardi Caso 2:Incidente con EX-19 • Umidità della condensa aveva coperto superficie sensori O2 (sensori “bloccati”) • L’O2 intrappolato sulla superficie dei sensori viene consumato lentamente • L’ARR non aggiungeva O2 mentre il subacqueo, in realtà, lo consumava. • In assenza di allarme, il sub ebbe insufficienza respiratoria da grave ipossia Technical Diving Conference, Durham (USA) 18-19.01.2008 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 14 P. Longobardi Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 15 P. Longobardi ARR macchina + uomo 250 ml O2/minuto 200 ml CO2/minuto (40 ml/l x 5 l gittata cardiaca) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 16 P. Longobardi Tossicità da anidride carbonica (atm) Relazione tra effetti fisiologici, concentrazione CO2 e periodo di esposizione Credit: Permission granted by Best Publishing Company (NOAA Diving Manual 4th Ed.) Flagstaff, AZ Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 17 P. Longobardi Finestra dell’ossigeno pH urine / anidride carbonica Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 18 P. Longobardi "ritenzionista» di anidride carbonica «pinneggia tranquillo in prossimità di un precipizio chiamato ipercapnia e una serie fattori, sempre presenti, tendono a spingerlo oltre l'orlo». Fabio Faralli Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 19 P. Longobardi la tossicità da ossigeno dipende dalla ppCO2 se ppCO2 40 mmHg (normale): ppO2 1,6 (ok) 41-45 mmHg (ritenzione moderata): ppO2 1,4 oltre 45 mmHg (ritenzione grave): ppO2 1,2 ppCO2 sconosciuta: max ppO2 1,4 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 20 P. Longobardi Fattori che aumentano CO2 • Profondità (fattori fisici e fisiologici): aumenta densità miscela (+ lavoro respiratorio); ridistribuzione flusso ematico nei polmoni; alterato scambio gassoso alveolare e trasporto ematico • Nuoto in immersione: sbilanciamento idrostatico (configurazione, assetto, trim point) >> scooter; trattenere respiro • Intrinseci all'ARR: resistenze al flusso; spazi morti; carico elastico dei sacchi polmone; caratteristiche del filtro (radiale, longitudinale, dimensioni, gestione flusso) Technical Diving Conference, Durham (USA) 18-19.01.2008 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 21 P. Longobardi L’efficacia del filtro dipende dal tempo, miscela, umidità, temperatura, (± acqua / condensa) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 22 P. Longobardi Tossicità anidride carbonica cosa fare – Stare fermi, in riposo, respirare profondamente, ventilare “se stessi” e l’ARR. – il ricambio della miscela, di solito, risolve rapidamente la tossicità da anidride carbonica • nota: il mal di testa da ipercapnia può durare per diverso tempo – Recupero e soccorso del subacqueo incosciente Master Medicina Subacquea Technical Diving Conference, Durham (USA) 18-19.01.2008 Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 23 P. Longobardi L’elio ha un’azione protettiva Anesthesiology 2010; 112:1503–10 Prof. Stephen Thom, University of Pennsylvania (USA) Miscele ossigeno/elio nel controllo delle citochine, in particolare nell’attività subacquea Current Drug Targets 2015; 16(8):786-92 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 24 P. Longobardi Meccanismi di azione dell’elio • Eliminazione dell’azoto (nitrogen wash out theory). particelle < 1500 dalton • L'elio ha effetto protettivo ostacolando l'apertura dei mitochondrial Permeability Transition Pore (mPTP), attraverso lieve acidosi , riduzione dello stress ossidativo (RLO) e miglioramento del potenziale redox Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 25 P. Longobardi Trimix (vs aria): MP (citochine) più piccole e meno lesive aria (4a imm.) 26/30 mt (23 sub) trimix (4a imm.) 74 mt ppO2 1,2 (3 sub) > 100 µm 2000 MP/ml 0,1 -1 μ >1 μ 0,1 -1 μ >1 μ Stephen Thom Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 26 P. Longobardi Decompression Profiles (SSSA Pisa, Univ. BO, Centro iperbarico Ravenna) Enzo Spisni MIP-1β (pg/ml) 30 Pre Post 25 20 RANTES (pg/ml) 15 10 5 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) risalita in emergenza (Trimix) iperglicemia urine Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 27 P. Longobardi L’OSSIGENO E’ VITALE flusso di sangue 5 litri/minuto tempo di transito % ppO2 0,3 sec spessore membrana alveolare 0,005 mm 100 m2 area di scambio gradiente O2 tra vene e 45 mmHg alveolo (ppO2) moli di O2 scambiato = area di scambio x ∆ppO2 x tempo transito spessore membrana moli di O2 scambiato = 100 x 45 x 0,3 = 270.000 / minuto 0,005 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 28 P. Longobardi ARR: ipossia Arne Sieber • 2 circuiti elettronici • 4 sensori ossigeno (indicatore mV) • diversa tipologia di sensore • monitor passivo per analisi O2 Master Medicina Subacquea Micro Sensori a Stato Solido (O2, CO2) richiedono riscaldamento (550°C/650°C); basso consumo/ durata quasi infinita Rebreather Forum Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 3 (RF3) Orlando (USA) 18-20 maggioP.2012 Longobardi 29 alta pp di ossigeno e azoto causano infiammazione Yang M, Thom S. et al. «Oxygen-Nitrogen Mixtures and Decompression Stress». J Appl Physiol June 2015 (su topo, -69 mt/2h) Le MP sono il doppio nei topi compressi asintomatici vs controllo. Si normalizzano 24 ore dopo l’immersione Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 30 P. Longobardi Alta ppO2 e azoto attivano l’espressione dei geni della infiammazione • Lo stress decompressivo attiva 50 geni (eNOS) responsabili di infiammazione, risposta immunitaria, apoptosi (sucidio programmato di cellule danneggiate) Eftedal, Physiol Genomics 45:965, 2013 • L’iperossia è il principale innesco per la espressione genica della infiammazione. Kernagis DN, 2013 Buone Prassi OSS: miscela arricchita di ossigeno limite massimo ppO2 1,4 atm (1,2 atm per immersioni impegnative) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 31 P. Longobardi DMAC 04: FiO2 in bail-out subacquea industriale % O2 Profondità minina (mt) Profondità massima (mt) Range ppO2 (kPa) 21 Range profondità per diversa % O2 (eq. Morrison-Reimers). Bombola bail-out 14 lt; 300 bar (4°C); ventilazione 75 l/min = consumo O2 3 l/min Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 32 P. Longobardi scelta della miscela (ossigeno) PRO ppO2 più alta riduce il tempo • di decompressione e aumenta la protezione verso eventuali • errori nella decompressione (non significativo in immersione tecnica con ARR) • CONTRO vasocostrizione riduce perfusione e scarico inerte tossicità da ossigeno endotelio con danno a lungo termine innesco infiammazione ARR-C: pressione parziale di ossigeno costante 1,2 atm circuito aperto: 1,2 atm sul fondo; minimo 0,5 atm alla quota cambio (specialmente se TDT > 30’) ottimizzare le mix fase x ridurre tempo decompressione Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 33 P. Longobardi Lavaggio con aria del sacco polmone • Obiettivo: ridurre, ragionevolmente, tempo deco. • quota di cambio, quale miscela, quale modalità dipendono da profondità massima e tempo di fondo (utile oltre -100 mt, tempo lungo) • -30 mt insufflare progressivamente aria nel sacco, senza effettuare il lavaggio completo per evitare azzeramento della ppHe; a -21 mt settare il computer (aria come diluente) e aumentare ppO2 a 1,5 bar per 5 minuti (poi 1,3 bar fino al cambio in ossigeno puro a – 6 mt) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 34 P. Longobardi PDD orecchio interno da errato cambio miscela fase a circa -30 mt controdiffusione orecchio interno nel passaggio da eliox a trimix durante decompressione da saturazione Supersaturation ∆ 0,4 atm Lambertsen CJ, Idicula J. J Appl Physiol, 1975 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 35 P. Longobardi Computer subacquei immersione tecnica (ARR) Open Source (OSDC) Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 36 Deep Ideas Ltd (USA) DR5 prof. max 350 mt. tre sensori O2, batteria 20h ricarica USB P. Longobardi Raccomandazioni uso ARR – CREDERCI: superare l’iniziale diffidenza – molte ore immersioni con proprio ARR • Attenzione meticolosa alla PREVENZIONE: – buon stato di salute e forma fisica – manutenzione e preparazione ARR • Il compagno di immersione (ARR) – conoscere le procedure ARR – saper gestire le emergenze ARR • Utile granfacciale, Head Up Display , scooter subacqueo Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 37 head up display SHEARWATER P. Longobardi Lista dei desideri per l’analisi degli incidenti ARR • Come minimo: registrazione dato sensori O2 e CO2 in tutti gli ARR • Ideale: registrazione dati della valvola solenoide (ADV) e della attivazione degli allarmi. • In definitiva: una “scatola nera” subacquea. Rebreather Forum 3 (RF3), Orlando 18-20 maggio 2012 Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 38 P. Longobardi www.iperbaricoravennablog.it Master Medicina Subacquea Iperbarica - SSSA, Pisa (I) 39 P. Longobardi