Dive Livello 1
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Dive Livello 1
LA DECOMPRESSIONE Fisiologia Patologia Fattori predisponenti Corretta gestione SCUBA (Self-Contained Underwater Breathing Apparatus) DIVING Erogatore Giubbetto equilibratore Bombola (aria o miscele) Autorespiratore I gas in gioco nelle immersioni in aria CO2 (0.03%) I concetti fondamentali •La legge delle pressioni parziali (legge di Dalton) regola gli scambi dei gas nell’organismo La pressione totale esercitata da una miscela ideale di gas ideali è uguale alla somma delle pressioni parziali che sarebbero esercitate dai gas se fossero presenti da soli in un eguale volume. Ogni gas in g come se gli g altri g gas non fossero una miscela ideale agisce presenti e pertanto le pressioni di ciascun gas possono essere calcolate singolarmente. Ad una pressione assoluta di 2 ata (10 m di profondità) avremo: * pressione parziale azoto ------------------> 1.56 ata * pressione parziale ossigeno --------------> 0.42 ata *p pressione p parziale anidride carbonica --> 0,0006 , ata * pressione parziale altri gas ----------------> 0.0194 ata Totale (aria) = 2.000 2 000 ata I concetti fondamentali • Un gas che esercita una pressione sulla superficie di un liquido, vi entra in soluzione finché avrà raggiunto in quel li id lla stessa liquido t pressione i parziale i l che h esercita it sopra di esso (Legge di Henry). • Raggiunto l'equilibrio, il liquido si definisce saturo di quel gas a quella pressione. Tale stato di equilibrio permane fino a quando la pressione esterna del gas resterà inalterata, altrimenti, se essa aumenta, altro gas entrerà in soluzione; se diminuisce, il liquido si troverà in una situazione di sovrasaturazione ed il g gas si libererà tornando all'esterno fino a quando le pressioni saranno nuovamente equilibrate. La legge gg di Henry y (relazione ( tra pressione p idrostatica e volume)) Liquido = Tessuto C ffi i t di solubilità Coefficiente l bilità I gas in gioco Breve storia della malattia da cassoni I cassoni sono strutture utilizzate per il lavoro al di sotto della superficie dell’acqua dell acqua. Si usano per esempio per gettare le basi dei pilastri dei ponti. All’interno del cassone l’ambiente pressurizzato impedisce l’ingresso l ingresso di fango o altri detriti liquidi dal fondo. I pilastri del ponte di Brooklyn (18701883) ffurono costruiti t iti iin questo t modo. d Breve storia della malattia da cassoni • I lavoratori dei cassoni una volta lasciato p e ritornati a l’ambiente compresso pressione atmosferica manifestavano frequentemente dolori alle articolazioni (detti bends) che talvolta si aggravavano fino a causarne la morte in pochi giorni giorni. Prima degli studi di Haldane • Fu il fisiologo francese Paul Bert, nella p seconda metà dell'ottocento,, a mettere per primo in relazione le patologie dei cassonisti con l'elevato l elevato quantitativo di azoto che veniva forzato nel loro organismo durante i lunghi turni di lavoro a pressione maggiorata. Prima degli studi di Haldane • Lo stesso Paul Bert capì che era p eliminare l’azoto dalla miscela impossibile respiratoria a causa della tossicità dell’ossigeno dell ossigeno (acuta e cronica) già a pressioni parziali molto basse. Gli studi di Haldane • Il fisiologo John Scott Haldane (1860-1936) (1860 1936) fu il primo a comprendere i meccanismi della malattia da cassoni (oggi denominata patologia da decompressione o PDD) ed a elaborare un sistema per consentire operazioni subacquee fino f a profondità di 50 metri, senza incorrere in p gravi PDD . Ip principi p di Haldane • Le ricerche di Haldane si conclusero nel pubblicazione dell'articolo: "La 1908 con la p prevenzione delle patologie causate dall'aria dall aria compressa compressa", in cui egli riassumeva le conclusioni dei suoi studi attraverso l'esposizione di 4 principi fondamentali. Ip principi p di Haldane 1. L’assorbimento e il rilascio di gas dai tessuti non avvengono a velocità costante, ma seguono una dinamica esponenziale: Velocità di assorbimento 100 % 87,5 , % 75 % 50 % Periodo di tempo significativo per la definizione di TEMPO O DI EMISATURAZIONE S O 1° T 2° 3° Periodi 3 4° P i di 5° 5 6° 6 Ip principi p di Haldane 2. La velocità di saturazione cioè il tempo di emisaturazione (T) è diverso per ogni tessuto; Velocità di rilascio 100 % 50 % 25 % 12,5 % 1° 1 2° 2 T 3° 3 Periodi 4° 4 5° 5 6° 6 Ip principi p di Haldane 3. La pressione parziale del gas in un tessuto non deve mai superare di più di 2 volte quella ambientale; 0m 1A 1.6 10 m 2 ATA 2A 3 2,6 ATA 20 m 3A 1 30 m 4A 2 3,8 ATA Ip principi p di Haldane 4. La decompressione può iniziare con un calo marcato della pressione ambientale. Questo in contrapposizione pp alle teorie di altri studiosi dell’epoca che proponevano un calo progressivo e lento della pressione ambientale per la prevenzione d deii b bends. d DINAMICA DELL DELL’ASSOBIMENTO ASSOBIMENTO DEI GAS PERFUSIONE C tt i ti di un Caratteristica tessuto e, a parità di tessuto dipendente tessuto,dipendente dall’irrorazione (attività) DIFFUSIONE L’azoto L azoto diffonde all’interno all interno di un tessuto e da questo ai tessuti adiacenti tessut ad ace t Durante la discesa l’assorbimento dell’azoto avviene principalmente i i l per PERFUSIONE Durante la permanenza sul fondo l’assorbimento dell’azoto avviene i principalmente i i l t per DIFFUSIONE Adeguamenti dei principi di Haldane Aumento del numero dei compartimenti teorici Haldane H ld y USNavy Buhlmann Computer subacquei 5 6 16 8-12 8 12 Adeguamenti degua e t de dei p principi cp d di Haldane Rapporto critico di sovrapressione Haldane compartimenti più veloci compartimenti più lenti “Valore M” 2:1 3.15:1 1,55:1 Le tabelle di decompressione T i di Haldane Teoria H ld Valore M=2 in ogni tessuto teorico T b ll U.S. Tabelle U S Navy N Valore "M" M diverso in ogni compartimento T Se PPN2 tes. / PPN2 amb. minore di 2 non si sviluppa MDD 5' 10' 20' 20 40' 80' 120' Valore "M" 33.15 15 2.67 2 18 2.18 1.76 1.58 1.55 La curva di sicurezza Le tabelle di decompressione: p compartimentali, affidabili ma migliorabili I modelli decompressivi p Modelli Compartimentali Modelli Probabilistici Modelli doppia fase I modelli compartimentali • Si basano sul concetto che tutto il gas inerte diffonde dai compartimenti nel sangue interamente in forma disciolta. disciolta p in esame si • Solo se se nei compartimenti supera il valore M siamo in una situazione di sovrasaturazione con formazione di bolle di gas inerte. I modelli probabilistici • Utilizzano funzioni matematich di sopravvivenza e di rischio,ottimizzate per spiegare dati di immersioni reali o sperimentali. I nuovi modelli doppia fase • Oggi sappiamo che piccole bolle di gas (microbolle) e pulviscolo sono presenti nel sangue in ogni istante istante, e aumentano con la decompressione. • I modelli doppia fase considerano il volume critico di bolle bolle, cioè la quantità totale di gas presente ed il volume critico delle bolle. bolle Deco: modelli compartimentali e a doppia fase •Modelli compartimentali sono le tabelle decompressive e gli algoritmi di molti computer subacquei) •Il modello a doppia fase si basa sull’osservazione ecografica che dimostra la presenza di bolle circolanti dopo qualunque immersione (falla dei modelli compartimentali). Considera sia la quota di gas in fase disciolta sia il comportamento del gas in fase gassosa. •Partendo da questo presupposto il modello pone in essere strategie decompressive concettualmente diverse da quelle generate da algoritmi compartimentali. Deco: modelli compartimentali vs. doppia fase •I modelli compartimentali calcolano le tappe di deco valutando per ogni tessuto come è la (q saturazione in base al relativo valore M (quota e tempo della tappa deco). fasi più comunemente noti •II modelli a due fasi, come “modelli delle bolle” considerano il volume critico di gas in fase aerea, aerea superato il quale si manifestano i sintomi di PDD: l'organismo sarebbe in grado di tollerare un grado di bolle circolanti in relazione al certo g loro “volume totale”. Deco: modelli compartimentali vs. doppia fase La strategia decompressiva legata ai modelli a doppia fase prevede quindi che il profilo di risalita sia tale da mantenere il maggior numero possibile di bolle al di sotto del valore di raggio critico. Questo si ottiene mantenendo alta la pressione ambiente e relativamente basso il gradiente pressorio tra bolla e tessuto. Ciò implica p una strategia g decompressiva p che p preveda in una prima fase tappe fonde (alta P ambiente, basso gradiente pressorio) che consentano alle bolle di rimanere al di sotto del raggio critico. Durante le tappe fonde i compartimenti lenti continuino a “caricare” gas inerte ed ecco perché le tappe fonde devono essere inerte, brevi, proprio per evitare un eccessiva saturazione dei potrebbero p poi “presentare p il conto” tessuti lenti che p durante le tappe più superficiali. Computer attuali • I moderni computer per immersione basati sul modello RGBM di Weinke et al. al (evoluzione del V-Planner,prevedono più soste di sicurezza profonde da 1-2 1 2 minuti). minuti) • Sono modelli a doppia fase! Evoluzione delle bolle Una b U bolla ll piccola i l h ha una elevata l t superficie fi i di scambio rispetto al suo volume, e quindi modifica rapidamente le sue dimensioni Tensione superficiale • All’interno di una bolla la pressione è sempre p p maggiore gg di quella del liquido in cui è immersa • È come se ogni molecola della superficie f della bolla fosse f pp di elastici tirata da una coppia Evoluzione di una bolla Evoluzione di una bolla durante una deco da 10m a 0m Grigio= Pambiente Nero= R Bolla Rosso= P Bolla Verde= tensione circostante bolla • Zona A: diminuzione per differenza tra pressione e tensione circostante • Zona B: la bolla in diminuzione aumenta la capacità di scambio per il ridursi della dimensione • Zona C: la bolla è sempre + piccola e la sua tensione superficiale aumenta a tal punto da eliminare la bolla I tessuti reali • Il fegato (compartimento veloce) assorbe e rilascia azoto più rapidamente del tessuto adiposo (compartimento lento); • In condizioni di saturazione il tessuto adiposo di assorbe b un quantitativo tit ti di azoto t di 5 volte superiore rispetto al fegato. Velocità di risalita • Ogni modello decompressivo specifica una massima velocità di risalita. • US navy 18m/min, corretta poi a 10m/min • Modello M d ll Buhlmann B hl 10 / i 10m/min ode o RPD ((recreational ec eat o a Dive e Planner a e • Modello PADI specifica 18m/min • Tendenza alla riduzione dell V di risalita: accordo generale sui 10m/min per l’ARIA. Studio DAN sulle V di risalita • Velocità minori di 10m/min non sono efficaci. • <10m/min vantaggiose per i tessuti veloci • <10m/min 10 / i svantaggiose t i per i tessuti t ti lenti l ti Rischio di decompression sickness (DCS) • 1 caso ogni 80.000 immersioni entro i 30 m • 1 caso ogni 4500 immersioni oltre i 30 m “fuori curva” Meritate: 42,4% I Immeritate: it t 57.6 57 6 Distribuzione degli incidenti per tipologia d’immersione Fisiopatologia della DCS: I vasi sanguigni sono il primo bersaglio delle bolle. • Le bolle (diametro > 50 m) interagiscono proteine del sangue. g con le cellule e con le p • Stimolano l’aggregazione piastrinica • Attivano Atti i leucociti l iti • Attivano tt a o il co complemento p e e to e la a cascata de della a coagulazione Fisiopatologia della DCS: I vasi sanguigni sono il primo bersaglio delle bolle. • Le microbolle (diametro < 50 m) e le p interagiscono g microparticelle prevalentemente con le proteine del sangue e con l’endotelio l endotelio. • Stimolano la formazione di microparticelle • Attivano fenomeni infiammatori Le microparticelle in deco DCS Frequenza di DCS in base al numero di microbolle circolanti documentabili con ecocardiografia. Pericolo elevato di DCS Il Forame Ovale Pervio, (PFO) definisce un'anomalia cardiaca in cui l'atrio destro comunica con il sinistro a livello della fossa ovale tra septum primum e il septum secundum. Statisticamente interessa all'incirca il 25-30% della popolazione adulta adulta. • Portatori P t t i di PFO Classificazione DCS • Tipo I Dolore localizzato alle articolazioni o prurito a livello cutaneo ((FOP,, attenzione!!!)) • Tipo II Cardiovascolare/Polmonare/neurologica: le bolle in gran numero si muovono nel sistema circolatorio. Il gran numero di bolle interferisce con il sistema circolatorio e respiratorio (cokes), arrivando fino al cervello. cervello Classificazione DCS • Tipo III MDD a livello vestibolare o dell’orecchio interno • Tipo IV Necrosi ossea asettica. Tipica dei lavoratori subacquei b i con incidenze i id 5 50% N 5-50%. Non sii conosce l’incidenza nei TEK, ma qualche caso è noto. t • CLASSIFICAZIONI ALTERNATIVE !!! Pericolo elevato di DCS!!! • FOP • Portatori di patologie infiammatorie (non trattate) • Ammalati A l ti di Diabete Di b t Fattori predisponenti • LA DISIDRATAZIONE Densità urine >1015 mg/ml (Colore giallo!) La disidratazione • Occorre bere molta acqua (1.5-2 lt/giorno) già 2-3 g giorni p prima delle iniziando g immersioni. • Durante le immersioni bere molto prima e dopo i tuffi, soprattutto se in clima caldoumido. • Buona idratazione significa buona emodiluizione e minor attività di microbolle o particelle (interaz con proteine) La disidratazione • Soft drink o succhi sono meno efficaci • Se contengono the o caffe (Coca) ancora meno, perché sono diuretici! • L’alcool L’ l l causa forte f t disidratazione: di id t i evitarlo it l durante le settimane blu. Fattori predisponenti p p • I PROFILI SBAGLIATI Yo-yo, dente di sega, invertiti. Immersioni quadrate senza corrette deep stop (vedi avanti!). Fattori predisponenti p p • Immersioni ripetitive 1 giorno di STOP ogni 6 di immersioni ripetitive 1 giorno di stop ogni 4 di immersioni ripetitive i i i con deco d obbligatoria bbli i Fattori predisponenti p p • IL FREDDO • Soprattutto il cambio di temperatura durante l’immersione. • Un brusco aumento della sensazione di freddo a fine immersione predispone fortemente a DCS Fattori predisponenti p p • L’OBESITA L OBESITA (cfr addominale>94/88cm) • I lipidi circolanti (dislipidemie) innescano la formazione di bolle L’azoto azoto è 5 volte più solubile nei tessuti • L grassi che in quelli magri • Infiammazione? I fi i ? (vedi avanti…) Fattori predisponenti p p • FORMA FISICA: Non avere un Buon equivalente metabolico (almeno MET>7) • Il metabolic equivalent of task (MET) misura il tasso di metabolismo e varia da 0.9 (dormendo) a 18 (correndo). Se non si arriva almeno a 7 (allenamento/età) il rischio di MDD aumenta. Fattori predisponenti p p • IL FUMO • I fumatori di lunga data presentano ostruzione polmonare cronica • La nicotina è vasocostrittore (minor perfusione) f i ) e il monossido id di carbonio b i aumenta nei fumatori limitando il trasporto di ossigeno Fattori predisponenti • LE FERITE • Le regioni cicatriziali hanno una vascolarizzazione ridotta ed una perfusione limitata. • I sub b che h hanno h subito bit lesioni l i i hanno h maggior probabilità di MDD CORRETTA GESTIONE DELLE SOSTE DECOMPRESSIVE m microbolle e SAFETY STOP DEEP STOP Metà pressione? Metà profondità? 1 minuto? 2 minuti? i ti? (Prof max+Prof deco)/2 2/3 della p profondità massima? La tendenza è quella di abbassare la quota della deep stop, ma… DEEP STOP La deep stop e la safety stop d dovrebbero bb essere considerate obbligatorie. obbligatorie Non acquistate computer che non le prevedono. DEEP STOP 1° immersione i i 25 m, 25 min i 2° immersione dopo tre ore 25m 20 min DECO OBBLIGATORIA Oltre i 15 minuti di deco obbligatoria (circa 18 min di ASC time) aumenta molto il rischio di DCS La tendenza è quella di utilizzare nitrox decompressivo (dal 32 in su) per le deco più lunghe… IMMERSIONE IN ARIA - 60 m 5.50 Pressio one parzziale dell’a azoto (attm) Narcosi da azoto - 30 m 4 00 4.00 Tossicità acuta dell’ossigeno 0.78 Ipossia 0 0.2 02 1 1.0 0 1 1.5 5 Pressione parziale dell’ossigeno (atm) 2 2.4 4 Le immersioni con miscele: il Nitrox o EAN (enriched air nitrox) • Le miscele NITROX (EAN) si dicono iperossigenate, ovvero tendono ad aumentare la normale l percentuale t l di ossigeno i riducendo id d quella dell’azoto pericolosa per il suo accumulo nei tessuti (DCS). • La conseguenza è che la saturazione d’azoto avviene molto più lentamente. Il subacqueo può quindi rimanere più a lungo sott’acqua prima di raggiungere lo stesso grado di saturazione o, se la durata dell dell’immersione immersione resta invariata all’uscita dall’acqua l’organismo del subacqueo sarà meno saturo. EFFETTO NITROX - 60 m 5.50 - 60 m Pressio one parzziale dell’a azoto (attm) Narcosi da azoto - 30 m 4 00 4.00 - 30 m 0.78 Ipossia 0 Tossicità acuta dell’ossigeno 0.2 02 1.0 10 1 1.5 5 Pressione parziale dell’ossigeno (atm) 2 2.4 4 Le miscele ternarie (Trimix) • Le miscele ternarie (TRIMIX), introducono gas ((Elio ) p per ridurre un terzo g ulteriormente la percentuale d’azoto. • Possono essere normossiche o anche ipossiche, con percentuali di ossigeno inferiori f al 18-21%, 18 21% per allontanare il g rischio della tossicità acuta alle grandi profondità. L’effetto infiammatorio associato ad immersioni tecniche e sportive p ed il ruolo dell’ dell’ossigeno ossigeno IL PROGETTO Confronto tra differenti modelli decompressivi utilizzati in immersioni tecniche; Confronto tra immersioni tecniche ed immersioni ricreative in minima decompressione. Il progetto…. progetto SCOPO DELLA RICERCA MODELLI COMPARTIMENTALI (DECO PLANNER) MODELLI A DOPPIA FASE (V-PLANNER) (V PLANNER) VS MODELLI MNEMONICI (RATIO DECO) - PRODUZIONE DI BOLLE - PROFILIO INFIAMMATORIO FISIOPATOLOGIA DELLA DCS RISPOSTA IMMUNITARIA ENDOTELIO LEUCOCITI PIASTRINE COMPLEMENTO FISIOPATOLOGIA DELLA DCS RISPOSTA IMMUNITARIA ENDOTELIO LEUCOCITI PIASTRINE COMPLEMENTO MEDIATORI DELL DELL’INFIAMMAZIONE: INFIAMMAZIONE: Citochine e Chemochine Background Inflammatoryy profile is affected byy strenuous physical activity Regular exercise decrease the inflammatory response l i d h i fl Inflammation increase during DCS in rats. The dives • • • • • • Tek Dives Gas: Trimix 18/45 Deco Gas 1: EAN 50 Deco Gas 2: Oxygen Max depth: 50 m Dive time 25 min • • • • • • Rec Dive Gas: Air Deco Gas: no Max depth: 30m Dive time 25 min Ascent rate: 10m/min Decompression profiles Locations: PORTO ERCOLE 8 Recreational Divers 8 Swimmers 10 RATIO DECO 8 DECO-PLANNER MANDELLO DEL LARIO Il disegno g sperimentale p Profilo infiammatorio pre-dive pre dive Prelievo 5 cc di sangue g ed urine prima dell’immersione Centrifugazione g sangue Raccolta del plasma Analisi Bioplex del profilo infiammatorio Analisi di marcatori di stress ossidativo in urine Congelamento campioni a -80°C 80 C Il disegno g sperimentale p Profilo infiammatorio post post-dive dive Prelievo 5 cc di sangue g ed urine 90 min dopo l’immersione Centrifugazione g sangue Raccolta del plasma Analisi Bioplex del profilo infiammatorio Analisi di marcatori di stress ossidativo in urine Congelamento campioni a -80°C 80 C ECOCARDIOGRAPY: (by Dr. Marabotti) Plasma collection BIOPLEX 200 SYSTEM LUMINEX technology IL-1Β, IL-6, IL-8; MIP-1Β, MCP-1, RANTES; VEGF. R Results lt (Tek dives vs Rec dive) Analisi delle urine • Densità media urine pre dive 1014 mg/ml • Densità media urine post dive 1017 mg/ml Differenze non significative, ma valori medi piuttosto elevati… Profili infiammatori IL- 1β (pg/ml) 4 Pre * 3,5 Post 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) IL-6 (pg/ml) 14 12 Pre Post 10 8 6 4 2 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) IL-8 (pg/ml) 35 * Pre 30 Post 25 20 15 10 5 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) MIP-1β MIP 1β (pg/ml) 30 25 Pre Post 20 15 10 5 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) RANTES (pg/ml) 900 800 700 600 500 Pre 400 Post 300 200 100 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) R Results lt (on the pro-oxidant oxygen effects) Urine 8-hydroxy-2-deoxy guanosine 8-OHdG/Creatinine (ng/mg) 14 12 Pre 10 Post 8 6 4 2 0 Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek) Conclusions Gas effects (Air / Trimix?) Oxygen effect? L’ effetto ossigeno…. g La finestra di ossigeno Nella subacquea è la differenza tra ppO2 d l sangue arterioso del t i e lla ppO O2 del d l sangue venoso Oxyg gen windo ow La cascata dell’ossigeno g Effetto dell’ossigeno sulle bolle • Facendo riferimento ai concetti della diapo precedente, si può notare come una miscela iperossigenata porti ad avere un max gradiente possibile tra gas inerte all’interno e all’esterno della bolla, con conseguente maggiore velocità di dissolvimento della bolla. Effetto dell’ossigeno sull’infiammazione Aneddoti sull’ossigeno… g • Le crociere sub…. sub Grazie e... buone DECO!!! References Bubbles, microparticles and neutrophil activation: changes with exercise level and breathing gas during open-water SCUBA diving. Thom SR, Milovanova TN, Bogush M, Yang M, Bhopale VM, Pollock NW, Ljubkovic M, Denoble PJ, Madden D, Lozo M D M, Dujic ji Z Z. J A Appll Ph Physiol. i l 2013 M Mar 14 14. 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Enzo Spisni L b off M Lab Molecular l l Physiology Ph i l and dP Proteomics t i p of Biological, g , Geological g and Dept. Environmental Sciences University of Bologna Via Selmi 3, 40126 Bologna [email protected]