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di Tecnica & Medicina

 

 

26. I GAS RESPIRABILI

Nelle immersioni si possono respirare diversi tipi di gas e di miscele di gas. Parlando di “ miscela di gas”, ovviamente, intendiamo un composto di più tipi di gas diversi. Ma anche la comune ARIA è una miscela di gas (ed è la più usata, dato che si trova… in natura), dato che  è costituita dal 78% di N2 (Azoto), dal 21% di O2 (Ossigeno) e dal rimanente 1% di CO2 (Anidride Carbonica), He (Elio), H (Idrogeno), Freon, Neon, Argon, e altri gas raggruppati con il nome di “gas rari”, perchè sono presenti nell’aria in percentuali bassissime. 

Parliamo dei due componenti principali dell’ARIA. Il principale, cioè l’AZOTO (N2) è un gas inerte, cioè è un gas che “non agisce“ sul nostro organismo. Lo inspiriamo, se ne va in circolo per tutti i tessuti del nostro corpo e lo ributtiamo fuori quando ha finito di fare il suo giretto…  In sostanza l’ N2 non viene utilizzato dall’organismo per nessuna funzione biologica, metabolica, vitale… insomma, non serve praticamente a niente! Se respirato a pressione normale, quindi a 1 ATA (p.l.m.) è appunto “inerte”, ma se respirato in profondità e quindi in quantità maggiori (ricordate il principio dei gas riguardante gli studi di Boyle & Mariotte, da cui si deduce che “più si scende più dobbiamo immettere gas nei polmoni”….?) crea il nemico numero uno del sommozzatore: la sindrome neuropsichica da profondità, chiamata più comunemente ebbrezza da profondità, o narcosi d’azoto, o anche, più scherzosamente,“effetto Martini”. Si tratta di uno stato narcotico, una sorta di “ubriacatura” che può portare a reazioni inconsulte, molto pericolose sott’acqua, e che possono avere come conseguenza l’annegamento del sub. All’aumentare della profondità e del tempo di esposizione all’azoto che si discioglie nel sangue e va in circolo nei nostri tessuti aumenta il rischio dell’insorgere di questo fenomeno e l’unico rimedio possibile è quello di salire ad una profondità minore.

All’azoto disciolto nei nostri tessuti durante l’immersione è legato anche il problema del controllo delle microbolle che si formano nei tessuti in risalita con la diminuzione di pressione (legge di Herny).

Per quanto riguarda l’altro componente principale dell’aria, cioè l’OSSIGENO (O2) si tratta dell’unica vera sostanza vitale e necessaria contenuta nell’aria. Questo gas, respirato alla pressione normale di 1 ATA (p.l.m.) non da problemi; mentre, se viene respirato a pressione maggiore crea problemi di IPEROSSIA che è l’intossicazione da ossigeno.

I medici indicano in 1.6 bar di pressione parziale il limite massimo entro il quale questo gas è  respirabile senza pericoli di iperossia. Respirando l’aria noi respiriamo O2 a 1.6 bar quando arriviamo alla pressione di  7.6 ATA, che corrisponde ad una profondità di -66 metri.

Alcune didattiche indicano in 1.4 bar il limite massimo di pressione parziale dell’ossigeno consigliato. Ad esempio, il sistema DIR/GUE utilizza sempre miscele che abbiano una pP O2 in un range di 1.2 / 1.4 bar (limite massimo consigliato) per la miscela di fondo e 1.6 bar per la miscela di decompressione.

Semplificando si può dire che la pressione parziale di un gas è un valore numerico (espresso in percentuale oppure con numero decimale), che indica la quantità di un gas presente in una miscela di gas. Perciò, respirando l’aria a 1 ATA, respiriamo O2 al 21%, il che equivale a dire che lo 0,21 della miscela che respiriamo è costituito da O2. Invece a 7.6 ATA (cioè 6.6 ATM di pressione idrostatica + 1 ATM di pressione atmosferica al livello del mare), corrispondenti a -66 metri di profondità, respiriamo ossigeno alla pressione parziale di 0,21 x 7 bar, cioè 1.6 bar.

Quindi possiamo dire che -66 metri è il limite massimo di profondità consentito per le immersioni fatte respirando aria per non incorrere nel rischio iperossia.

L’iperossia ha effetti sul sistema nervoso centrale mandando in crisi tutto l’apparato sensoriale e provocando sintomi come la vista distorta, gli spasmi muscolari, i ronzii nelle orecchie, l’irritabilità, ecc., fino ad arrivare alle convulsioni, alla perdita di conoscenza e alla morte.

L’ossigeno può creare anche IPOSSIA, la sincope, che può avvenire quando tratteniamo il fiato fino allo svenimento.

L’ultimo componente dell’aria importante da considerare è l’anidride carbonica o biossido di carbonio (CO2), che è velenosa per le nostre cellule e che se accumulata in quantità eccessiva determina l’affanno, il fiatone, cioè l’IPERCAPNIA, dovuta all’accumulo di anidride carbonica durante la respirazione. Questo maggiore accumulo di anidride carbonica avviene quando c’è uno stress fisico (ad esempio durante un’ immersione in corrente) o psichico (stress che provoca stati d’ansia, in immersioni pericolose, in grotte o in ambienti ostili). L’affanno fa consumare di più, può portare all’ansia e successivamente al panico, determinando quella che viene chiamata “fame d’aria” che fa desiderare di risalire immediatamente in superficie per respirare, suscitando, a volte, reazioni incontrollate del subacqueo.

Detto questo, parliamo della cd. “BEST MIX”, cioè della miscela migliore di gas che si può respirare in una immersione  subacquea. Ovviamente il concetto di best mix non è assoluto, ma va messo in relazione con la profondità a cui si vuole andare e con il tempo che vi si vuole trascorrere. Se, per esempio volessi immergermi oltre i fatidici -66 metri - profondità alla quale l’ossigeno è fortemente tossico - sarebbe meglio che mi immergessi con una miscela adatta alla pressione parziale dell’ O2 che  ci sarà a quella profondità.

Gli studi medici sono arrivati a determinare quali siano le migliori miscele di gas respirabili alle diverse profondità.

Esistono diversi tipi di miscele “non naturali”, diverse dall’aria e create appositamente per i vari tipi di immersione. La più conosciuta è il NITROX, che è una miscela di azoto e di ossigeno miscelati in percentuali diverse da quelle presenti nell’aria. Il Nitrox non è altro che aria iperossigenata, cioè arricchita di O2 e, conseguentemente, impoverita di  N2. 

Il Nitrox (EAN = enriched air nitrox) prende il nome dalla percentuale di O2 che contiene. Quindi, per esempio, un EAN36, è una miscela d’aria iperossigenata, con una percentuale di O2 del 36%. Mentre un Ean50 sarà costituito per il 50% di ossigeno e per il 50% di azoto.

Utilizzando il Nitrox come gas respiratorio, rispetto all’aria diminuisce la profondità a cui si può andare, perchè essendoci una maggiore frazione di ossigeno, l’iperossia si manifesta a quote minori; però aumenta il tempo d’immersione e diminuisce il tempo di decompressione, perchè la percentuale aggiuntiva di O2 va a sostituire parte dell’azoto presente nell’aria. Quindi c’è meno possibilità di narcosi, ci sono meno microbolle in circolo nei tessuti, minori tappe di decompressione, minori rischi, più lucidità, minore affaticamento.

Quindi questa miscela respiratoria è ottima per le immersioni ripetitive ed è ottima per le immersioni in poca profondità per un tempo lungo. In sostanza è la migliore miscela per le cosiddette immersioni “ricreative”.

Il TRIMIX è una miscela costituita da tre gas: ossigeno, elio e azoto. Viene usato nelle immersioni tecniche o professionali, per profondità superiori ai 50-60 metri.

L’elio (He) è un gas inerte come l’azoto, ma è migliore perchè respirato a pressione maggiore di 1 ATA praticamente non ha alcun effetto narcotico o tossico sul nostro organismo.

Nella miscelazione del Trimix si inserisce nel gas una certa percentuale di elio al posto dell’azoto presente nell’aria e la si combina con la percentuale di O2 tollerabile per la profondità a cui verrà respirata la miscela e questo consente di ridurre la narcosi e le pericolose microbolle.

Perciò con un Trimix con il 21% di O2 (Trimix normossica, cioè contenente normale frazione di O2) sarà possibile scendere a -66 metri, come con l’aria, ma avendo un minore effetto narcotico dato che una parte del 78% di azoto presente nell’aria è stata sostituita con l’elio, che è assolutamente inerte e non è dannoso.

Con un Trimix iperossico (con più del 21% di O2) si dovrà stare a quote inferiori, ma addirittura la percentuale di azoto presente nella miscela sarà ancora minore, con conseguente maggiore lucidità, minori microbolle in circolo e narcosi irrilevante. Invece, con  un Trimix ipossico (con una frazione di  O2 inferiore al 21%) è possibile andare a quote molto profonde, perchè avendo meno ossigeno l’insorgere dell’iperossia si manifesta molto più in profondità, mentre la presenza dell’elio abbatte la soglia narcotica. Quando si utilizzano miscele ipossiche, però, è necessario prevedere l’uso anche di miscele respirabili fino alla superficie e sarebbe buona norma che non fossero le miscele decompressive.

Va considerato che l’elio è un gas piuttosto costoso (costa dai 5 € ai 22 € al m3), ma la sicurezza non ha prezzo! Inoltre, la densità dell’aria (fattore che alza drasticamente la produzione di CO2) e il peso del gas, sono efficacemente eliminati semplicemente introducendo nella miscela respiratoria dell’elio al posto dell’azoto. L’unico difetto di questo gas è il freddo che provoca quando si espande e, specialmente con l’uso della stagna, si deve provvedere all’utilizzo di un gas diverso per il gonfiaggio della muta (argon).

Quindi, per il concetto di “best mix”, maggiore è la profondità a cui si vuole scendere, maggiore deve essere la quantità di O2 che deve essere sottratta all’aria; perciò il Trimix dovrà essere ipossico e si dovrà compensare la riduzione dell’ossigeno aggiungendo delle frazioni di elio.

Esistono molte altre miscele di gas respirabili: Heliox (He+ O2), Hidrox (H+ O2), Neonox (Neon+ O2), Helitrox (He+Nitrox), Heliair (He+Aria), Argox (Argon + O2). Le miscele con due gas si chiamano “binarie”, mentre quelle con tre gas si chiamano “ternarie”. Inoltre è possibile respirare anche l’ O2 puro, quindi ossigeno al 100%.

Per quanto riguarda l’uso dell’ossigeno puro, la NOAA (National Oceanic Atmophere Administration ), un’organismo statale statunitense che è un punto di riferimento indiscusso nella subacquea mondiale, con i suoi studi scientifici ha fissato la cd. “regola del 40%” , stabilendo che  per l’utilizzo delle miscele di gas con percentuali di O2 maggiori del 40% l’equipaggiamento che viene a contatto con l’ossigeno deve essere ossigeno compatibile oppure ossigeno dedicato e pulito per l’ossigeno, eliminando tutte le tracce di idrocarburi che possono causare deflagrazione o fiamma. In pratica, poiché l’ossigeno è un comburente, a contatto con gli idrocarburi può deflagrare o incendiarsi. Sedimenti di idrocarburi possono essere presenti negli o-ring , nelle fruste, nelle componenti in gomma degli erogatori e possono depositarsi ovunque possono venire a contatto con l' O2 respirato: possono essere residui di fabbricazione o residui di sporcizia di compressori tenuti male, ad esempio con filtri mai cambiati o con circuiti che perdono, e questo è molto pericoloso.

Quindi, utilizzando miscele con frazione di O2 superiore al 40% bisogna usare delle attrezzature “dedicate”; mentre per percentuali di ossigeno inferiori al 40% si può impiegare l’attrezzatura normalmente usata con l’aria. Se usassi attrezzatura pulita per l’O2 con l’aria la contaminerei e la dovrei far pulire.

Tutte queste miscele possono anche essere usate in una unica immersione e, infatti, alcuni subacquei “tecnici” si portano addosso una gran quantità di bombole contenenti miscele diverse.

Ogni bombola del subacqueo tecnico contiene la “best mix” da usare in una precisa fase dell’immersione, per trarre i benefici maggiori dei componenti che vengono miscelati nelle giuste percentuali, ottimali per quelle singole fasi. Perciò i subacquei tecnici usano miscele diverse per la discesa, per il fondo, per la risalita, per le varie tappe di decompressione, fino ad impiegare l’ossigeno puro per le tappe deco degli ultimi metri. Questo comporta una perfetta conoscenza della teoria dei gas respirati e moltissima esperienza pratica, dato che in questo campo gli errori in un cambio di miscela o nei tempi di risalita da una tappa all’altra possono essere fatali.

Nella foto qui sotto c’è un esempio di dove si può arrivare…

Per l’uso delle miscele possono essere usate tabelle specifiche, programmi decompressivi da utilizzare con il PC e alcuni computer subacquei molto costosi utilizzati dai e dai professionisti.

Le tabelle sono molto schematiche e hanno sempre la profondità come riferimento principale, il tempo, la decompressione, eccetera. I software decompressivi sono piuttosto semplici da usare: basta inserire i parametri dell’immersione tra cui la profondità,  il tempo di fondo, la percentuale dei gas utilizzati e l’indice di consumo di gas (ICS). Invece i computer hanno tutti il solito principio di funzionamento: utilizzano degli algoritmi basati sui tempi di saturazione dei vari tessuti da parte dei gas, solamente che quelli che servono per le miscele usano dei parametri in più.

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