L’Immersione in Apnea: aspetti Fisiologici  di  Pierpaolo Giua Marassi

L’uomo ha grandi capacità d’adattamento ed ha  sviluppato abilità che gli hanno consentito di agire anche in situazioni ambientali non adatte al suo organismo, se non addirittura ostili per la sopravvivenza. La respirazione è un’esigenza essenziale per la sopravvivenza poiché assicura l’apporto della più importante fonte energetica dell’organismo: l’ossigeno (O₂).  L’ossigeno si lega al sangue per mezzo dell’Emoglobina contenuta nei globuli rossi per raggiunge tutti gli organi grazie al lavoro del cuore che pompa il sangue nei vasi sanguigni. La combustione dell’ossigeno ci consente la produzione d’energia in base alle esigenze dell’organismo e genera un prodotto di scarto, l’Anidride Carbonica (CO₂), che viene eliminato con il respiro. Il nostro cervello è l’organo più sensibile alla mancanza di ossigeno, infatti al cessare dell’attività respiratoria s’interrompe l'apporto di ossigeno si producono  in pochi minuti danni cerebrali irreversibili e sopraggiunge la morte.

          L’attività respiratoria è di solito regolata automaticamente da appositi centri nervosi che modulano in maniera continua l’attività dei muscoli respiratori variando frequenza e profondità degli atti respiratori. Così, senza che ne abbiamo una percezione cosciente, vengono garantiti i livelli ideali d’Ossigeno e d’Anidride Carbonica nel sangue arterioso sia a riposo sia durante attività fisica. L’automatismo della respirazione è dovuto alle informazioni sui gas ematici inviate ai centri che regolano il respiro dai recettori o “chemocettori”. Tali informazioni dipendono dal tasso o meglio dalle pressioni parziali dei gas ematici nel sangue arterioso: la PaO₂ e la PaCO₂.  La respirazione può essere modificata od interrotta anche da altri meccanismi alcuni involontari come il sospiro, lo sbadiglio, il riso, il singhiozzo, altri volontari. Il controllo volontario diretto o riflesso della corteccia cerebrale sui centri del respiro ci permette di parlare, cantare, soffiare, fischiare, tossire, succhiare, fiutare, di trattenere il respiro per un po’, oppure di respirare volontariamente in maniera più profonda e con frequenza maggiore di quanto necessario al nostro organismo in quel momento.

        Grazie alla capacità di trattenere volontariamente il respiro per un limitato periodo di tempo, l’uomo ha imparato ad immergersi ed ha utilizzato quest’abilità dapprima per il proprio sostentamento ed in seguito per attività ricreative o sportive. La fisiologia umana  non permette una prolungata permanenza in immersione se non mediante l’uso d’apparati che consentono di respirare sott’acqua. Sebbene la sua abilità a restare sott’acqua sia  molto limitata, l’uomo pratica l’immersione in apnea da secoli, probabilmente fin dagli albori dell’umanità, come testimoniano riscontri archeologici della pesca di ostriche da perla e di coralli databili al 5000 a.C. La leggenda di Glauco narrata da Erodoto, descrive questo eccezionale pescatore greco che sarebbe stato capace di apnee di 10’ ed in grado di raggiungere -100 m in quanto si nutriva di una particolare erba od alga magica. Tucidide riferisce che gli Ateniesi si servirono di alcuni “incursori” subacquei nell’attacco a Siracusa del 414 a.C. Alcune attività lavorative svolte mediante l'immersione in apnea sono giunte fino ai nostri giorni e riguardano varie attività di pesca e di raccolta, generalmente in ambiente marino.  Possiamo citare la raccolta delle spugne nel mare Egeo e la pesca delle ostriche da perla nel Sud Corea e nell’arcipelago di Tuamotu del Giappone. Questi straordinari subacquei d’ambo i sessi sono capaci di eseguire fino a 120 apnee in un giorno, con un tempo di permanenza in acqua di 3-4 ore, delle quali almeno una in immersione.

        Tali attività vanno oggi in gran parte scomparendo  per l’avvento dei respiratori, per la diminuzione delle risorse marine e per lo sviluppo di nuove  opportunità di lavoro meno rischiose e più remunerative. Tuttavia, la progressiva diminuzione degli apneisti professionisti nelle varie parti del globo, viene ampiamente controbilanciata dall’immersione in apnea a fini ricreativi o sportivi anche agonistici. Nuoto sincronizzato, pesca sportiva ed immersioni  ricreative sono così diffuse, da rendere ardua una stima sul numero di praticanti nel mondo. Solo in Italia si stimano circa 500000 cultori in attività ogni anno. La ricerca dei record sportivi di profondità ha creato una categoria di “atleti d’élite”, capaci di prestazioni straordinarie, che hanno smentito con i fatti alcuni presupposti teorici sui limiti di profondità raggiungibili dall’uomo.

Animali Apneisti

        Alcuni mammiferi apneisti ed alcuni uccelli “tuffatori” fanno apparire ben misere persino le straordinarie prestazioni dei più grandi campioni del genere umano. Questi animali omeotermi endodermi con respirazione polmonare dispongono di meccanismi adattativi particolarmente efficaci,  che consentono loro di vivere ed immergersi in acque molto fredde, nutrirsi con cibo freddo e restare attivi per lunghi periodi di tempo. L’interesse scientifico sulle doti degli animali sommozzatori risale ad oltre 100 anni fa. Bert, nel 1870, ha aperto la strada agli studi successivi che hanno comparato l’abilità  degli animali “tuffatori” a resistere alla mancanza di ossigeno, studiato il “riflesso d’immersione” e “l’effetto di conservazione dell’ossigeno” durante le immersioni in apnea. Negli ultimi 10 anni vi è stata un’esplosione di informazioni soprattutto sulle capacità d’immersione e sulle caratteristiche metaboliche dei pinguini,  delle foche,  dei leoni marini e di alcune specie di cetacei. Kooyman riporta le seguenti “performance” di animali sommozzatori: alcune foche raggiungono profondità vicine a -1600 m, il Pinguino Imperatore (Aptenodytes Forsteri) raggiunge quote vicine a -550 m. I tempi record d’immersione nel Pinguino Imperatore e nell’Elefante Marino (Mirounga Leonina) sono  rispettivamente  di 22’ di 120’. La Foca di Weddell (Leptonychotes Weddellii) è capace d’immersioni della durata di 82’, ma di solito, s’immerge per 10’-20’ quando caccia a profondità tra -50 e -500 m. L’Elefante Marino per alimentarsi s'immerge per 20’-30’ ad una profondità tra -200 e -800 m. Il Pinguino Imperatore infine, caccia per un tempo variabile tra 2’ e 10’ ad una profondità tra -50 e -500 m.  Le modalità d’immersione trovano certo una limite nella fisiologia di ciascun animale ma sono altresì condizionate dalle caratteristiche e dal comportamento delle  rispettive “prede”.  Secondo Kooyman l’efficacia d’immersione degli animali marini è basata sul duplice adattamento alla pressione ed all’ipossia. L'adattamento è differente negli animali che eseguono immersioni poco profonde o di superficie rispetto a quelli dediti alle immersioni profonde. In questi ultimi animali l’adattamento consiste in modificazioni anatomiche dell’apparato respiratorio e nell’aumento delle scorte muscolari di O₂. Vi sarebbero almeno due tipi di animali che s’immergono in profondità: quelli che utilizzano il metabolismo aerobico per la gran parte del tempo e quelli che spesso superano questo limite ed utilizzano di frequente il metabolismo anaerobio. Nella prima categoria si possono includere la Foca di Weddell e l’Elefante Marino che utilizzano il metabolismo aerobico per le loro immersioni di routine,  grazie alle grandi scorte di ossigeno ed al basso metabolismo in rapporto alla dimensione corporea, e dipendono pochissimo dal metabolismo anaerobio. Leoni Marini e Delfini basano le loro incursioni subacquee sulla velocità quindi hanno un’elevata richiesta metabolica ed un più veloce esaurimento muscolare; pertanto le scorte ematiche di O₂ non sono accresciute ai livelli delle foche. La richiesta di O₂ dovuta alla notevole grandezza cervello nei Delfini costituisce uno svantaggio aggiuntivo che limita la tolleranza all’apnea in questo gruppo. In ultimo i Pinguini, che hanno piccoli cervelli e grandi muscoli locomotori, sono dotati grandi scorte muscolari di O₂ allo scopo di mantenere una nuotata rapida, anche se spesso vanno oltre i limiti di queste scorte. Per il loro elevato metabolismo in rapporto alla massa corporea, essi frequentemente dipendono dal metabolismo anaerobico muscolare quando le scorte di ossigeno si esauriscono.

L’uomo e l’apnea

        Dal primo decennio del novecento l’interesse dei Ricercatori si è orientato allo studio delle fasi dell’apnea, sia negli adattamenti fisiologici che psicologici. A questi ultimi oggi è attribuito un ruolo preminente quali fattori condizionanti la durata dell’apnea. L’immersione in apnea comporta un insieme d’attività e di situazioni, che rendono difficile l’analisi e l’interpretazione dei meccanismi fisiologici in atto. Infatti distinguiamo varie modalità d’immersione: l’immersione con la testa fuori  oppure del solo viso e l’immersione completa del corpo. Altri aspetti del problema e situazioni possibili sono dati dall’effettuare apnee periodiche, compiere manovre per compensare l’aumento della pressione idrostatica, esporsi ad una temperatura ambientale generalmente più bassa di quella corporea, eseguire esercizi fisici anche in apnea, e sopportare notevoli variazioni della pressione ambientale. Ogni fattore legato all'immersione in apnea induce, importanti e specifici effetti fisiologici mentre, la combinazione di fattori produce un’unica ed interessante risposta, comunemente nota come riflesso d’immersione o “diving reflex”. Gli effetti d ciascun fattore sono stati studiati separatamente in laboratorio, riproducendo le situazioni in ambiente controllato. Lo studio del “diving reflex” si è giovato dell'avvento di strumenti che rilevano i dati nel corso dell’immersione.

        L’apnea volontaria inizia col sospendere l’automatica alternanza di inspirazione ed espirazione mediante inibizione volontaria dei muscoli respiratori e termina, secondo la definizione di Mithoefer, quando si produce “una netta risposta ventilatoria, troppo forte perché si possa resistere più a lungo con uno sforzo volontario”.

     Fasi dell’apnea

        Nel 1982 Lin ha descritto tre fasi dell’apnea:

1)            inibizione volontaria dei muscoli respiratori con pressione intratoracica stabile, lievemente superiore a quella ambiente;

2)            involontaria attività dei muscoli inspiratori a glottide chiusa, con cicliche diminuzioni della pressione intratoracica a valori subatmosferici;

3)            apertura volontaria delle vie aeree.

        Dopo un certo tempo dall’inizio dell’apnea, si avverte la sensazione di dovere respirare associata a contrazioni diaframmatiche e movimenti respiratori involontari. Questa fase è chiamata “Onset Point” o punto di inizio o “Break Point fisiologico”.  A questo punto l’apnea può essere continuata con uno sforzo di volontà mediante chiusura forzata della glottide. Il “punto di rottura” o “Breaking point” interrompe la fase di apnea giacché il soggetto respira. Sappiamo che il “break point fisiologico” è dovuto all’aumento della PCO₂ negli alveoli polmonari (PACO₂) in media a 50 Torr, corrispondente ad una PCO₂ arteriosa (PaCo₂) nei vasi cerebrali di 46-48 Torr.                  

        Tale valore, in genere raggiunto dopo circa 30"-40” d’immersione, determina la contrazione riflessa del diaframma, muscolo preminente nell’inspirazione.  Il periodo che va dall’inizio all’Onset Point può essere prolungato se l’apnea è preceduta da un periodo d’iperventilazione che aumentando l’eliminazione dell’Anidride Carbonica riduce la PaCO₂ e pospone il raggiungimento del valore soglia che stimola il desiderio di respirare. Il tempo tra l’Onset Point e Breaking Point è stato definito da Dejours “fase di lotta”, per la concomitanza dell’attività involontaria dei muscoli respiratori contrastata dall’inibizione volontaria all’apertura della glottide. Il tentativo di protrarre troppo a lungo questa fase può portare al “Black out point” o punto d’oscuramento, cioè alla perdita di coscienza da ipossia. Oggi si ritiene che i rigidi concetti di soglia chimica o meccanica non siano adeguati all’interpretazione del “Breaking-Point” mentre è stato riconosciuto che i fattori psicologici sono i più importanti nel causare l’interruzione dell’apnea.  Infatti, la durata della “fase di lotta” è influenzata dall’abilità del soggetto a resistere al disagio causato dall’ipossia, dall’ipercapnia, dall’acidosi e dalle spiacevoli sensazioni respiratorie. Pertanto, vi è una notevole variabilità nella durata dell’apnea tra soggetti diversi o nel singolo individuo.

Fattori limitanti l’attivita’ subacquea

        I fattori limitanti l’attività subacquea in apnea sono essenzialmente:

1)     il tempo di apnea

2)     la profondità d’immersione

3)     la comparsa d’ipotermia in determinate condizioni

Tempo di Apnea

         Il tempo d’apnea dipende da alcuni fattori condizionali quali: il consumo O₂ (VO₂), la Capacità Vitale polmonare (C.V.), l’adattamento psicologico, il grado d’allenamento, la composizione della miscela di gas respirata prima dell’apnea e l’eventuale esecuzione dell’iperventilazione preliminare. L’uomo può stare sott’acqua per brevi periodi di tempo. I subacquei professionisti di Corea e Giappone compiono immersioni ripetute (circa 120), ciascuna di 60” in una giornata di lavoro. In laboratorio, dove è possibile studiare separatamente l’apnea, l’immersione in acqua e l‘esercizio fisico, sono stati ottenuti tempi d’apnea maggiori. La durata dell’apnea varia se nelle fasi precedenti il soggetto ha respirato aria o miscele di gas a differenti percentuali di ossigeno. In aria ambiente sono stati rilevati tempi d’apnea di 4’- 4’:30. Il tempo d’apnea è inversamente proporzionale al consumo di ossigeno. L’esercizio fisico, la termoregolazione e gli stati di ansia aumentano il consumo di ossigeno dell’organismo riducendo marcatamente la durata dell’apnea. L’adattamento psicologico modifica il tempo di apnea in quanto “Forza di volontà”, “paura”, “ansia” e  “motivazione” influiscono sul comportamento umano in base al prevalere dell’uno o dell’altro fattore psicologico. Ad ogni modo è stato dimostrato che l'uomo può allenarsi a controllare i fattori psicologici.      L’allenamento fisico specifico consente di migliorare il tempo d’apnea,  ottimizzando i movimenti in acqua con minore dispendio energetico e maggiore efficienza, inoltre potenzia l’adattamento e la tolleranza alle modificazioni metaboliche nell’esercizio  in apnea. L’iperventilazione preventiva aumenta la durata dell’apnea, in quanto l’ipocapnia all’inizio dell’apnea necessita di più tempo per raggiungere il valore soglia di PCO₂  che genera l’impulso a respirare.

Profondità’ dell’immersione

        La profondità raggiungibile è limitata dallo stesso tempo d’apnea e dalle possibilità di compensazione. Il tempo d’apnea condiziona non solo la profondità raggiungibile in rapporto allo scopo dell’immersione, ma anche la distribuzione temporale tra le varie fasi: discesa, permanenza sul fondo e risalita. Gli studi sui subacquei professionisti di Giappone e Corea hanno evidenziato che, alla profondità di -5 m veniva impiegato per il lavoro metà del tempo totale, mentre a -10 m era impiegato per il lavoro solo un quarto del tempo d’immersione.

        Questi subacquei eseguivano nella giornata ripetute immersioni a profondità minori di -10 m, raramente oltre i -20 m. Gli uomini dell’isola di Tuamotu  che si dedicano alla pesca di perle s’immergono regolarmente a profondità maggiori di -30 metri. Tra essi sono stati riscontrati casi di “malattia da decompressione” con sviluppo di una sindrome neurologica denominata “Taravana”, che porta ad una sorta di demenza. Paulev nel 1965 ha dimostrato il possibile l’avvento della malattia da decompressione per immersioni in apnea ripetitive quando il rapporto tempo/profondità ecceda determinati limiti.

        In base alla legge di Boyle-Mariotte (a temperatura costante P x V = K), si riteneva che, una riduzione del volume polmonare per l’aumento della pressione idrostatica a valori minori del Volume Residuo (V.R.) potesse causare un’implosione toracica o “lung squeeze”. La formula veniva utilizzata per calcolare la massima profondità teorica raggiungibile dall’uomo: Profondità = P_b x (C.P.T./V.R. -1) x 10.  Secondo questo calcolo si stabiliva in -40 m il limite massimo raggiungibile dall’uomo.

Già a -50, -60 m si ottiene una C.V.    minore del V.R. In seguito, gli atleti impegnati a migliorare il record mondiale d’immersione in apnea smentirono questi calcoli teorici con i loro risultati. Dobbiamo la soluzione del mistero ai numerosi studi che hanno dimostrato un trasferimento di fluidi per redistribuzione della massa ematica nel torace che compensa la riduzione del volume polmonare. Nasceva così il concetto del “Blood-Shift”.            Le difficoltà nel compensare la pressione idrostatica nel corso dell’immersione provocano un intenso dolore a carico dell’orecchio medio e dei seni paranasali limitando fortemente la profondità raggiungibile e sono causa lesioni della membrana timpanica. Vi sono  tre tecniche per la compensazione forzata: la deglutizione, la manovra di Valsalva e la manovra di Marcante-Odaglia.  Quest’ultima è da preferire rispetto alle altre, si esegue a glottide chiusa con un movimento del palato molle che aumenta la pressione nel  faringe ed apre le tube di Eustacchio. E’ vantaggiosa perché non modifica la pressione intratoracica, può essere eseguita a bocca aperta e non richiede un particolare dispendio energetico. La manovra di Valsalva è poco vantaggiosa determinando notevoli aumenti della pressione intratoracica, è limitata dal volume polmonare, richiede un rilevante dispendio energetico impiegando consistenti masse muscolari in uno sforzo quasi isometrico. Infine riduce il ritorno venoso con possibile rischio di sincope e di alterazioni del ritmo cardiaco.

Ipotermia

        L’ipotermia arriva inevitabilmente nelle immersioni prolungate, dipende dalla temperatura dell’acqua ma anche dal tempo di permanenza in acqua, dalla termodispersione e dall’attività fisica. La temperatura “termoneutrale”, alla quale non si ha perdita di calore corporeo, è di 35° C  quindi sensibilmente  più elevata della temperatura marina. Un interessante studio ha confrontato il tempo d’apnea in aria o “a secco” con quello ottenuto in acqua fredda (20°C), fresca (32°C) e termoneutrale (35°). Il tempo d’apnea mostrò una riduzione del 54.9 % durante l’immersione in acqua fredda, in acqua fresca non vi fu una variazione significativa, mentre in acqua termoneutrale si rilevò un incremento del 25.6%. La P.A.C.O₂ al breaking-point non presentava differenze significative con valori intorno a 52 mmHg.  Analoga correlazione tra tempo d’apnea e temperatura dell’acqua è stata riportata da Hayward che l’attribuì all'aumento del VO₂ ed all’intenso stimolo respiratorio riflesso dovuto al raffreddamento della cute in acqua fredda. Uno studio sulle “tuffatrici” Ama Coreane ha evidenziato una diminuzione della temperatura orale a 35°C in 70’ nella stagione estiva con temperatura dell’acqua di 27° C, mentre nell’inverno si osservò una diminuzione a 33° C dopo 15’ di lavoro. I professionisti interrompono spontaneamente l’immersione quando la temperatura corporea raggiunge 35° C  per riprenderla  solo dopo riscaldamento. La perdita di calore è tanto maggiore, quanto più lunga la permanenza in acqua. L’ipotermia compromette il funzionamento di tutti gli organi ed è noto il suo contributo all’annegamento. Quando la temperatura corporea scende sotto i 35° compaiono irregolarità del ritmo cardiaco, disturbi nell’ideazione, alterazioni sensitive e motorie, perdita della coscienza ed annegamento. L’isolamento termico è la sola protezione contro l’ipotermia. Il flusso di calore è dato dal gradiente termico e dalle proprietà dell’ambiente fluido. La conduttività  per il calore in acqua è 25 volte maggiore che in aria il che determina una rapida perdita di calore secondo gradiente. Il tempo di permanenza in acqua è notevolmente aumentato dopo l’introduzione delle mute subacquee. In passato l’attività subacquea doveva essere interrotta dopo un’ora in estate o molto prima d’inverno ma, attualmente, l’uso delle mute permette immersioni di 2-3 ore senza limitazioni da ipotermia. E’ dimostrato che l’attività fisica in acqua diminuisce l’isolamento termico cutaneo, soprattutto in soggetti magri senza adeguato isolamento termico. L’esercizio fisico energico può abolire la vasocostrizione cutanea, principale fattore d’isolamento termico durante le immersioni a pelle nuda, permettendo e favorendo il flusso di calore dalle parti centrali del corpo verso la pelle. Nei soggetti magri che svolgono un’attività fisica in acqua a bassa temperatura, senza indossare una muta di protezione, la temperatura corporea raggiunge rapidamente il valore critico di 35° che impedisce la prosecuzione dell’attività.

Fisiologia dell’Immersione

          Ad oggi non vi è accordo in ambito scientifico sull’interpretazione della risposta cardiocircolatoria nell’uomo durante l’immersione in apnea data la complessità del problema ed il gran numero di variabili e possibili condizioni. La riduzione della frequenza cardiaca (F.C.) che accompagna l’apnea e l’immersione in apnea, è stata considerata da alcuni una delle componenti del “diving reflex” o riflesso di conservazione dell’ossigeno. Questo riflesso consiste nella riduzione di F.C. e metabolismo, vasocostrizione periferica, redistribuzione del flusso ematico e riduzione di scambi respiratori ed è stato ben documentato nei mammiferi e negli uccelli acquatici. Invece si dibatte ancora sull'esistenza nell’uomo di un vero e proprio riflesso di conservazione dell’ossigeno. I ricercatori hanno cercato di studiare gli effetti sugli apparati cardiovascolare e respiratorio a riposo ed in corso d’esercizio fisico valutando la risposta alle seguenti situazioni singole od associate:

1)     Apnea in aria o apnea a secco

2)     Immersione del solo viso

3)     Immersione del corpo con la testa fuori

4)     Immersione completa a varie profondità

        Una bradicardia di varia entità è stata documentata durante apnea in aria a riposo in posizione seduta, prona e supina. Alcuni studi non hanno evidenziato diminuzioni significative della F.C. mentre altri ricercatori hanno rilevato un incremento della F.C. in apnea a terra ed a riposo. Questa risposta è stata equiparata a quanto avviene durante la manovra di Valsalva, ove la riduzione della pressione sanguigna aumenta la F.C. mediante un riflesso generato dai recettori di pressione (barorecettori) delle grosse arterie.  A riposo, durante immersione in acqua, soprattutto durante l’immersione del solo viso, è stata evidenziata una bradicardia più accentuata che nell’apnea a riposo in aria.  Bagnare il viso costituisce un fattore che accentua la bradicardia rispetto alla semplice apnea in aria e quest’effetto è maggiore se l’acqua è fredda. L’interruzione dell’immersione del viso proseguendo l’apnea in aria si associa ad aumento della F.C. E’ stata rilevata una bradicardia estrema durante apnea con immersione del viso in acqua fredda a 23°-25° C ed a 0°-2°C con F.C. inferiore a 15 battiti al minuto e pause di oltre  10”.  L’entità della bradicardia dipende dalla  temperatura, e la F.C. minima è stata ottenuta immergendo il viso in acqua con ghiaccio. La risposta bradicardizzante osservata dopo l’immersione in acqua a varie temperature portò a concludere che la bradicardia durante apnea in aria e quella rilevata con l’immersione del viso siano dovute a due componenti indipendenti: una è la bradicardia come risposta alla sola apnea, l’altra, dovuta  all'immersione del viso, è la bradicardia da freddo che varia in grandezza al variare della temperatura dell’acqua.

        L’immersione del corpo a testa fuori o fino al collo, precede l’immersione completa ed i subacquei trascorrono la maggior parte del tempo galleggiando in  superficie. L’immersione fino al collo genera il “blood-shift” verso le zone alte del corpo con aumento del volume ematico nella regione toracica ed incremento della pressione venosa centrale. Diverse stime indicano che il volume ematico centrale aumenta da 300 a 700 ml. La F.C. varia poco in acqua termoneutrale, ma si riduce durante immersione in acqua fredda. Altri fattori possono esplicare effetti opposti nei confronti della F.C. come l’incrementata richiesta energetica causata dalla termoregolazione e dall’esercizio fisico per il  galleggiamento ed il nuoto ed il riflesso di Bainbridge dovuto all’aumento del volume ematico centrale. Per questi motivi il valore di F.C. prevista è più elevato in mare aperto che a riposo in aria.

        L’aumento della massa ematica nelle cavità cardiache e nei vasi polmonari e lo spostamento craniale del diaframma riducono il volume aereo polmonare, alterano la meccanica respiratoria riducendo la “compliance” polmonare, mentre la compressione delle piccole vie aeree aumenta le resistenze respiratorie al flusso e “l’intrappolamento” dell’aria. L’immersione fino al collo riduce la C.V. del  5-10 %, per diminuzione del volume di riserva espiratorio mentre il lavoro respiratorio aumenta del 65% rispetto al valore a riposo in aria. Gli scambi dei gas respiratori non sono modificati. La distensione atriale  dovuta al maggiore volume ematico toracico aumenta la produzione del Fattore Natriuretico Atriale con incremento della diuresi e riduzione del volume plasmatico. La disidratazione può diventare un problema nelle immersioni prolungate anche in acqua a temperatura termoneutrale. In corso d’esercizio fisico la bradicardia osservata in corso d’apnea in aria si accentua con l’immersione del corpo a testa fuori ma ancor più dopo immersione del viso. L’immersione del viso riduce la F.C. alla metà o meno rispetto al nuoto a testa fuori in steady state allo stesso valore di consumo d'ossigeno. La combinazione delle situazioni e dei fattori esaminati produce nell’uomo quella risposta definita “diving reflex” in tutto analoga a quella dei mammiferi acquatici ma più lenta e meno efficiente. L’adattamento cardiocircolatorio evidenzia la comparsa di bradicardia dopo immersione del corpo in acqua accentuata ulteriormente dall’immersione del viso, dall’apnea e dalla bassa temperatura dell’acqua. Risposta che inizia nei primi secondi dell’apnea, ma che può anticiparne l’inizio (bradicardia anticipatoria) e persiste durante l’esercizio fisico. L’aumento del tono vagale è  responsabile della bradicardia in immersione. La portata cardiaca non si modifica in maniera significative durante apnea ed immersione del viso. L’uomo differisce da uccelli e mammiferi sommozzatori nel fatto che la pressione arteriosa aumenta in rapporto alla durata dell’apnea. L’ipertensione iniziale indica che è avvenuta una vasocostrizione nella gran parte del letto vascolare, dal momento che la portata cardiaca non aumenta o varia di poco. La vasocostrizione a livello cutaneo è stata documentata da numerosi studi che hanno rilevato una riduzione del flusso ematico del 7-50% a livello dell’avambraccio rispetto ai valori rilevati prima dell’apnea e determina un aumento delle resistenze periferiche in media tra il 26 % ed il 33 %. Durante esercizio ed immersione del viso in acqua fredda è stato rilevato con tecnica invasiva un notevole incremento (200 %) delle resistenze periferiche.

        Misurando lo scambio dei gas respiratori durante apnea in laboratorio a pressione costante, si è rilevato che la profonda inspirazione che precede l’apnea ottiene l’aumento della PO₂ e la diminuzione della PCO₂ alveolari (PAO₂ e PACO₂ rispettivamente). La velocità di trasferimento dell’ossigeno dal polmone al sangue è  lineare nei primi 2’ dall’inizio dell’apnea, in seguito diminuisce ma continua, anche se la riduzione progressiva della PAO₂ non assicura la completa saturazione del sangue arterioso.  La CO₂ è inizialmente trasferita rapidamente dal sangue agli alveoli poiché la PACO₂ è bassa  ed aumenta rapidamente fino ad eguagliare la PCO₂ ematica.  La PACO₂ può continuare ad aumentare, fino a superare il valore della PCO₂ ematica, e questo, per l’effetto di concentrazione dovuto alla riduzione del volume polmonare ed al continuo passaggio di O₂  dal polmone al sangue. Ne consegue la diminuzione del movimento della CO₂  dal sangue al polmone, eventualmente  l’interruzione o persino l’inizio d’un trasferimento della CO₂ in direzione opposta. Nell’immersione la PAO₂ aumenta continuamente per la compressione polmonare, rimane elevata nella discesa ed il trasferimento di O₂ dal polmone al sangue procede con normale velocità.  Per la stessa ragione, la CO₂ è facilmente trasferita in direzione opposta a quella del normale scambio del gas fino ad una buona parte della fase di risalita. Il trasferimento di O₂ e la ritenzione di CO₂ nel sangue che si verificano nelle fasi di discesa e permanenza sul fondo portano a bassi valori di PACO₂ e PAO₂ alla fine dell’immersione quando il polmone si espande in fase di risalita. Questo risultato paradossale, è stato osservato “sul campo”, in camera iperbarica e durante il training  addestrativo al salvataggio sottomarino  degli operatori della U.S. Navy. Questo spiega perché la maggior parte degli incidenti avvengono durante la fase di risalita come conseguenza dell’ipossia.

Incidenti in  Immersione 

         I subacquei apneisti possono incorrere in un gran numero di incidenti che  riconoscono numerosi fattori predisponenti o facilitanti quali: difetti o malattie congenite cardiovascolari, malattie metaboliche, del sistema nervoso centrale, dell’apparato respiratorio o di pertinenza otorinolaringoiatrica e tanti altri. In aggiunta i fattori ambientali e comportamentali, determinate situazioni e circostanze particolari, il grado d’addestramento psicofisico ed altri fattori da soli od in associazione, possono essere all’origine di incidenti anche gravi. Citiamo a titolo d’esempio alcuni degli eventi più frequentemente riportati e di maggiore gravità: i barotraumi, le emiplegie transitorie, gli episodi sincopali e l’annegamento.

         Nel 1976 Craig pubblicò un lavoro nel quale analizzava 58 casi di sincope durante nuoto in apnea.  La maggior parte degli incidenti si era verificata in soggetti di sesso maschile di 16-20 anni, tutti con perfetta dominanza del nuoto in apnea. I soggetti si erano impegnati a competere con altri nel tentativo di percorrere il tratto più lungo in apnea in piscina, oppure in test di resistenza sott’acqua e tutti gli interpellati avevano effettuato un’iperventilazione prima dell’apnea. L’incidente si era verificato per l’80% dei casi in piscina con servizio di vigilanza. Fra i 34 sopravvissuti, la maggior parte ricordava un impulso pressante a riprendere il respiro, ma alcuni non ricordavano alcuna sintomatologia premonitrice della perdita di coscienza. Altri non ricordavano alcuna sintomatologia particolare in prossimità del breaking point. Dei 23 soggetti annegati, la maggior parte cercava di stabilire un record di resistenza ed in tutti i casi d’allenamento era stata eseguita l’iperventilazione prima dell’apnea. Al fine di prevedere la durata dell’apnea che porta a morte in base ad un valore critico di PO₂ alveolare mediante la tecnica del “rebreathing”, Craig calcolò che se la PAO₂ diminuisse da 109 a 44 mmHg in un minuto con un consumo di ossigeno di 300 ml/min (come a riposo), la morte averrebbe dopo 8’ d’apnea; con un consumo di ossigeno di 1 L/min (compatibile con il nuoto subacqueo ad intensità lieve-moderata), si avrebbe una velocità di caduta iniziale della PAO₂ più elevata ed il valore  critico e con esso la morte, sopraggiungerebbe dopo 4’; per valori di consumo di ossigeno superiori a 1L/min si otterrebbe un'ulteriore accorciamento di tale tempo.

        Il problema della sincope in acqua è molto complesso ma tenere a mente alcuni concetti può essere utile alla prevenzione di eventi potenzialmente letali. Si è accennato agli effetti dell’iperventilazione spinta eseguita prima  l’apnea.  Tali effetti possono essere esaltati dal “pattern” d’immersione determinato dalla profondità raggiunta, dal tempo d’apnea e dalla velocità di risalita.    Odaglia, ha esaminato le variazioni dei gas ematici dopo iperventilazione, nella successiva apnea e gli effetti aggiuntivi dovuti alla profondità d’immersione. Dopo iperventilazione spinta in aria, la PCO2 diminuisce da 40 a 15 mmHg, mentre la PO₂ aumentare da 100 a 125 mmHg con una saturazione arteriosa prossima al 100%. Durante la discesa la PO₂ cresce per l’aumento della pressione esterna, mentre la PACO₂ aumenta debolmente fino a  circa  -8 m, ma a profondità maggiori si ha una inversione del gradiente capillare/alveolare e passaggio di gas dall’alveolo al sangue. A -30 m circa metà della CO₂ contenuta nei polmoni all’inizio dell’immersione, è passata nel sangue, ma gli stimoli a riprendere il respiro dovuti alla CO₂ non compaiono ancora perché pressione parziale del gas, pur aumentando gradualmente, rimane bassa. L’ossigeno viene utilizzato per le esigenze metaboliche e diminuisce globalmente ma la PO₂ rimane alta nella discesa e sul fondo assicurando un’elevata saturazione dell’emoglobina. Sul fondo, nonostante l’aumento totale della CO₂ e la diminuzione del O₂,   la  saturazione dell’emoglobina è normale, la PCO₂ è bassa e la PO₂ elevata,  dunque mancano entrambi  gli stimoli, ipercapnico ed ipossico, ad interrompere l’apnea. In risalita, diminuendo la pressione alveolare, s’inverte nuovamente  il gradiente alveolo-capillare e la CO₂ riprende a passare nel polmone. Ma questo passaggio avviene con lentezza ed in maniera proporzionale al tempo di risalita, pertanto la PACO₂ sarà maggiore se la risalita è lenta. Nella risalita veloce la PACO₂ sarà molto bassa o addirittura più bassa del valore precedente l’immersione. La PO2 nella risalita decresce velocemente per il solo effetto della variazione pressoria dimezzandosi nel risalire da -10 m e riducendosi ad  1/3 nella risalita da  -20 m. A ciò si aggiunge la riduzione dovuta al consumo di O₂ in fase di risalita che può portare a valori finali di PaO₂ di 30-40 mmHg in corso di risalita lenta e 25-30 mmHg in corso di risalita rapida

Alla luce di questi dati sperimentali Odaglia suggerisce alcune norme di sicurezza:

1)     nelle immersioni a piccola profondità l’intensa iperventilazione è pericolosa poiché annulla o riduce gli stimoli ipercapnici nella successiva apnea facilitando la sincope anossica

2)     nelle immersioni profonde il pericolo è maggiore perché l’attenuazione degli stimoli ipercapnici può sommarsi ad una brusca caduta della PO₂ arteriosa in fase di risalita

3)     una iperventilazione limitata per ampiezza e durata non pone problemi di sicurezza

4)     una iperventilazione intensa rende più agevole e sicura l’immersione di breve durata, ma espone a gravi pericoli se l’immersione viene protratta

5)     la regolazione della durata dell’apnea può trovare nelle contrazioni diaframmatiche limitazione utile nei soggetti che le avvertono distintamente

6)      i soggetti che non avvertono o non hanno contrazioni diaframmatiche dovranno imparare a valutare esattamente su se stessi i fenomeni che possono indicare l’eccessivo protrarsi dell’apnea per risalire in tempo

7)     nelle immersioni “a rischio” è da ritenere indispensabile l’immersione di coppia.

        Lo studio della fisiologia dell’immersione ha evidenziato la complessità della materia e le difficoltà che i Ricercatori devono affrontare. Nonostante ciò, sono stati fatti grandi progressi nella conoscenze fisiologiche sia negli animali che nell’uomo. Le attuali conoscenze sembrano confermare anche nell’uomo adattamenti che migliorano notevolmente la performance nelle immersioni in apnea. Questi adattamenti sono analoghi ad alcuni meccanismi utilizzati da altri mammiferi acquatici ma si attivano con minore prontezza ed efficienza. E’ possibile migliorare l’adattamento all’immersione con un addestramento fisico e psicologico adeguato. Persiste il rischio della sovrastima delle proprie capacità che talvolta è causa di gravi incidenti anche per atleti esperti. Un’appropriataiii valutazione clinico-funzionale del medico sportivo o del medico iperbarico consente di diagnosticare le alterazioni che costituiscono controindicazioni assolute o relative all’immersione.

        E’ opportuno che i Medici e gli Istruttori suggeriscano ai principianti le norme di prudenza, l’utilizzazione di materiale adeguato soprattutto per l’isolamento termico e li informino sui rischi legati alla pratica dell’iperventilazione spinta, insegnando un corretto utilizzo di tale metodica per rendere più sicure le immersioni.