Il consumo energetico in alcune tipologie di immersione (apnea, SCUBA, Rebreather, immersioni tecniche)

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1 Il consumo energetico in alcune tipologie di immersione (apnea, SCUBA, Rebreather, immersioni tecniche) Lucio Ricciardi DSBSC Università dell Insubria a Varese Consulente di COMSUBIN M.M.

2 Le immersioni subacquee espongono un individuo a un certo numero di stressors ambientali che non si ritrovano facilmente in molte altre attività. Iperbarismo, aumento PO2, aumento resistenza al movimento (densità H2O aria x 800), anche per pesi ed equipaggiamento, freddo, aumentata resistenza respiratoria. Tutto ciò si riflette in un aumento del consumo di ossigeno (V O2)

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4 Swimming is a remarkably inefficient and generally limited means of propulsion.

5 STRESS on scuba diving STRAIN on homeostasis ADAPTIVE RESPONSES Physiological Non physiological Non physiological: behavioural, equipment da Doubt, 1996

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7 MEF diminuisce con la quota, con conseguenze sull efficienza in esercizio: è materialmente molto più difficile adeguare la ventilazione alle necessità

8 Ventilazione polmonare E ipotizzabile che la caduta di V E non dipenda solamente dall aumento di densità della miscela respiratoria; essa può in parte rappresentare una risposta adattativa all aumento delle resistenze respiratorie imposto dallo SCUBA e in parte dipendere dall aumento della PO2 inspiratoria che si instaura con la discesa. Se non a quote molto profonde non si genera una vera e propria ipoventilazione (ETCO2 k).

9 COSTI ENERGETICI Le richieste energetiche del nuoto subacqueo sono fra i determinanti del tempo durante il quale un subacqueo può rimanere immerso, sia in apnea sia con autorespiratore. Potenza = velocità x resistenza (drag) Costo energetico = potenza x efficienza-1 Costo energetico = resistenza x velocità x efficienza-1

10 COSTI ENERGETICI Velocità = frequenza battute x distanza/battuta Distanza/battuta forza, ampiezza, tipo di pinna, abilità del soggetto. Questa si può indicare come rapporto fra drag ed efficienza e può misurarsi come costo per percorrere una data distanza: V O2. d-1 (l km-1)

11 Measuring how much force Olympic hopeful Ariana Kukors generates with each kick. (Credit: Image courtesy of Rensselaer Polytechnic Institute) Beijing 2008

12 E /v Db/v

13 Resistenza ed efficienza Studi eseguiti rimorchiando il subacqueo sotto il pelo dell acqua, a metà strada fra superficie e fondo e vicino al fondo dicono che la resistenza è maggiore vicino alla superficie o vicino al fondo: per una migliore efficienza bisogna nuotare ad almeno 0.6 m dalle superfici. La posizione prona o supina non sembra invece influenzare la resistenza.

14 BUFFALO, NY

15 Resistenza ed efficienza La resistenza al trascinamento (drag passivo) è inferiore rispetto a quella che si sviluppa nel nuoto di superficie (drag attivo). Quest ultima è, a sua volta, inferiore a quella del nuoto subacqueo, dove il drag è elevato a bassa velocità, diminuisce a velocità media e aumenta a velocità più alta. Ciò dipende dalla frequenza delle battute.

16 Resistenza ed efficienza bassa velocità: bassa frequenza e grande ampiezza = drag elevato media velocità: frequenza aumentata e battute meno ampie = meno drag alta velocità: alta frequenza e grande ampiezza = drag elevato

17 La taglia e la forma corporee sono importanti nel determinare il costo energetico del nuoto subacqueo, come lo sono la tecnica di nuoto e la distribuzione della massa corporea. L area della sezione traversa (corpo + SCUBA) è influenzata dall ampiezza del pinneggiamento e dalla velocità.

18 Marina Militare Italiana Raggruppamento Subacquei e Incursori T.Tesei

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20 VASCA ERGOMETRICA DEL C.O.N.I. ARO

21 VASCA ERGOMETRICA ISTITUTO DI SCIENZE DELLO SPORT C.O.N.I. ROMA

22 VASCA ERGOMETRICA DEL C.O.N.I. ARO

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24 Ergometri subacquei

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27 L assetto influenza l area della sezione traversa, va imparata e bisogna calcolare bene i pesi e la loro distribuzione Durante il nuoto subacqueo le gambe si aprono e chiudono pinneggiando; la sezione traversa istantanea e quindi la resistenza cambiano

28 La scelta e il posizionamento di pesi e equipaggiamento, che sono forze che facilitano rispettivamente l affondamento e il galleggiamento, possono avere un effetto significativo nel determinare il costo del nuoto subacqueo. L aggiunta di ulteriore equipaggiamento (bibombola, muta asciutta) aumenta lievemente i costi alle basse velocità, ma limita grandemente la prestazione alle alte velocità. Le femmine consumano meno dei maschi a parità di velocità e quindi possono resistere più a lungo.

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30 Nuoto pinnato Studi sul nuoto pinnato hanno evidenziato questi numeri: 0.8 l min-1 Velocità 0.5 nodi V O2 Velocità 1.0 nodi V O2 2.5 l min-1 Velocità > 1.0 nodi V O2 4.0 l min-1 La superficie della pinna è inversamente proporzionale a V O2 e la massima velocità è direttamente proporzionale alla sua flessibilità.

31 APNEA

32 TRIMIX

33 UNITA DI MISURA V O2 litri min-1 MET costo energetico in attività costo energetico a riposo

34 COSTI ENERGETICI Apnea tranquilla ARA tranquilla 7 MET Apnea di lavoro ARA di lavoro 12 MET Apnea con discesa veloce 16 MET 7 MET l min-1 12 MET l min-1 16 MET l min-1

35 Medie dopo immersione rispetto al basale in quota (5067 m) 1,2 * 1 0,8 ** * 0,6 * 0,4 0,2 0 baseline room air water stat water dyn V'O 2 l/m in V'C O 2 l/m in

36 COSTI ENERGETICI Immersioni in apnea a quota estrema Apnee a riposo a secco o in acqua danno luogo a incrementi di V O2 modesti; anche l immersione dinamica (superficiale o profonda) In acqua, però, i valori sono significativi TERMOREGOLAZIONE

37 TERMOREGOLAZIONE Rappresenta un costo aggiuntivo rilevante L ipercapnia abbassa la soglia del brivido e aumenta la velocità di raffreddamento del nucleo L ipossia aumenta anch essa tale velocità L ipoglicemia abbassa la soglia del brivido

38 TERMOREGOLAZIONE V O2 al termine di attività subacquea di lavoro in apnea (AMA coreane) Muta, 2 h, 22.5 C (estate), 10 C (inverno) Aumento di 80 % in estate Aumento 140 % in inverno

39 TERMOREGOLAZIONE V O2 al termine di attività subacquea di lavoro in apnea (AMA coreane) Maglietta di cotone, 60 min, 22.5 C (estate), 30 min, 10 C (inverno) Aumento di 160 % in estate Aumento 250 % in inverno

40 Aspetti termici Lo stress da freddo evoca risposte termogeniche di adattamento; un aumento di V O2 rispetto alla condizione di termo-neutralità è contestuale all inizio dell immersione e può persistere anche in presenza di esercizio. L incremento di V O2 e il conseguente incremento di T, finalizzato alla costanza di T del nucleo, sono più graduali se si indossa una muta. Altra risposta è un ipertono muscolare.

41 Aspetti termici La dispersione calorica è in acqua 200 volte più grande che in aria (< impedenza termica). L esercizio è necessario per mantenere una normale T del nucleo: T H2O V O2 senza muta C l min-1 con muta 5 C 2.4 l min-1 non bastano a prevenire il raffreddamento del nucleo

42 Aspetti termici La muta bagnata di neoprene sfrutta l azoto come isolante termico, mentre una muta asciutta sfrutta l aria intrappolata nella sotomuta. La compressione del neoprene con la profondità diminuisce l effetto isolante: una muta da 9 mm diventerà di 3 mm a 4 ATA. Questo effetto è meno risentito dalle sottomute dei vestiti asciutti.

43 Aspetti termici Una protezione efficace deve tener conto di: 1.T H2O 2.durata dell esposizione 3.livello di attività 4.composizione corporea E facile andare incontro ad attività fisica preimmersione: questa influenza il bilancio termico.

44 Aspetti termici In tale situazione, spesso il dispendio energetico raggiunge 3-4 MET, per l attività connessa a vestizione, controllo strumenti, spostamento materiale, aiuto ai compagni ecc.: tanto più alto sarà il livello di temperatura raggiunto, tanto più rapida sarà la caduta termica in immersione.

45 Nelle immersioni tecniche con miscele o in saturazione (in figura il caso di Heliox, da U.S. Navy Diving Manual) è importante controllare la temperatura inspiratoria dei gas respirati, onde evitare un raffreddamento rapido del nucleo dovuto all inalazione di miscele troppo fredde. Sia da questo punto di vista, sia da quello della temperatura ambientale, la U.S. Navy accetta come limite di esposizione una caduta di temperatura del nucleo di 1 C (da 37 a 36 C), ovvero una perdita massima di calore di 3 kcal.kg-1. L uso di ARO o rebreather permette di respirare una miscela più calda e umida rispetto agli apparecchi a circuito aperto.

46 Grazie per l attenzione