FUNZIONAMENTO DEL COMPUTER DA IMMERSIONE

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1 FUNZIONAMENTO DEL COMPUTER DA IMMERSIONE by S. Angelini, Ph.D. Mares S.p.A.

2 Computer da immersione FUNZIONAMENTO DEL COMPUTER DA IMMERSIONE L algoritmo decompressivo in un computer da immersione è un tentativo di replicare gli effetti di un immersione sul corpo umano usando delle formule matematiche. L assorbimento e il rilascio dell azoto sono simulati mediante un certo numero di cosiddetti compartimenti, ciascuno dei quali rappresenta un gruppo di tessuti corporei. Per esempio, un compartimento rappresenta i muscoli, un altro le ossa, ecc. I tessuti sono identificati dall emitempo 1, un parametro indicativo della velocità alla quale assorbono l azoto. L algoritmo Mares utilizza dieci tessuti, con i seguenti emitempi in minuti: 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 120 e 240. I tessuti con emitempi brevi vengono definiti veloci, quelli con emitempi lunghi lenti. Ciascun tessuto è inoltre identificato da un secondo parametro, il cosiddetto valore M 2. Questo rappresenta il rapporto tra la massima quantità di pressione (chiamata anche tensione) e la pressione ambiente che un tessuto dato possa tollerare. Il termine usato per descrivere l eccesso di pressione in un tessuto rispetto alla pressione ambiente è sovrasaturazione. In essenza, un computer da immersione monitora la saturazione e la desaturazione di azoto in ciascun tessuto in base al profilo di profondità-tempo e all emitempo del tessuto stesso. Il criterio di controllo per una risalita sicura è che nessun tessuto ecceda il valore M durante l immersione o al momento di riemergere. Se il criterio non viene soddisfatto, la risalita è interrotta da una o più soste di decompressione durante le quali l azoto può essere espulso mentre il subacqueo si trova a una pressione ambiente che soddisfa il criterio di controllo. In questo documento descriviamo come la pressione dell azoto (denominata anche tensione tissutale) si evolve durante un immersione e come influisce sui calcoli di decompressione. A tale scopo usiamo la nuova funzione del grafico tissutale del firmware 4.0 in Icon HD Net Ready che consente di seguire l evoluzione della tensione in ciascun tessuto dal vivo durante l immersione. La stessa evoluzione della tensione tissutale può essere visualizzata in retrospettiva su un PC o Mac, (tramite DiveOrganizer o DiversDiary, rispettivamente) dopo aver scaricato qualsiasi computer da immersione compatibile con Mares. I dieci tessuti sono presentati su un asse orizzontale, con l aumento degli emitempi da destra a sinistra. Ciascun tessuto è rappresentato da due barre verticali. L altezza della barra sinistra rappresenta il carico istantaneo calcolato in qualsiasi momento dato nel tempo. L altezza della barra destra riflette la proiezione del valore dopo una risalita in superficie a 10 m al minuto dalla profondità attuale. Ciò è molto importante perché durante la risalita lo scambio di azoto continua ad avvenire e occorre tenerne conto (tale aspetto risulta ovvio se si considera che una risalita da 40 m dura almeno 4 minuti, quasi il doppio dell emitempo del tessuto più veloce e quasi un intero emitempo del secondo tessuto più veloce). Secondo lo stato del tessuto in un momento dato, la barra sinistra può essere leggermente più alta o più bassa di quella destra. È più alta se il tessuto è piuttosto saturo di azoto e durante la risalita si desaturerà a causa della diminuzione della pressione. È più bassa se il tessuto non ha ancora assorbito molto azoto e, nonostante la riduzione della pressione durante la risalita, si saturerà più di quanto si stia desaturando (ovviamente, ogni tessuto si desatura quando è abbastanza vicino alla superficie). Si noti che per i tessuti lenti all estrema sinistra, a causa degli emitempi lunghi, la differenza durante una risalita è impercettibile e le due barre rappresentative di un tessuto presentano la stessa altezza. L asse verticale del grafico è normalizzato in modo che per ciascun tessuto il valore M si trovi alla stessa altezza. Su questo valore viene tracciata una linea orizzontale attraverso il grafico, denominata linea zero perché si trova a 0 m, ovvero corrisponde alla superficie. Ciò consente un rapido controllo visivo: se una delle barre di destra attraversa tale linea durante l immersione, significa che se si dovesse risalire in superficie in quel momento, il tessuto corrispondente violerebbe il criterio di controllo (avrebbe superato il valore M). Di conseguenza questo implica un obbligo decompressivo, ovvero è necessario trascorrere un certo tempo sotto la superficie (a una pressione maggiore della pressione ambiente in superficie alla quale il criterio di controllo è ancore soddisfatto) per desaturarsi di una parte dell azoto in modo da ridurre l altezza della barra finché scende nuovamente sotto la linea zero. Per rendere il grafico più comprensibile a colpo d occhio, la barra destra passa da BLU a ROSSO quando attraversa la linea zero. Pertanto, una barra destra ROSSA è indicativa di una sosta di decompressione obbligatoria. Quando è stato rilasciato abbastanza azoto da far scendere la barra di nuovo sotto la linea zero, il colore ritorna blu. Il grafico dispone di una seconda linea orizzontale, sopra la linea zero, chiamata linea dei 3 m, che rappresenta il criterio di controllo applicato a una profondità di 3 m. Analogamente a quanto visto per la linea zero, qualsiasi barra destra che attraversi tale linea implica che se si dovesse risalire in tale 1 Il nome deriva dalla definizione che entro tale tempo un tessuto riduce la differenza tra il proprio stato iniziale e la nuova condizione della metà. In due emitempi un tessuto riduce tale differenza del 75% (50% del 50% residuo nel secondo emitempo), in tre emitempi la riduce dell 87,5 %, in 4 emitempi del 93,75%, in 5 emitempi del 96,875% e in 6 emitempi del 98,44%. 2 Nell algoritmo RGBM Mares, i valori M sono dinamici e si adattano al profilo. 2

3 istante, si violerebbe il criterio di controllo già a 3 m. In altre parole, non appena una barra destra attraversa tale linea si verifica un obbligo decompressivo a 6 m. 3 La stessa linea di ragionamento può essere estesa alla sosta a 9 m e oltre, ma limiteremo la nostra rappresentazione a queste due linee per non riempire eccessivamente il grafico. Dato che i valori M non sono gli stessi per ciascun tessuto (quelli più veloci tollerano una maggiore sovrasaturazione rispetto a quelli più lenti) e dato che tutti i tessuti cominciano la prima immersione con 0,79 atm di pressione parziale di azoto (tessuti in equilibrio con l aria alle condizioni atmosferiche a livello del mare 4 ), ne risulta che all inizio della prima immersione i tessuti di sinistra sono a un livello inferiore rispetto a quelli di destra 5. Usiamo il termine prima immersione per riferirci a un immersione non ripetitiva, in modo che non sia presente alcuna quantità di azoto residuo da una precedente immersione che possa alterare il quadro. Quanto descritto di seguito si applica anche alle immersioni ripetitive, naturalmente, con l unica differenza che il punto di inizio non è con tutti i tessuti a 0,79 atm di ppn 2 bensì a un livello maggiore che tiene conto di quanto rimane dalla precedente immersione e dell intervallo di superficie trascorso. Graficamente, tuttavia, diviene ovvio perché un immersione ripetitiva è più restrittiva di una non ripetitiva: se è presente azoto residuo da una precedente immersione, tutte le barre sono più vicine alla linea zero all inizio dell immersione e pertanto per ogni profondità data c è meno tempo disponibile prima che una di esse attraversi il limite. In corrispondenza di ciascun tessuto, il grafico presenta anche un piccolo segmento orizzontale sovrapposto alla barra sinistra di ciascun tessuto. La posizione di questo segmento lungo l asse verticale rappresenta la pressione parziale dell azoto nel gas inspirato. Durante un immersione, il segmento si sposta verso l alto e verso il basso con l aumento/ diminuzione della profondità. In caso di un cambio miscela, diciamo da aria a nitrox all 80%, si verificherà un brusco salto nella posizione di questo segmento. La posizione di tale segmento lungo l asse verticale gioca un ruolo importante nella comprensione delle dinamiche del tessuto, poiché la distanza tra questo e la parte superiore della barra rappresenta la differenza di pressione parziale dell azoto tra il tessuto e il gas inspirato, ovvero la forza che aziona lo scambio gassoso, chiamata anche gradiente di pressione. Se i due elementi sono lontani fra loro, è in corso una forte saturazione o desaturazione (entro i limiti dell emitempo). Se invece sono vicini, il tessuto è quasi in equilibrio. Si noti che, per un interpretazione più facile del grafico, quando il segmento si trova SOPRA la barra e pertanto il tessuto si sta saturando (la pressione parziale del gas inspirato è maggiore di quella del tessuto) la barra è GIALLA; quando il segmento si trova all INTERNO della barra e pertanto il tessuto si sta desaturando (la pressione parziale del gas inspirato è inferiore a quella del tessuto) la barra è VERDE. APPLICAZIONE DEL GRAFICO TISSUTALE A UN IMMERSIONE QUADRA Ci serviremo di un immersione quadra a 30 m per 30 min perché concettualmente è il profilo più semplice per descrivere i vari aspetti presentati sopra. Analizzeremo lo stato di saturazione di tutti i tessuti in 9 particolari momenti dell immersione e, per fare ciò, useremo i grafici forniti da Icon HD durante l immersione stessa. Cominciamo con la situazione all inizio dell immersione, illustrata nella Figura 1. Notiamo che tutti i tessuti sono ben al di sotto della linea zero e vediamo anche che il piccolo segmento che rappresenta la pressione parziale del gas inspirato è allineato con la parte superiore di ciascuna barra (equilibrio con le condizioni atmosferiche). In caso di un immersione con nitrox, il segmento sarebbe all interno della barra, a indicare il fatto che respirare nitrox in superficie condurrebbe a una desaturazione iniziale. Fig. 1: tensione tissutale all inizio dell immersione. Nella Figura 2 vediamo la situazione alla fine della discesa: le barre sono aumentate leggermente in altezza man mano che l azoto è stato assorbito durante il minuto e mezzo di durata della discesa. Notiamo anche che i segmenti che rappresentano la pressione dell azoto nel gas inspirato si sono spostati in alto, a indicare che il gas viene spinto nei tessuti a una velocità proporzionale alla distanza tra ciascun segmento e la parte superiore della barra corrispondente. Fig. 2: tensione tissutale alla fine della discesa. A profondità costante, la velocità a cui un tessuto si satura diminuisce nel tempo, mentre la differenza di pressione tra il gas inspirato e la saturazione tissutale si riduce. Questo aspetto è visibile graficamente perché il segmento che simbolizza la pressione dell azoto inspirato non si sposta (dato che la profondità è costante), mentre la barra aumenta man mano che l azoto viene assorbito, quindi i due elementi si avvicinano. Se si rimane abbastanza a lungo a una profondità costante, il tessuto raggiunge il segmento e lo scambio gassoso cessa: il tessuto è detto essere in equilibrio (o saturo). Nella Figura 5 più sotto possiamo vedere che dopo 30 min a 30 m, i tessuti da 2,5 e 5 minuti sono saturi, mentre quelli più lenti sono lontani dall equilibrio di pressione in proporzione alla lunghezza del rispettivo emitempo tissutale. Nella Figura 3 vediamo la situazione al minuto 18, subito prima dell esaurimento del 3 Una sosta a 6 m non significa che occorre fermarsi a 6 m, ma piuttosto mostra che non è possibile risalire fino a 3 m, allo stesso modo in cui una sosta a 3 m non significa che occorre fermarsi a 3 m, bensì indica che non è possibile risalire direttamente in superficie. L uso di incrementi di 3 m nella definizione delle soste di decompressione implica che se il carico di azoto è incompatibile con la pressione ambiente a 3 m, è necessario fermarsi a 6 m finché la desaturazione dall azoto diviene compatibile con la pressione ambiente a 3 m. 4 Per immersioni in laghi di montagna ad altitudini elevate, la pressione atmosferica è inferiore rispetto al livello del mare e il computer si adatta automaticamente. Anche i valori M per questo tipo di immersioni cambiano e devono essere regolati manualmente selezionando la corrispondente classe di altitudine sul computer da immersione. 5 Dato che la posizione del valore M lungo l asse verticale è stata impostata in modo da essere la stessa per tutti i tessuti, l altezza iniziale delle barre di ciascun tessuto corrisponde all altezza della linea zero divisa per il valore M del tessuto stesso. 3

4 Computer da immersione limite di non decompressione: notiamo che il tessuto più veloce è praticamente saturo (il segmento e la parte superiore della barra coincidono), laddove i tessuti molto lenti sono appena aumentati. Tuttavia ciò che spicca maggiormente in questo esempio è il fatto che la barra destra del terzo segmento sta per toccare la linea orizzontale. Infatti, nel punto temporale immediatamente successivo, mostrato dalla Figura 4, sorpassa tale limite. Fig. 5: tensione tissutale all inizio della risalita. Fig. 3: tensione tissutale alla fine del limite di non decompressione. Nella Figura 4 il terzo tessuto ha sorpassato la linea zero. Come spiegato in precedenza, ciò significa che tale tessuto, se portato in superficie a 10 m/min, violerebbe il criterio di controllo e pertanto questo è l inizio dell obbligo decompressivo. Per facilitare l interpretazione del grafico, la barra passa da blu a rosso. L altro aspetto interessante è che anche la barra sinistra del secondo tessuto ha superato il limite, però durante una normale risalita tale tessuto si desaturerebbe abbastanza da non violare il criterio di controllo. Fig. 4: tensione tissutale all inizio di un obbligo decompressivo. Osserviamo adesso la fine della sezione a 30 m nella Figura 5: il criterio di controllo è stato violato da 5 segmenti. Stranamente, i primi due tessuti, entrambi saturi a 4 atm di pressione assoluta, si desatureranno durante la risalita in modo sufficiente a non violare il criterio di controllo. In altre parole, per immersioni fino a 30 m i primi due tessuti non sono mai il fattore limitante. Vediamo anche che una diminuzione di profondità di 0,5 m è sufficiente perché inizi la desaturazione dei primi due tessuti, il che è logico dato che essi erano saturi a 30 m e qualsiasi diminuzione di pressione fa spostare il piccolo segmento sotto la parte superiore della barra. Risaliamo adesso alla profondità della sosta profonda, Figura 6: notiamo che i primi quattro tessuti si stanno desaturando con un gradiente notevole (distanza dalla parte superiore della barra al segmento orizzontale). La quinta barra continua la fase di desaturazione, ma a un gradiente molto ridotto. Solo dal sesto tessuto in poi è presente ancora un considerevole gradiente per la desaturazione. Questo è il tessuto da 40 minuti, per il quale una sosta profonda di due minuti difficilmente influisce sullo stato di saturazione. I 2 minuti tuttavia consentono ai tessuti veloci (e sensibili) di liberarsi di una notevole quantità di gas mentre la pressione ambiente è relativamente alta, controllando la crescita delle microbolle. Fig. 6: tensione tissutale all inizio della sosta profonda. 6 L equilibrio di pressione è raggiunto asintoticamente, ma in termini pratici possiamo dire che ciò accade entro 6 emitempi. 4

5 Dal punto di vista dell algoritmo, per questo profilo una sosta profonda può essere considerata vantaggiosa durante la risalita. Ciò si inferisce dalla Figura 7, che mostra la saturazione tissutale alla fine della sosta profonda: le barre verdi si sono notevolmente ridotte mentre per le barre gialle non è cambiato quasi nulla. Fig. 8: tensione tissutale all inizio della sosta di decompressione. Nella Figura 9 vediamo la situazione alla fine dell obbligo decompressivo: tutte le barre blu sono ora al di sotto della linea limite. Tuttavia, non c è margine di sicurezza, le barre soddisfano appena il criterio per una risalita sicura. Per tale ragione è sempre una buona idea eseguire una sosta di sicurezza di 3-5 minuti a 3-5 m, anche dopo un immersione con decompressione. APPLICAZIONE DEL GRAFICO TISSUTALE A UN PROFILO DI IMMERSIONE EFFETTIVO CHE INCLUDE IL CAMBIO A UNA MISCELA DI DECOMPRESSIONE CON ALTO CONTENUTO DI OSSIGENO Le Figure 10 e 11 illustrano la situazione durante un immersione reale in cui è stato eseguito un cambio miscela da aria a nitrox all 80%. In particolare, esse mostrano la tensione tissutale subito prima e subito dopo il cambio miscela. Diventa ovvio perché usare una miscela ad alto contenuto di O 2 è così vantaggioso. La pressione parziale di azoto nel gas inspirato scende significativamente e non solo altri due tessuti si stanno desaturando invece di saturarsi, ma i gradienti di pressione per la desaturazione sono aumentati notevolmente nei tessuti che già si stavano desaturando. Fig. 7: tensione tissutale alla fine della sosta profonda. Procediamo adesso alla profondità della sosta di decompressione, Figura 8, e notiamo che tutti i tessuti meno quelli più lenti si stanno desaturando e 5 di essi ancora violano il criterio di controllo. Fig. 10: tensione tissutale subito prima di un cambio miscela. Fig. 9: tensione tissutale alla fine della sosta di decompressione. 5

6 Computer da immersione Fig. 12: saturazione tissutale alla fine dell obbligo decompressivo. Fig. 11: tensione tissutale subito dopo un cambio miscela. Per la stessa immersione, la Figura 12 mostra la saturazione tissutale alla fine della decompressione obbligatoria e la Figura 13 illustra tale saturazione 5 minuti dopo. Le barre si riducono ulteriormente e, più si allontanano dalla linea orizzontale inferiore, più sicura diviene l immersione. Fig. 13: saturazione tissutale 5 minuti dopo la fine dell obbligo decompressivo. Mares S.p.A. - Salita Bonsen, RAPALLO - ITALY - Tel Fax /14 - Artbook 10337/14