di Johnny E. Brian jr Chiudi La finestra dell ossigeno. La sottosaturazione interna. Il calo di pressione parziale. Molti subacquei interessati alla decompressione hanno incontrato questi termini. Tutte e tre le espressioni vengono usate per descrivere lo stesso fenomeno fisiologico. Per questo articolo la definizione di finestra dell ossigeno sarà usata nell accezione più comune del termine. Tuttavia i termini sottosaturazione interna e calo di pressione parziale descrivono in modo più corretto il fenomeno fisico. Ossigeno iperbarico e finestra ossigeno Le attuali tecniche di ottimizzazione della decompressione, basate sull uso dell ossigeno, sono stabilite sullo sfruttamento della finestra dell ossigeno. Contrariamente al significato che è comunemente attribuito dai subacquei a quest espressione, questa sembra essere uno dei concetti meno compresi in merito alla decompressione. La comprensione della finestra dell ossigeno richiede la conoscenza della fisiologia del sistema circolatorio e del trasporto dei gas, e il modo migliore per cominciare è quello di affrontare la fisiologia in condizioni normobariche. La vita ad 1 atmosfera La fisiologia non è omogenea. In individui sani in normali condizioni, il flusso di sangue ai polmoni e la ventilazione, così come il flusso di sangue nei tessuti e il metabolismo, variano molto. Il flusso di sangue, la ventilazione e il metabolismo possono variare secondo le zone del corpo e dei momenti. Queste variabili condizionano lo scambio di gas nei polmoni e nei tessuti. Per rendere più semplice la comprensione di questi fenomeni complessi, molti meccanismi fisiologici sono stati ridotti ai minimi termini. Tuttavia, le descrizioni rispecchiano fedelmente i processi complessivi di assorbimento ed eliminazione del gas, e i valori riportati rappresentano i valori medi. Le pressioni parziali sono espresse in millimetri di mercurio (mmhg); 1 ATA equivale a 760 mm Hg. Per i puristi del Sistema Internazionale, dividendo i millimetri di mercurio per 7,5 si ottiene il valore in kilopascal (kpa), la corretta unità di misura della pressione secondo il sistema internazionale (SI). Il movimento del gas dai polmoni ai tessuti e viceversa dipende dalla differenza di pressione parziale (gradiente). Il concetto di pressione parziale di un gas in soluzione è, a volte, ingannevole quando si tratta di un gas disciolto in soluzione in un liquido. Un gas disciolto in soluzione in un liquido, infatti, non esercita una pressione idrostatica come un gas allo stato gassoso poiché le molecole o atomi di gas non sono libere di muoversi come nello stato gassoso. Questo è un concetto molto importante da capire o accettare. Le forze che tengono un gas in soluzione sono le stesse che tengono ogni soluto non ionizzato (gas, liquido o solido) in soluzione. I tessuti sono prevalentemente liquidi, e la pressione parziale di un gas disciolto in un liquido è definita come la pressione parziale che il gas eserciterebbe se la fase gassosa fosse in equilibrio con il tessuto. Le pressioni parziali dei gas nei tessuti sono spesso espresse in mmhg or atmosfere assolute (ATA). La pressione parziale del gas nel tessuto è un indice della quantità totale di gas disciolto nel tessuto. Tale quantitativo è anche condizionato dalla solubilità del gas, che varia secondo i gas ed i tessuti. Un tessuto può assorbire un maggiore quantitativo di un gas molto solubile rispetto ad uno meno solubile, prima di raggiungere una determinata 1 / 6
pressione. In altre parole, se un determinato volume di gas si scioglie in un tessuto, la pressione parziale tissutale di un gas molto solubile sarà inferiore rispetto a quella di un gas meno solubile. Il gas in soluzione si muove per diffusione da un area di maggiore pressione parziale ad una a minore pressione parziale. Nonostante la forza che governa la diffusione sia la differenza di pressione parziale (gradiente), non è la pressione in sé che muove il gas. Quando un gas è pressurizzato per riempire una bombola, la differenza di pressione governa il movimento di tale gas e si ha il movimento di una massa di gas. Tuttavia, la diffusione di un gas in soluzione non è il movimento di una massa di gas dovuto alla differenza di pressione del gas quanto piuttosto, il movimento dei singoli atomi o delle molecole dovuto ad un agitazione atomica o molecolare casuale. La diffusione di un gas singolo verso o da un tessuto dipende unicamente dalla differenza di pressione parziale del singolo gas preso in esame (gradiente) e non dagli altri gas presenti nel tessuto. Questo può sembrare paradossale poiché i subacquei spesso concepiscono i gas, presenti nei tessuti, come se esercitassero una pressione che spinge gli altri gas fuori del tessuto. Questa analogia non è corretta. La diffusione dei gas non dipende dal movimento di una massa di gas dovuto alla differenza di pressione del gas ma, piuttosto, dal movimento degli atomi o delle molecole dei singoli gas dovuto alla differenza di pressione parziale dei singoli gas. Le interazioni fra i singoli gas disciolti in soluzione non influenza la diffusione dei gas. Per esempio, la figura 1 mostra la diffusione del gas dal sangue al tessuto. Nella figura 1A, al momento 0, il sangue con pressione di elio (He) di 500 mmhg scorre in un capillare in un tessuto con una PHe pari a zero. A causa del movimento casuale, gli atomi d elio cominciano ad incontrare la membrana interna del capillare. Alcuni atomi d elio attraversano la membrana del capillare e raggiungono il tessuto da dove gli atomi possono diffondere ulteriormente nel tessuto stesso oppure ritornare indietro nel capillare. La direzione del movimento è un evento casuale, ma a questo punto, ci sono molti più atomi che attraversano la membrana del capillare muovendosi verso il tessuto che non viceversa, e la diffusione complessiva dell elio è dal capillare al tessuto. In un determinato momento, intermedio fra la figura 1A e la figura 1B, la PHe nel tessuto raggiungerà il valore di 250 mmhg. A questo punto, gli atomi d elio nel tessuto, incontrerebbero la membrana esterna del capillare, con una frequenza pari alla metà di quella con la quale gli atomi nel sangue incontrerebbero la membrana interna. La diffusione 2 / 6
2 Trasporto di gas nel sangue In ogni condizione, il sangue che attraversa i polmoni, cede CO2 e assorbe O2. In condizioni normali, ad 1 ATA, noi siamo saturi di N 2 e tracce d altri gas, così che non vi è differenza di pressione parziale per questi gas fra sangue e polmoni. Per la maggior parte delle funzioni fisiologiche, N 2 e tracce d altri gas, vengono ignorati e non vi è scambio di questi gas. Per i nostri scopi, è utile includere l azoto e tracce d altri gas così che questo ci aiuti ad illustrare come la finestra d ossigeno possa essere allargata. Nel seguito, le tracce di gas (principalmente argon), sono state incluse nell N 2 per semplificare la discussione e le figure. La 2 CO atmosferica è stata ignorata poiché rappresenta solo una frazione minima dell atmosfera. Quando respiriamo aria ad 1 ATA, l aria inspirata si muove giù per le vie aeree fino a raggiungere gli alveoli, le unità di scambio del gas dei polmoni. Quando il gas entra nei nostri polmoni diventa saturo di vapore acqueo che diluisce i gas inspirati. A 37 C la pressione parziale del vapore acqueo è 47 mmhg. La membrana degli alveoli non costituisce una barriera alla diffusione del gas ed i gas alveolari rapidamente raggiungono l equilibrio con il sangue che attraversa i capillari alveolari. Poiché gli alveoli sono spazi in contatto con l atmosfera, la somma delle pressioni parziali dei gas negli alveoli deve essere equivalente alla pressione ambiente. 2dal sangue agli alveoli; L ossigeno entrambi i processi si contribuiscono diffonde ad abbassare dagli alveoli la pressione parziale al sangue, dell ossigeno negli la alveoli CO(PO 2 ). La figura 2 mostra le pressioni parziali dei gas inspirati e dei gas alveolari per l aria. Ad 1 ATA, l aria di 159 secca mmhg; ha una tuttavia, PO raggiungendo l alveolo e equilibrandosi con il sangue, la PO La finestra ossigeno DIR Italia.it complessiva dell elio è ancora diretta verso il tessuto ma, ad una velocità pari alla metà di quella indicata in figura 1A. Al momento 0+X, l equilibrio è raggiunto e la pressione parziale dell elio (PHe) è pari a 500 mm Hg, sia nel tessuto che nel sangue (figura 1B). In condizioni d equilibrio gli atomi d elio continuano ad incontrare la membrana del capillare e diffondono nel tessuto, alla stessa velocità che avevano quando la pressione d elio nel tessuto era pari a zero. Tuttavia la diffusione complessiva dell elio ora è pari a 0, poiché gli atomi d'elio che attraversano la membrana delcapillare in un senso, sono pari a quelli che la attraversano in direzione opposta (contrassegnato dalle frecce della medesima lunghezza). Nella figura 1C è rappresentata una condizione simile alla figura 1A, ad eccezione del fatto che il sangue e il tessuto sono stati saturati con 500 mmhg di pressione parziale d azoto (PN2 ). N2 è in equilibrio e le sue molecole si diffondono, da e verso il sangue, con la stessa velocità. Supponendo che la pressione ambiente sia uguale o maggiore di 1000 mmhg, quando il sangue, con una PN 2 di 500 mm Hg e di He pari a 500 mm Hg scorre nel capillare, l elio si diffonde nel tessuto esattamente come nella figura 1A. Le molecole di N non bloccano la diffusione dell elio dal sangue al tessuto. Il gradiente di diffusione dell elio è 500 mm Hg in entrambe le figure 1A e 1C. Nella figura 1D l elio raggiungerà l equilibrio con il tessuto nello stesso tempo che impiega nel caso rappresentato dalla figura 1B. Quando un gas si diffonde attraverso un liquido, le interazioni delle molecole del gas con le molecole del liquido, prevalgono su ogni interazione gas-gas. Per esempio, se l acqua è satura con N2 a 1 ATA a 37 C, le molecole di N2 sono solo lo 0,01% del totale delle molecole (acqua e N 2 ). Se il quantitativo di N2 viene duplicato (2 ATA) allora le molecole di N2 aumentano solo fino allo 0,02% del totale delle molecole. Nella realtà, la possibilità d interazione fra N 2 e molecole di gas è ancora maggiore di quanto le percentuali riportate possano indicare, rispetto alla possibilità d interazione gas-gas, poiché il diametro delle molecole d acqua è più largo della maggior parte delle molecole di gas. Tuttavia, a causa delle interazioni solvente/soluto (acqua/gas), le molecole di gas disciolte tendono a rimanere circondate da molecole d acqua. Il concetto che le molecole, o gli atomi di gas disciolti, possano spingere le altre molecole di gas fuori del tessuto a causa delle interazioni gas-gas non è corretto. 3 / 6
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