Quando pianifichiamo un’immersione siamo abituati a parlare di profondità, pressione, consumo, decompressione, pressione parziale dell’ossigeno e narcosi da azoto. Nella subacquea tecnica entrano poi in gioco concetti come MOD, END, CNS, OTU e scelta della miscela.
Esiste però un altro parametro, molto meno conosciuto, che può influenzare direttamente la sicurezza del subacqueo:
la densità del gas respirato.
Non si tratta di un dettaglio teorico. All’aumentare della profondità aumenta la densità del gas e, con essa, può aumentare il lavoro necessario per respirarlo. Questo fenomeno può limitare la ventilazione e favorire la ritenzione di anidride carbonica, soprattutto quando il subacqueo compie uno sforzo. La letteratura fisiologica identifica infatti l’elevata densità del gas come uno dei fattori che contribuiscono alla ritenzione di CO₂ durante l’immersione.
Che cosa significa “densità del gas”?
La densità indica quanta massa di gas è contenuta in un determinato volume e viene normalmente espressa, nel contesto subacqueo, in grammi per litro (g/L).
A pressione atmosferica i diversi gas hanno densità molto differenti.
Indicativamente:
| Gas | Densità a circa 1 ATA |
|---|---|
| Elio | 0,179 g/L |
| Azoto | 1,251 g/L |
| Ossigeno | 1,428 g/L |
| Aria | 1,293 g/L |
Questi valori mostrano immediatamente una caratteristica fondamentale: l’elio è enormemente meno denso dell’azoto e dell’ossigeno. È uno dei motivi per cui il suo impiego nelle miscele profonde non riguarda soltanto la riduzione della narcosi, ma può essere importante anche per ridurre il lavoro respiratorio.
Cosa succede quando scendiamo?
Un erogatore subacqueo deve fornire al subacqueo gas a una pressione sostanzialmente corrispondente alla pressione ambiente.
Scendendo, quindi, il gas che respiriamo diventa progressivamente più denso.
In termini semplificati:
densità alla profondità = densità del gas in superficie × pressione assoluta
A circa 30 metri in acqua di mare siamo approssimativamente a 4 ATA.
Utilizzando il valore di 1,293 g/L per l’aria:
1,293 × 4 = circa 5,17 g/L
Il gas che stiamo muovendo attraverso erogatore, vie aeree e polmoni è quindi molto più denso rispetto a quello che respiriamo in superficie. I proceedings NOAA dedicati ai rebreather riportano proprio circa 5,17 g/L per l’aria a 30 metri.
Ed è qui che il problema comincia a diventare interessante.
Densità e Work of Breathing
Il Work of Breathing, spesso abbreviato in WOB, è il lavoro necessario per compiere il ciclo respiratorio.
Il subacqueo deve vincere varie resistenze:
- quelle fisiologiche delle proprie vie respiratorie;
- quelle dell’erogatore;
- quelle eventualmente introdotte da tubi, valvole e circuito respiratorio;
- nel rebreather, anche quelle associate al passaggio del gas attraverso il circuito e il materiale assorbente della CO₂.
Quando la densità aumenta, diventa più difficile spostare rapidamente grandi quantità di gas.
Questo significa che, soprattutto durante uno sforzo, può diventare progressivamente più difficile aumentare la ventilazione nella misura richiesta dall’organismo.
La relazione è particolarmente importante perché gli esperimenti e l’esperienza nell’ambiente iperbarico mostrano che l’elevata densità del gas può ridurre la ventilazione massima ottenibile e favorire la ritenzione di CO₂.
Il vero nemico può diventare la CO₂
Durante l’attività fisica il nostro metabolismo produce anidride carbonica.
Più lavoriamo, maggiore sarà normalmente la produzione metabolica di CO₂ e maggiore dovrà essere la ventilazione necessaria per eliminarla.
Immaginiamo allora un subacqueo che si trovi in profondità e debba:
- nuotare contro corrente;
- trascinare un’attrezzatura;
- aiutare un compagno;
- recuperare un oggetto;
- affrontare una situazione imprevista;
- pinneggiare rapidamente;
- gestire uno scooter guasto;
- combattere contro un assetto non corretto.
Il metabolismo aumenta.
La produzione di CO₂ aumenta.
L’organismo cerca di aumentare la ventilazione.
Ma il gas è denso e il sistema respiratorio può avere difficoltà a incrementare ulteriormente il flusso.
Si crea quindi una combinazione poco favorevole:
maggiore produzione di CO₂ + maggiore resistenza respiratoria + capacità ventilatoria limitata.
La ritenzione di CO₂, o ipercapnia, è un rischio riconosciuto nell’immersione e può essere aggravata dall’aumento della densità del gas respiratorio e dal lavoro respiratorio imposto dall’apparato.
L’ipercapnia può diventare rapidamente pericolosa
L’aumento della CO₂ nell’organismo non significa semplicemente “avere il fiatone”.
Può essere associato a:
- sensazione di fame d’aria;
- respirazione molto intensa;
- cefalea;
- ansia;
- riduzione della capacità di concentrazione;
- confusione;
- deterioramento delle prestazioni;
- panico;
- perdita di capacità operativa.
Un aspetto particolarmente insidioso è che alcuni soggetti possono accumulare CO₂ senza percepire immediatamente sintomi proporzionati alla gravità della situazione. Nella letteratura sono descritti casi sperimentali di significativa ritenzione di CO₂ accompagnata inizialmente da sintomatologia sorprendentemente modesta, con successivo grave deterioramento delle prestazioni.
Sott’acqua questo rappresenta un problema evidente: quando il subacqueo comprende che qualcosa non va, la sua capacità decisionale potrebbe essere già compromessa.
5,2 e 6,2 g/L: due numeri interessanti
Uno degli sviluppi più interessanti della fisiologia applicata alla subacquea tecnica riguarda il tentativo di stabilire valori prudenziali per la densità del gas.
Nei proceedings del workshop Rebreathers and Scientific Diving, pubblicati da NOAA, viene proposta come indicazione prudenziale:
densità ideale massima: circa 5,2 g/L
e
densità massima da non superare normalmente: circa 6,2 g/L.
La stessa documentazione evidenzia che, nei dati sperimentali analizzati, vicino e oltre i 6 g/L aumentava sensibilmente la frequenza di fallimenti associati a pericolosa ritenzione di CO₂ durante lavoro subacqueo.
Questi valori non devono essere interpretati come un interruttore:
5,19 g/L = sicuro
5,21 g/L = pericoloso
La fisiologia umana non funziona in questo modo.
Sono piuttosto indicatori utili per la pianificazione, soprattutto nelle immersioni profonde, tecniche e con rebreather.
La letteratura più recente continua a utilizzare circa 5,2 g/L come valore ideale e 6,2 g/L come massimo raccomandato di riferimento.
E l’aria?
Qui arriva un particolare che dovrebbe interessare anche il subacqueo che non usa trimix.
L’aria raggiunge circa 5,17 g/L già intorno ai 30 metri.
Quindi il problema della densità non comincia necessariamente nelle immersioni “estreme”.
È vero che migliaia di immersioni vengono effettuate quotidianamente ad aria a profondità comprese tra 30 e 40 metri senza incidenti respiratori.
Questo non rende però irrilevante il fenomeno.
Significa piuttosto che a quelle profondità diventa ancora più importante evitare:
- sforzi intensi;
- erogatori inefficienti;
- configurazioni che aumentano inutilmente il lavoro respiratorio;
- sovraccarico di attrezzatura;
- cattivo assetto;
- pinneggiata inefficiente;
- situazioni nelle quali sia necessario “combattere” contro la corrente.
Nitrox: meno azoto non significa necessariamente gas meno denso
Un errore concettuale possibile consiste nel pensare:
“Se riduco l’azoto, il gas sarà più leggero.”
Non necessariamente.
Nel Nitrox l’azoto viene sostituito principalmente con ossigeno, che è leggermente più denso dell’azoto.
Pertanto il Nitrox non rappresenta una soluzione al problema della densità del gas.
Il vantaggio principale del Nitrox riguarda la riduzione dell’esposizione all’azoto per un determinato profilo, non la diminuzione del Work of Breathing.
Per ridurre significativamente la densità nelle immersioni profonde occorre introdurre un gas molto più leggero.
Ed è qui che entra in gioco l’elio.
Perché l’elio cambia tutto
La densità dell’elio a circa 1 ATA è intorno a 0,179 g/L, rispetto a circa 1,251 g/L dell’azoto.
La differenza è enorme.
Inserendo elio nella miscela possiamo quindi ridurre contemporaneamente:
- la frazione di azoto;
- l’effetto narcotico attribuito all’azoto;
- la densità complessiva del gas;
- parte del lavoro respiratorio associato alle elevate densità.
Questo permette di comprendere perché scegliere una miscela Trimix esclusivamente in funzione dell’Equivalent Narcotic Depth non sia sempre sufficiente.
Una miscela potrebbe avere una END considerata accettabile e avere comunque una densità non ottimale.
La raccomandazione emersa dal workshop NOAA è infatti molto chiara sul principio: durante la pianificazione delle immersioni profonde la densità dovrebbe essere calcolata come parametro autonomo, insieme a PO₂ e narcosi.
Come si calcola la densità di un Trimix?
Prendiamo un esempio riportato nella documentazione NOAA:
Trimix 16/50
quindi:
- 16% ossigeno;
- 50% elio;
- 34% azoto.
La densità della miscela a 1 ATA può essere stimata calcolando il contributo di ogni componente:
O₂:
0,16 × 1,428 ≈ 0,23 g/L
He:
0,50 × 0,179 ≈ 0,09 g/L
N₂:
0,34 × 1,251 ≈ 0,43 g/L
Totale:
circa 0,75 g/L a 1 ATA
A 70 metri, assumendo circa 8 ATA:
0,75 × 8 = circa 6,0 g/L
L’esempio mostra perfettamente perché l’elio diventa così importante: nonostante una profondità di 70 metri, la densità può essere mantenuta nell’ordine di 6 g/L aumentando adeguatamente la frazione di elio.
Open circuit e rebreather: il problema riguarda entrambi
La densità viene spesso discussa parlando di CCR, ma non deve essere considerata esclusivamente un problema dei rebreather.
Anche in circuito aperto il gas deve attraversare:
- primo stadio;
- secondo stadio;
- bocchino;
- vie respiratorie.
E il subacqueo deve comunque muovere un gas progressivamente più denso.
Nel CCR si aggiungono invece ulteriori elementi del circuito respiratorio, come loop e scrubber, che possono contribuire alla resistenza.
I dati analizzati nel workshop NOAA mostravano un andamento simile dell’aumento dei problemi legati alla CO₂ con elevate densità anche nelle prove con apparati open circuit.
Attenzione allo sforzo
Esiste una conseguenza pratica fondamentale.
Più siamo profondi, meno dovremmo pretendere dal nostro organismo in termini di lavoro fisico.
L’immersione profonda non dovrebbe essere il luogo dove dimostrare quanto forte sappiamo pinneggiare.
Una buona tecnica riduce enormemente il carico:
- assetto corretto;
- trim orizzontale;
- configurazione idrodinamica;
- pinneggiata efficiente;
- velocità moderata;
- corretta pianificazione;
- uso razionale di DPV quando previsto.
Nei proceedings NOAA viene esplicitamente sottolineato come lo sforzo elevato aumenti la produzione di CO₂ e come il carico fisico debba essere considerato nella pianificazione dell’immersione.
Anche l’erogatore conta
Un ottimo gas respirato attraverso un sistema che oppone una forte resistenza rimane una cattiva combinazione.
Gli erogatori utilizzati nelle immersioni profonde devono quindi essere:
- adatti alle condizioni previste;
- correttamente revisionati;
- configurati secondo le indicazioni del costruttore;
- privi di malfunzionamenti che possano aumentare lo sforzo inspiratorio.
Un erogatore che “sembra soltanto un po’ duro” in superficie può diventare molto più problematico quando gli viene richiesto di fornire grandi volumi di gas denso durante uno sforzo in profondità.
Il messaggio importante
Per decenni molti subacquei hanno pianificato le immersioni profonde concentrandosi principalmente su tre parametri:
decompressione, narcosi e ossigeno.
Oggi sappiamo che sarebbe opportuno aggiungerne almeno un quarto:
la densità del gas.
Non perché ogni immersione richieda complicati calcoli matematici, ma perché il concetto cambia il nostro modo di ragionare.
La domanda non dovrebbe essere soltanto:
“Posso respirare questa miscela a quella profondità?”
ma anche:
“Quanto sarà densa quella miscela alla massima profondità e quale lavoro respiratorio potrebbe richiedere?”
È una distinzione sottile, ma importante.
Conclusioni
La densità del gas è uno dei parametri meno intuitivi della pianificazione subacquea, ma diventa progressivamente più importante aumentando profondità e carico di lavoro.
L’aumento della pressione rende il gas più denso; un gas più denso aumenta la resistenza al flusso e può limitare la capacità ventilatoria. Se contemporaneamente aumenta la produzione metabolica di CO₂, il subacqueo può trovarsi nelle condizioni favorevoli alla ritenzione di anidride carbonica.
Nelle immersioni profonde la scelta dell’elio non dovrebbe quindi essere vista unicamente come uno strumento per controllare la narcosi.
È anche uno strumento per controllare la densità del gas e mantenere accettabile il lavoro respiratorio.
Ed è forse questa la lezione più importante:
sott’acqua non conta soltanto che cosa respiriamo. Conta anche quanto è difficile respirarlo.
Questo articolo ha finalità divulgative e non sostituisce addestramento, procedure dell’organizzazione didattica, indicazioni del costruttore dell’attrezzatura o valutazioni di medicina subacquea.
