Autorespiratori a riciclo: a che punto siamo?

P. Longobardi1
Master Medicina Subacquea
Iperbarica - SSSA, Pisa (I)
AutoRespiratori a Riciclo
(«Rebreathers»): a che
punto siamo?
Pasquale Longobardi
Centro Iperbarico Ravenna
Docente Scuola Superiore S. Anna (PI)
Accademia Scienze e Tecniche Subacquee
E-mail: segreteria@iperbaricoravenna.it

P. Longobardi2

P. Longobardi3
MEGALODONJJ CCR
SF2 LIBERTY
Dave Thompson

P. Longobardi4
sicurezza
bassa pDCI (ARR-C)
• decompressione con ppO2
costante
• minore stress in
immersione (maggiore
autonomia; non si devono
cambiare miscele)
• la reazione chimica nel filtro
produce umidità e calore

P. Longobardi5
subacquea lavorativa
Norsk YrkesDykkerskole (NYD)
4 sensori O2
2 filtri CO2
ARR alimentato e
controllato dalla
superficie
(ombelicale)

P. Longobardi6
FILTRO
AAO/Trimix
C. Balestra
AutoRespiratore a Riciclo semichiuso
AAO «nitrox» (max 40 mt); trimix
CO2
sacco
polmone
frazione di ossigeno

P. Longobardi7
miscela respiratoria ARR-SC
• sicura: valore fO2 tra 0,27 e la fO2 nel circuito
respiratorio necessaria a rimanere, alla massima
profondità, entro una ppO2 massima di 1,6 atm
(EN 14143)
• stabile: la fO2 nel sacco deve variare al massimo
di tre punti
es. OEA36>> minimo OEA33 al max sforzo
La miscela nel circuito è tanto più stabile quanto
maggiore è il flusso di reintegro
evitare di tenere basso il flusso per risparmiare miscela

P. Longobardi8
L’ARR-SC manuale: flusso basso,
rischio ipossia in risalita
ARR-SC con AAO40, flusso 5 l/min,
consumo O2 di 1.75 l/min,
a 30 metri, nel sacco polmone vi è FiO2
7,7% (= ppO2 0,3 atm a 4 ATA)
(ipossia per risalita in emergenza)
in caso di sforzo in
immersione, monitorare
attentamente la ppO2 nel
sacco polmone dell’ARR-SC

P. Longobardi9
FILTRO
DILUENTE
OSSIGENO
CONTROLLO
AutoRespiratore a Riciclo chiuso
C. BalestraCO2
sacco
polmone
pressione parziale di ossigeno

P. Longobardi10
Cause di incidente con ARR
1. errore umano (mancata PREVENZIONE)
− formazione, esperienza (ore immersione/specifico ARR)
2. Perdita assetto (aumento dei volumi sacco, muta stagna)
− giusta zavorra (evitare eccesso zavorra); GAV solo x sicurezza;
sul fondo: prepararsi all’aumento dei volumi in risalita
3. problemi con i gas (tossicità CO2, ipossia)
– test pre-immersione; elettronica + logica (fisica); team.
4. malfunzionamento del filtro
− Test pre-immersione; rispettare le regole cambio assorbente CO2
5. elettronica difettosa
− Tecnologia; logica (es. flusso O2 continuo: ARR-C >> ARR-SC)

P. Longobardi11
guasto ARR in immersione:
usare la logica
• Chiudere il boccaglio ARR
• Passare temporaneamente al bail-
out
• Rimanere in quota e iniziare
procedura controllo ARR
• Se il problema non venisse
individuato o risolto: risalita in
emergenza, “controllata”
• compagno svenuto: mantenere
boccaglio bail out (gran facciale?)
Rebreather Forum 3 (RF3) Orlando (USA) 18-20 maggio 2012

P. Longobardi12
simulatore ARR
Carleton MK 16
50% errori di malfunzionamento nei segnali del
sensore (2076 allarmi errati su 4179)
elettronica

P. Longobardi13
Caso 1: MK 16
subacqueo con perdita di coscienza

P. Longobardi14
Caso 2:Incidente con EX-19
• Umidità della condensa aveva coperto
superficie sensori O2 (sensori “bloccati”)
• L’O2 intrappolato sulla superficie dei sensori
viene consumato lentamente
• L’ARR non aggiungeva O2 mentre il
subacqueo, in realtà, lo consumava.
• In assenza di allarme, il sub ebbe insufficienza
respiratoria da grave ipossia
Technical Diving Conference, Durham (USA) 18-19.01.2008

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250 ml O2/minuto
200 ml CO2/minuto
(40 ml/l x 5 l gittata cardiaca)
ARR
macchina + uomo

P. Longobardi17
Relazione tra effetti fisiologici,
concentrazione CO2 e periodo di esposizione
Credit: Permission granted by Best Publishing Company (NOAA Diving Manual 4th Ed.) Flagstaff, AZ
Tossicità da anidride carbonica(atm)

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Finestra dell’ossigeno
pH urine / anidride carbonica

P. Longobardi19
"ritenzionista» di anidride carbonica
«pinneggia tranquillo in prossimità di un precipizio
chiamato ipercapnia e una serie fattori, sempre presenti,
tendono a spingerlo oltre l'orlo».
Fabio Faralli

P. Longobardi20
la tossicità da ossigeno dipende
dalla ppCO2
se ppCO2 40 mmHg (normale):
ppO2 1,6 (ok)
41-45 mmHg (ritenzione moderata):
ppO2 1,4
oltre 45 mmHg (ritenzione grave):
ppO2 1,2
ppCO2 sconosciuta: max ppO2 1,4

P. Longobardi21
Fattori che aumentano CO2
• Profondità (fattori fisici e fisiologici):
 aumenta densità miscela (+ lavoro respiratorio);
 ridistribuzione flusso ematico nei polmoni;
 alterato scambio gassoso alveolare e trasporto ematico
• Nuoto in immersione: sbilanciamento idrostatico
(configurazione, assetto, trim point) >> scooter; trattenere
respiro
• Intrinseci all'ARR: resistenze al flusso; spazi morti; carico
elastico dei sacchi polmone; caratteristiche del filtro
(radiale, longitudinale, dimensioni, gestione flusso)

P. Longobardi22
L’efficacia del filtro dipende dal tempo,
miscela, umidità, temperatura,
(± acqua / condensa)

P. Longobardi23
Tossicità anidride carbonica
cosa fare
– Stare fermi, in riposo, respirare profondamente,
ventilare “se stessi” e l’ARR.
– il ricambio della miscela, di solito, risolve rapidamente
la tossicità da anidride carbonica
• nota: il mal di testa da ipercapnia può durare per
diverso tempo
– Recupero e soccorso del subacqueo incosciente

P. Longobardi24
Anesthesiology 2010; 112:1503–10
Prof. Stephen Thom, University of
Pennsylvania (USA)
Miscele ossigeno/elio nel controllo delle
citochine, in particolare nell’attività subacquea
Current Drug Targets 2015; 16(8):786-92
L’elio ha un’azione protettiva

P. Longobardi25
Meccanismi di azione dell’elio
• Eliminazione dell’azoto (nitrogen wash out theory).
particelle < 1500 dalton
• L'elio ha effetto protettivo ostacolando l'apertura dei
mitochondrial Permeability Transition Pore (mPTP),
attraverso lieve acidosi , riduzione dello stress
ossidativo (RLO) e miglioramento del potenziale redox

P. Longobardi26
Trimix (vs aria):
MP (citochine) più piccole e meno lesive
aria (4a imm.)
26/30 mt (23 sub)
trimix (4a imm.)
74 mt ppO2 1,2 (3 sub)
0,1 -1 μ >1 μ 0,1 -1 μ >1 μ
Stephen Thom
2000 MP/ml
> 100 µm

P. Longobardi27
0
5
10
15
20
25
30
Tek Dive Rec Dive Swim DCS (Tek)
MIP-1β (pg/ml)
Pre
Post
risalita in emergenza (Trimix)
iperglicemia urine
RANTES
(pg/ml)
Decompression Profiles
(SSSA Pisa, Univ. BO, Centro iperbarico Ravenna)
Enzo Spisni

P. Longobardi28
L’OSSIGENO E’ VITALE
flusso di sangue 5 litri/minuto
tempo di transito 0,3 sec
spessore membrana alveolare 0,005 mm
area di scambio 100 m2
gradiente O2 tra vene e
alveolo (ppO2)
45 mmHg
moli di O2 scambiato = area di scambio x ∆ppO2 x tempo transito
spessore membrana
moli di O2 scambiato = 100 x 45 x 0,3 = 270.000 / minuto
0,005
%
ppO2

P. Longobardi29
ARR: ipossia
Rebreather Forum 3 (RF3) Orlando (USA) 18-20 maggio 2012
• 2 circuiti elettronici
• 4 sensori ossigeno (indicatore mV)
•diversa tipologia di sensore
• monitor passivo per analisi O2 Micro Sensori a
Stato Solido
(O2, CO2)
richiedono
riscaldamento
(550°C/650°C);
basso consumo/
durata quasi infinita
Arne Sieber

P. Longobardi30
alta pp di ossigeno e azoto
causano infiammazione
Yang M, Thom S. et al.
«Oxygen-Nitrogen Mixtures
and Decompression Stress». J
Appl Physiol June 2015
(su topo, -69 mt/2h)
Le MP sono il doppio nei topi
compressi asintomatici vs
controllo.
Si normalizzano 24 ore dopo
l’immersione

P. Longobardi31
Alta ppO2 e azoto attivano l’espressione
dei geni della infiammazione
•Lo stress decompressivo attiva 50 geni (eNOS)
responsabili di infiammazione, risposta immunitaria,
apoptosi (sucidio programmato di cellule danneggiate)
Eftedal, Physiol Genomics 45:965, 2013
•L’iperossia è il principale innesco per la espressione genica
della infiammazione.
Kernagis DN, 2013
Buone Prassi OSS: miscela arricchita di ossigeno limite
massimo ppO2 1,4 atm
(1,2 atm per immersioni impegnative)

P. Longobardi32
DMAC 04: FiO2 in bail-out subacquea industriale
Range profondità per diversa % O2 (eq. Morrison-Reimers).
Bombola bail-out 14 lt; 300 bar (4°C);
ventilazione 75 l/min = consumo O2 3 l/min
% O2
Profondità
minina (mt)
Profondità
massima (mt)
Range ppO2
(kPa)
21

P. Longobardi33
scelta della miscela (ossigeno)
PRO
ppO2 più alta riduce il tempo
di decompressione e aumenta
la protezione verso eventuali
errori nella decompressione
(non significativo in
immersione tecnica con ARR)
CONTRO
• vasocostrizione riduce
perfusione e scarico inerte
• tossicità da ossigeno
endotelio con danno a
lungo termine
• innesco infiammazione
ARR-C: pressione parziale di ossigeno costante 1,2 atm
circuito aperto: 1,2 atm sul fondo; minimo 0,5 atm alla
quota cambio (specialmente se TDT > 30’)
ottimizzare le mix fase x ridurre tempo decompressione

P. Longobardi34
Lavaggio con aria del sacco polmone
• Obiettivo: ridurre, ragionevolmente, tempo deco.
• quota di cambio, quale miscela, quale modalità
dipendono da profondità massima e tempo di
fondo (utile oltre -100 mt, tempo lungo)
• -30 mt insufflare progressivamente aria nel sacco,
senza effettuare il lavaggio completo per evitare
azzeramento della ppHe; a -21 mt settare il
computer (aria come diluente) e aumentare ppO2
a 1,5 bar per 5 minuti (poi 1,3 bar fino al cambio
in ossigeno puro a – 6 mt)

P. Longobardi35
Supersaturation
∆ 0,4 atm
controdiffusione orecchio interno nel passaggio da eliox a
trimix durante decompressione da saturazione
Lambertsen CJ, Idicula J. J Appl Physiol, 1975
PDD orecchio interno da errato
cambio miscela fase a circa -30 mt

P. Longobardi36
Computer subacquei
immersione tecnica (ARR)
Open Source
(OSDC)
Deep Ideas Ltd
(USA) DR5
prof. max 350 mt.
tre sensori O2,
batteria 20h ricarica
USB

P. Longobardi37
Raccomandazioni uso ARR
head up display
SHEARWATER
– CREDERCI: superare l’iniziale diffidenza
– molte ore immersioni con proprio ARR
• Attenzione meticolosa alla PREVENZIONE:
– buon stato di salute e forma fisica
– manutenzione e preparazione ARR
• Il compagno di immersione (ARR)
– conoscere le procedure ARR
– saper gestire le emergenze ARR
• Utile granfacciale,
Head Up Display , scooter subacqueo

P. Longobardi38
Lista dei desideri
per l’analisi degli incidenti ARR
• Come minimo: registrazione dato
sensori O2 e CO2 in tutti gli ARR
• Ideale: registrazione dati della
valvola solenoide (ADV) e della
attivazione degli allarmi.
• In definitiva: una “scatola nera”
subacquea.
Rebreather Forum 3 (RF3), Orlando 18-20 maggio 2012

P. Longobardi39
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