Nell’industria subacquea le prestazioni dell’apparato respiratorio sono spesso definite come lavoro di respirazione. In questo contesto si intende generalmente il lavoro di un singolo respiro medio prelevato attraverso l’apparato specificato per determinate condizioni di pressione ambientale, ambiente subacqueo, portata durante il ciclo di respirazione e miscela di gas: i subacquei possono respirare gas respiratori ricchi di ossigeno per ridurre il rischio di malattia da decompressione o gas contenenti elio per ridurre gli effetti narcotici. L’elio ha anche l’effetto di ridurre il lavoro di respirazione riducendo la densità della miscela, sebbene la viscosità dell’elio sia frazionalmente maggiore di quella dell’azoto. Esistono norme per queste condizioni e per fare utili confronti tra gli apparecchi respiratori devono essere testati allo stesso standard.
Norme per il test dell’apparato respiratorio subacqueomodifica
- EN 250: 2014. Apparecchiatura respiratoria – Apparecchio per immersione ad aria compressa autonomo a circuito aperto-Requisiti, test, marcatura.
- EN 14143:2013. Apparecchiature respiratorie. Autorespiratore
- EN 15333 -1: 2008 COR 2009 – Apparecchio respiratorio – Apparecchio subacqueo a gas compresso in dotazione ombelicale a circuito aperto-Parte 1: Apparato di domanda.
- BS 8547:2016 definisce i requisiti per la domanda di regolatori per essere utilizzato a profondità superiore a 50 m.
le Variazioni e gestione del lavoro di breathingEdit
i Fattori che possono influenzare il lavoro di respirazione di un underwater breathing apparatus includere la densità e la viscosità del gas, portata, pressione di apertura (il differenziale di pressione necessario per aprire la valvola a domanda), e la pressione di ritorno oltre valvole di scarico.
Il lavoro di respirazione di un subacqueo ha una componente fisiologica così come la componente dell’attrezzatura. per una determinata miscela di gas respiratori, la densità aumenterà con un aumento della profondità. Una maggiore densità di gas richiede uno sforzo maggiore per accelerare il gas nella transizione tra inspirazione ed espirazione. Per ridurre al minimo il lavoro di respirazione, la velocità del flusso può essere ridotta, ma ciò ridurrà RMV a meno che la profondità della respirazione non sia aumentata per compensare. La respirazione profonda lenta migliora l’efficienza della respirazione aumentando il turnover del gas negli alveoli e lo sforzo deve essere limitato per abbinare il trasferimento di gas possibile dal RMV che può essere mantenuto comodamente per lunghi periodi. Il superamento di questo sforzo continuo massimo può condurre all’accumulazione dell’anidride carbonica, che può causare il tasso di respirazione accelerato, con turbolenza aumentata, piombo all’efficienza più bassa, RMV riduttore ed al più alto lavoro di respirazione in un ciclo positivo di risposte. A profondità estreme questo può verificarsi anche a livelli relativamente bassi di sforzo, e può essere difficile o impossibile rompere il ciclo. Lo stress risultante può essere una causa di panico in quanto la percezione è di una fornitura di gas insufficiente a causa dell’accumulo di anidride carbonica, sebbene l’ossigenazione possa essere adeguata.
Carico polmonare statico negativo aumenta il lavoro di respirazione e può variare a seconda della profondità relativa del diaframma regolatore ai polmoni in apparecchiature a circuito aperto, e la profondità relativa del controlungo ai polmoni in un rebreather.
La densità del gas a pressione ambiente è un fattore limitante sulla capacità di un subacqueo di eliminare efficacemente l’anidride carbonica in profondità per un dato lavoro di respirazione. A pressione ambiente aumentata la densità aumentata del gas respirante causa la maggior resistenza delle vie aeree. La massima ventilazione di esercizio e la massima ventilazione volontaria sono ridotte in funzione della densità, che per una data miscela di gas è proporzionale alla pressione. La massima ventilazione volontaria è approssimata da una funzione radice quadrata della densità del gas. La portata di espirazione è limitata dal flusso turbolento indipendente dallo sforzo. Una volta che ciò si verifica ulteriori tentativi di aumentare la portata sono attivamente controproducenti e contribuiscono a un ulteriore accumulo di anidride carbonica. Gli effetti del carico polmonare statico negativo sono amplificati dall’aumento della densità del gas.
Per ridurre il rischio di ipercapnia, i subacquei possono adottare un modello di respirazione più lento e profondo del normale piuttosto che veloce e superficiale, in quanto ciò fornisce il massimo scambio di gas per unità di sforzo riducendo al minimo la turbolenza e gli effetti dello spazio morto.
Ritenzione e tossicità dell’anidride carbonica
L’anidride carbonica è un prodotto del metabolismo cellulare che viene eliminato dallo scambio di gas nei polmoni durante la respirazione. Il tasso di produzione è variabile con lo sforzo, ma c’è un minimo di base. Se il tasso di eliminazione è inferiore al tasso di produzione, i livelli aumenteranno e produrranno sintomi di tossicità come mal di testa, mancanza di respiro e disturbi mentali, alla fine perdita di coscienza, che può portare ad annegamento. In immersione ci sono fattori che aumentano la produzione di anidride carbonica (sforzo), e fattori che possono compromettere l’eliminazione, rendendo i subacquei particolarmente vulnerabili alla tossicità di anidride carbonica.
L’ossigeno viene consumato e l’anidride carbonica prodotta nelle stesse quantità sott’acqua che in superficie per la stessa quantità di lavoro, ma la respirazione richiede lavoro, e il lavoro di respirazione può essere molto maggiore sott’acqua, e il lavoro di respirazione è simile ad altre forme di lavoro nella produzione di anidride carbonica.
La capacità di un subacqueo di rispondere agli aumenti del lavoro di respirazione è limitata. Man mano che il lavoro di respirazione aumenta, l’anidride carbonica aggiuntiva prodotta nel fare questo lavoro spinge verso l’alto la necessità di un tasso di eliminazione più elevato, che è proporzionale alla ventilazione, nel caso di anidride carbonica trascurabile nell’aria inspirata.
La produzione di anidride carbonica da parte dei tessuti è una semplice funzione del metabolismo dei tessuti e del consumo di ossigeno. Maggiore è il lavoro svolto in un tessuto, maggiore sarà il consumo di ossigeno e maggiore sarà la produzione di anidride carbonica. La rimozione dell’anidride carbonica negli alveoli dipende dal gradiente di pressione parziale per la diffusione dell’anidride carbonica tra il sangue e il gas alveolare. Questo gradiente viene mantenuto dal lavaggio di anidride carbonica dagli alveoli durante la respirazione, che dipende dalla sostituzione dell’aria negli alveoli con più anidride carbonica dall’aria con meno anidride carbonica. Più aria si muove dentro e fuori degli alveoli durante la respirazione, più anidride carbonica viene espulsa e maggiore è il gradiente di pressione tra il sangue venoso e il gas alveolare che guida la diffusione di anidride carbonica dal sangue. Il mantenimento dei corretti livelli di anidride carbonica dipende in modo critico da un’adeguata ventilazione polmonare e ci sono molteplici aspetti dell’immersione che possono interferire con un’adeguata ventilazione dei polmoni.
Misurazione delle prestazioni del respiratore subacqueo
La macchina ANSTI viene utilizzata per il test automatico del respiratore subacqueo.