REGISTRAZIONE DI PARAMETRI BIOLOGICI IN CAMERA IPERBARICA

L. Ricciardi

La camera iperbarica è una struttura pressurizzabile mediante immissione di aria compressa, con possibilità di respirazione di ossigeno a fini terapeutici o decompressivi, tramite mascherino oro/nasale. Ne esistono di ogni forma e dimensione, ambulatoriali e portatili, monoposto e pluriposto. Nel nostro caso abbiamo utilizzato sia una camera monoposto autotrasportabile, sia una più grande containerizzata.

La camera è una gabbia di Faraday e perciò scherma il passaggio di onde elettromagnetiche tanto dall’esterno all’interno, quanto dall’interno all’esterno. Un tempo era possibile registrare segnali biologici dall’esterno soltanto per mezzo di una connessione via cavo fra lo strumento registrante, all’interno della camera, e quello ricevente, dotato di memoria, all’esterno. Per far ciò era necessario aprire un cosiddetto passaggio a scafo, cioè una soluzione di continuo nella parete della camera, che consentisse il passaggio dei fili. Più tardi, con l’avvento della tecnologia Holter, è stato possibile registrare su memoria di massa un gran numero di segnali biologici all’interno della camera, che venivano poi letti e analizzati off-line, cioè in un secondo tempo, senza la possibilità quindi di intervenire nel caso si manifestassero eventi indesiderati nella registrazione. Da ultimo, con l’introduzione della tecnologia Bluetooth^®, è stato possibile registrare su memoria come in un Holter, contemporaneamente trasmettendo la registrazione via radio, attraverso il plexiglass di un oblò, a un computer fuori camera, con possibilità dunque di leggere in tempo reale i dati e intervenire in caso di necessità.

Questo è quanto è stato fatto nella nostra ricerca, tramite un sistema di registrazione elettroencefalografica (Neurotravel SMART/GEM 100, ATES/Eb Neuro, Verona I) estremamente compatto, per l’acquisizione di tracciati EEG in modalità remota (telemetria). Gli elettrodi erano contenuti in una cuffia di acquisizione "Dense array EEG recording NET" a 32 canali per montaggi affidabili e stabili nel tempo. La cuffia (Electrical Geodesic Inc., Eugene, USA) permetteva il montaggio degli elettrodi ad AgCl sul soggetto in tempi estremamente ridotti, senza necessità di abrasione o pulizia della cute. Per quanto riguarda la respirazione di ossigeno tramite mascherino oro/nasale, in presenza di uno strumento alimentato a batteria il cui voltaggio è 3.7 V - quindi a cosiddetta bassissima tensione - la percentuale di ossigeno dentro la camera è stata mantenuta entro il 22 % tramite lavaggio continuo della camera.

La finalità generale della presente ricerca è il miglioramento della performance e della sicurezza degli operatori subacquei nell’ambito delle attività subacquee svolte con impiego di varie miscele respiratorie (Autorespiratore a ossigeno ARO, Autorespiratore ad aria ARA, Rebreather, cioè altri respiratori a circuito chiuso o semichiuso, ideali per l’utilizzazione di miscele diverse dall’aria compressa, segnatamente a concentrazione nota di ossigeno, azoto e elio). Inoltre, facendo seguito a studi precedentemente portati avanti dal gruppo, una seconda finalità è rappresentata dalla prevenzione degli effetti di tossicità dell’ossigeno e di narcosi da gas inerte.

Il primo obiettivo di questo studio era di vagliare le modificazioni EEG che intercorrono durante una fase di respirazione ad ossigeno a 18 m di quota, interposta fra due periodi di respirazione ad aria.

Sono stati studiati 11 operatori subacquei/palombari (età media 46.2 ±4.9 anni), ognuno dei quali ha eseguito tre immersioni in camera iperbarica. Il profilo dell’immersione prevedeva: 20 min ad aria; discesa a 18 m ad aria; test a ossigeno (2.8 ATA) della durata di 20 min; risalita in superficie sempre a ossigeno e successivi 20 min ad aria, per un totale di circa 1 h. Velocità di discesa e risalita 9 m min^-1 (circa 2 min).

I risultati sul piano elettroencefalografico non sono tema di questa relazione, ma se ne può desumere un’influenza della respirazione di ossigeno iperbarico sui ritmi dominanti in stato di riposo: una diminuzione dei ritmi lenti δ e ϑ nelle regioni corticali posteriori come segno di vasocostrizione, seguita da vasodilatazione con aumento dell’attività α nelle regioni centrali.

Vi sono altri segnali biologici registrabili in camera iperbarica, che possono risultare di utilità nella creazione di un profilo degli operatori subacquei; in particolare, avendo a disposizione quattro o più canali dedicati in un registratore EEG, è possibile derivare un segnale elettrocardiografico, come con un normale Holter ECG e, eventualmente, altri segnali, quali la saturazione del sangue arterioso per l’ossigeno (SaO₂) e lo spirogramma. Nel monitoraggio “sul campo” di grandezze fisiologiche durante attività subacquea, molto è stato fatto finora da parte del gruppo della Scuola Sant’Anna e dell’Istituto di Fisiologia clinica del CNR di Pisa. Questi Ricercatori hanno messo a punto strumenti subacquei stagni e pressoresistenti in grado di registrare l’ECG, la SaO_2, la pressione arteriosa (sfigmomanometro), e di eseguire ecocardiografie e spirometrie subacquee.

La possibilità di registrare parametri biologici non durante simulazione, bensì durante attività vera e propria, è da tempo interesse di alcuni di noi e, come sempre, fra simulazione e realtà si mettono in luce anche differenze notevoli. Negli ultimi anni abbiamo valutato ad esempio il costo energetico del nuoto subacqueo con autorespiratore a ossigeno (ARO) su operatori incursori, sia in vasca ergometrica (Istituto di Medicina e Scienze dello Sport, CONI, Roma), sia in mare. E’ stato dunque naturale, pensare alla possibilità di registrare l’elettroencefalogramma non soltanto in immersione a secco, cioè in camera iperbarica, ma anche sull’operatore in movimento in acqua. E’ così nato un prototipo di casco in resina, oggi brevettato, che permette di effettuare rilevazioni EEG in immersione, indossabile come un comune casco motociclistico e che, grazie ad una guarnizione pneumatica ad anello che si accoppia alla testa dell’operatore, seguendo un percorso che va dalla fronte alla parte posteriore del collo passando per le tempie e sotto le orecchie, forma una camera interna ermetic, garantendo impermeabilità. Questo casco lascia completamente libera la faccia e permette all’operatore di indossare una comune maschera subacquea e di utilizzare diversi tipi di apparecchi di respirazione.

Quando ci si immerge la pressione esterna varia a seconda della profondità raggiunta. Questo comporta la necessità di adeguare in modo automatico le pressioni della camera interna e della guarnizione pneumatica all’ambiente esterno. A tale scopo si è realizzato un sistema di alimentazione dell’aria per la guarnizione ed una valvola di sovrapressione interna che agiscono nel seguente modo: la guarnizione pneumatica è mantenuta gonfia ad una pressione tale da potersi dilatare e colmare le distanze tra il profilo del casco rigido di forma costante e le corrispondenti zone della testa che sono variabili a seconda dell’operatore.

E’ evidente l’importanza di poter registrare gli effetti della respirazione di ossigeno sull’elettroencefalogramma durante attività di routine delle varie tipologie di operatori subacquei, in primis l’incursore, che utilizza l’autorespiratore a ossigeno, il cui uso è limitato a una quota massima modesta, per evitare l’insorgenza degli effetti tossici di questo gas. Oltre alla perdita di capacità critica, il sintoma più grave è rappresentato dalle convulsioni. Esiste una grande variabilità interindividuale nella sensibilità agli effetti tossici dell’ossigeno, che, oggi, viene spiegata sulla base di un meccanismo fisiologico che lega ossigeno e anidride carbonica. A seconda dell’entità della ventilazione polmonare, a sua volta controllata dal carico di lavoro aerobico, anaerobico e dalla partecipazione emotiva, si elimina più o meno anidride carbonica; in genere, tra l’altro, i subacquei professionisti rientrano spesso nella categoria di coloro che tendono alla ritenzione di anidride carbonica. A una minor eliminazione di anidride carbonica consegue, come noto, una vasodilatazione cerebrale a cui si accompagna un’iperossia locale. Di conseguenza l’anidride carbonica fungerebbe da modulatore della tossicità dell’ossigeno, in funzione del suo grado di eliminazione.

E’ nostra intenzione, una volta risolti gli ultimi problemi riguardanti la compatibilità della cuffia di registrazione con l’interno del casco, mettere a punto un circuito subacqueo che impegni in vario modo i soggetti studiati, sia sul piano dell’impegno mentale, sia su quello energetico, così da poter valutare, in un ottica di prevenzione, fino a che punto l’attività elettroencefalografica ne viene influenzata. Inoltre, seguendo un protocollo già sperimentato negli anni precedenti dal nostro gruppo e a conclusione dell’iter di questa ricerca, introdurremo, tramite un registratore Holter modificato appositamente, la derivazione di potenziali evocati cognitivi, segnatamente quello che va sotto il nome di P300. Si tratta di una risposta evento-correlata, che viene spesso utilizzata come misura delle funzioni cerebrali in compiti decisionali, essendo collegata alla valutazione e categorizzazione di uno stimolo infrequente.

Da ultimo, questo medesimo approccio, articolato su elettroencefalografia quantitativa e derivazione di potenziali evocati, potrà essere applicato anche a un’altra grande tematica della fisiopatologia subacquea che è la narcosi da gas inerte. Tradizionalmente studiati sono stati gli effetti dell’azoto, che, facendo parte della miscela nelle immersioni ad aria, mette in luce i suoi effetti narcotizzanti a partire da una quota di circa 30 m (4 ATA). Poiché attualmente la quota massima consentita per immersioni ad aria è di 54 m, è evidente che anche questo aspetto potrebbe trarre beneficio dalla nostra ricerca.

Bibliografia essenziale

 Pastena L., Mainardi G., Faralli F., Gagliardi R. Analysis of cerebral bioelectrical activity during the compression phase of a saturation dive. Aviat Space Environ Med 1999; 70: 270-276.

Pastena L., Faralli F., Mainardi G., Gagliardi R. EEG patterns associated with nitrogen narcosis (Breathing Air at 9 ATA). Aviat Space Environ Med 2005; 76: 1031-1036.

Pastena L., Faralli F., Melucci M., Gagliardi R. Valutazione elettroencefalografica delle variazioni indotte da ossigeno iperbarico. Med Sub Iperb 2009; 1: 22-27.

Lucio Ricciardi

Corso di Laurea in Scienze Motorie, Università degli Studi di Pavia