L’ossigeno come componente dell’aria fu scoperto da Priestley nel 1775, gli effetti tossici delle alte concentrazioni di ossigeno studiati da Lavoisier e Sequin nel 1789 fecero in modo che l’ utilizzo dell’ossigeno iperbarico non fosse considerato; infatti nel 1878 quando Paul Bert scopri le basi scientifiche della tossicità dell’ossigeno raccomandò l ‘uso dell ‘ossigeno normobarico nella cura della malattia da decompressione; solo nel 1917 da Draeger furono fatti i primi tentativi di utilizzo dell’ossigeno iperbarico nella malattia da decompressione, questi tentativi si concretizzarono solo nel 1937 con Behnke e Shaw. Successivamente si iniziò ad usare l’ossigeno iperbarico (HBO) nella cura dell’intossicazione da ossido di carbonio e così proseguirono le altre applicazioni terapeutiche.
Il vantaggio dell’ uso dell’HBO è di aumentare con l’aumento della pressione la quantità di O2 trasportata dal plasma e così di rendere più disponibile O2 per i tessuti. Questo vantaggio è limitato dagli effetti tossici dell’ O2 sul sistema nervoso centrale (CNS)(sindrome di Paul Bert) che si manifestano con convulsioni tra le 4/5 atmosfere e dall’effetto tossico sull’apparato respiratorio( sindrome di Lorrain Smith)che si manifesta specialmente sui capillari dell’endotelio e sull’epitelio alveolare con conseguente atelectasia polmonare (esposizioni per più di 24 h di ossigeno normobarico ed esposizioni di HBO a più di 3 atmosfere).
E’ da considerare anche l’effetto tossico che ha l’HBO sulla retina dei neonati prematuri trattati con HBO, questo particolare effetto puo’ essere prevenuto tenendo il range della pO2 entro valori normali.
I sintomi premonitori dell’intossicazione da O2 sull’apparato respiratorio sono sensazione di bruciore durante la respirazione, dispnea , tosse; mentre i segni premonitori di tossicità sul CNS sono scotomi, visione a tunnel, acufeni, ronzii, nausea, contrazioni muscolari alle labbra ed ai muscoli facciali, irritabilità e vertigini
L’esatto meccanismo che produce la tossicità dell’ HBO sul sistema nervoso centrale non è conosciuto nella sua esatta sequenza, però la teoria della produzione di radicali liberi è la più accreditata ed il ruolo dello ossido nitrico è stato a lungo studiato.
La tossicità dell’HBO è limitata dall’uso di quasi tutte le applicazioni terapeutiche che avvengono al di sotto delle 2.5 atmosfere, quindi in regime di sicurezza, e dalla durata delle applicazioni che non vengono ad eccedere i 90 minuti.
L’elettroencefalogrammma ( EEG) è una misura abbastanza obiettiva della attività elettrica cerebrale ed è stato studiato come indice della tossicità dell’HBO sin dal 1935 da Gibbs studi ripresi da Cohn e Gersch nel 1945. Questi ricercatori osservarono durante la crisi iperossica una attività di irritabilità generalizzata; tale attività che distingue la crisi, non si manifesta con segni premonitori durante la registrazione EEG precedente l’episodio critico. Studi seguenti hanno mostrato risultati non univoci nonostante registrazioni continue ed elaborazioni del segnale EEG ( Lambertsen 1987, Torbati 1981, Visser 1996)
La applicazione dell’HBO richiede l’uso di camere iperbariche mono o pluri posto .
Sulle indicazioni per l’uso di HBO esistono numerose differenze le più accreditate sono quelle dettate dalla Undersea and Hyperbaric Medicine che escludono il trattamento dello stroke neurologico. Esse sono:
malattia da decompressione, intossicazione da monoossido di carbonio, cangrena gassosa, sindrome da schiacciamento, miglioramento della guarigione in particolari ferite, embolia aerea o gassosa, Anemia eccezionale risultante da perdita di sangue, infezioni necrotizzanti dei tessuti molli, osteomieliti recidivanti, ascessi endocranici, osteoradionecrosi, lembi compromessi di pelle, ustioni da calore.
La diffusione di apparecchi cosidetti a circuito chiuso per uso militare o ricreativo che adoperano O2 puro e fissazione della CO2 con calce sodata senza emissione di bolle, hanno aumentato il pericolo degli effetti tossici dell’ HBO specialmente sul sistema nervoso centrale per l’uso che una maggior numero di soggetti fa dell’HBO, senza seguire le norme di sicurezza.
Inoltre è da tener presente che la pratica clinica ha dimostrato una particolare sensibilità di alcuni individui all’ HBO.
La Marina Militare, insieme con la Direzione Generale della Sanità Militare, per limitare i pericoli di intossicazione sul CNS specie sugli individui ipersensibili ha promosso una ricerca sulle modificazioni indotte da HBO sul CNS utilizzando sia l’ EEG sia la SPECT.(progetto DGSM 7 ed attuale ricerca SMD L 023).
I soggetti(tutti volontari e con consenso informato), posti in camera iperbarica respiravano, alla presenza di un tender, aria normobarica per 20min poi HBO per 20 minuti ed infine aria normobarica per20 minuti. L’EEG veniva registrato con cuffia precablata a 32 elettrodi; il segnale EEG veniva inviato con apparecchiatura Holter via blueTooth al di fuori della camera iperbarica ad un registratore portatile I segnali EEG venivano analizzati con mapping cerebrale per epoche di due secondi con costruzione di mappe degli spettri di potenza relative alla banda alfa (7/12 Hz) beta(15/30 Hz) delta (1/4) teta ( 4/7). Per la significatività statistica si usavano test di Anova e T test per campioni appaiati.
I risultati mostrano nei primi minuti un aumento della banda delta a cui si accompagna un cospicuo aumento della banda alfa per tutto il periodo della respirazione con HBO, aumento, che prosegue anche nel periodo successivo. Ciò mostra come la reattività della corteccia cerebrale sia cambiata.
Casi di soggetti ipersensibili all’O2, analizzati con Z test rispetto ad un un gruppo di soggetti non sensibili all’ HBO, mostrano, durante respirazione di HBO, un aumento del teta nelle zone centrali ed un aumento dell’alfa che non prosegue durante la respirazione ad aria.
Tali cambiamenti del segnale EEG possono permettere una migliore identificazione dei soggetti ipersensibili all’ossigeno.
Questi risultati sono confermati anche da altra metodica di analisi come sLoreta.
Studi precedenti, durante la respirazione di ossigeno normobarico per 30 min, hanno dimostrato un iniziale aumento dei bioritmi alfa specie in zona posteriore.
Le modificazioni del flusso ematico cerebrale(rCBF) durante respirazione con HBO si possono studiare con la Spect ( tomografia ad emissione di fotone singolo) usando un tracciante come la Tc-99mHM –PAO (attraversa la barriera emato –encefalica ,rimane stabile per sei ore nel tessuto cerebrale con possibilità di somministrazione in camera iperbarica e successiva misura all’esterno in gamma camera)
In particolare, adoperando entrambe le metodiche SPECT ed EEGmapping, si possono studiare casi che abbiano avuto manifestazioni di interesse neurologico durante respirazione di HBO, con la dimostrazione di aumento di zone di ipoperfusione durante HBO anche in zone con mapping normale.
Queste metodiche mostrano come sia importante una valutazione individuale dei pazienti prima di essere sottoposti a terapia con HBO ad evitare manifestazioni di intolleranza, specie nei pazienti con stroke neurologico, considerando le modificazioni che l O2 produce sui bioritmi cerebrali.
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Fig. 1 Schema di camera iperbarica con connessioni di registrazione via cavo e via blue Tooth
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Fig. 2 Mapping EEG della potenza del segnale EEG durante HBO e successiva respirazione in aria
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Fig. 3 Risultati di una elaborazione con metodo s LORETA.
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Bibliografia essenziale
Cappagli M.,Colli A., Di Piero V., Faralli F., Gagliardi R. ,Martinez V, Mainardi G., Pastena L.
Jain K.K. Textbook of Hyperbaric Medicine Hogrefe e Huber 2004
La Spect nella fisiopatologia dell’ossigeno iperbarico. Giornale Medicina Militare n. 3-4 Maggio Agosto 1998
Pastena L., Formaggio E., Storti S.F., Faralli F., Melucci M., Gagliardi R., Ricciardi L.,
Quantitative EEG during Hyperbaric Oxygen breathing in professional divers. Clinical EEG and Neuroscience 20IX Vol XX (X) p. 92-93 2013
