GAS E MISCELE RESPIRABILI

Gas e miscele respirabili, perfettamente sicuri a pressioni normobariche, possono non esserlo in relazione alle variazione di pressione. Inoltre la pericolosità di certi gas non è detto che sia legata alla loro tossicità, ma potrebbe essere legata anche a particolari reazioni chimiche come ad esempio l’ossigeno ad alta concentrazione e pressione insieme a materiali o a gas infiammabili. 

IN AMBITO CLINICO SONO STATE DEFINITE TUTTE LE PATOLOGIE DOVUTE ALLA RESPIRAZIONE DI GAS COMPRESSI IN IMMERSIONE COME

IDD  – INCIDENTI DA DECOMPRESSIONE

TALE DEFINIZIONE COMPRENDE:

GAS PURO RESPIRABILE

MISCELA RESPIRATORIA PURA

MISCELE RESPIRATORIE

ARTIFICIALI

POSSIBILI

Ossigeno

Aria Atmosferica

Nitrox

Trimix

Heliar

Heliox

Hydrox

Neonox

Helitrox

Argox

Normossiche

In cui la percentuale di ossigeno è compresa tra il 18% ed il 21%

Ipossiche

In cui la percentuale di ossigeno è inferiore al 18%.

Iperossiche

In cui la

Percentuale di 

Ossigeno è

Superiore al 21%

BINARIE

DUE GAS PRESENTI NELLA MISCELA

TERNARIE

TRE GAS PRESENTI NELLA MISCELA

NOME MISCELA

GAS MISCELA

NOME MISCELA

GAS MISCELA

NITROX 

(N2 +O2)

TRIMIX 

(O2,HE, N2)

HELIOX 

(HE +O2)

HELITROX 

(HE + NITROX)

HIDROX 

(H2 +O2)

HELIAIR 

(HE + ARIA).

NEONOX 

(NE +O2)

ARGOX 

(AR +O2)

TIPO DI GAS

VANTAGGI

SVANTAGGI

ELIO (HE)

E’ un gas meno denso rispetto all’aria e facilita la respirazione in profondità. 

Meno solubile nei tessuti dell’Azoto

Può abbassare molto i tempi decompressivi

Miglior controllo del livello narcotico, in base alla quantità di azoto che si toglie dalla miscela

Sottrae calore sia attraverso la respirazione che al contatto cutaneo, distorce la voce, costo elevato

Satura i tessuti in un tempo molto minore di quanto non sia necessario all’azoto

IDROGENO (H2)

Teoricamente sarebbe un eccellente gas inerte, specie per le immersioni lavorative molto profonde

Diventa esplosivo se è miscelato con ossigeno presente in una frazione superiore al 4%

NEON (NE)

Sarebbe un gas inerte eccellente, non sottrae calore e non distorce la voce

Costo elevatissimo, per estrarlo dall’aria occorre filtrarne delle quantità enormi ad alte profondità 

ARGON (AR)

Quasi nessuno In linea Esclusivamente Teorica, sarebbe utilizzabile solo in decompressione per creare il gradiente desaturativo prima di passare a respirare l’ossigeno puro.

Ha un potere narcotico addirittura di molto superiore all’azoto Può essere usato per gonfiare le mute stagne per la sua proprietà termoisolante;

AZOTO

Il solo vantaggio dell’azoto è che è estremamente diffuso ed economico

Ha un elevato potere narcotico se respirato sotto pressione, il suo gradiente di saturazione, ad eccezione dell’argon, è il più svantaggioso tra i gas inerti.

Proprietà fisiche dei gas

H

HE

NE

N

O2

AR

Peso Molecolare

2.016

4.003

20.83

28.016

32

39.94

Conduttività termica a 0°C

39.7*10-5

34*10-5

11*10-5

5.66*10-5

5.83*10-5

3.92*10-5

Solubilità in acqua a 38° (cc/1000g)

168.6

9.7

13

28.9 (25°C)

26

Densità (Kg/m3)

0.082

0.164

0.824

1.147

1.429

1.636

Costi

Basso

Elevato

Elevato

Basso

Moderato

basso

Narcosi

Quasi nulla

Nulla

Nulla

Moderata

Moderata

elevata

COMPOSIZIONE

LIMITI 

SVANTAGGI

VANTAGGI

Elemento chimico gassoso, simbolo: O, numero atomico: 8 e peso atomico 15.9994 g/mol.

A temperatura e pressione standard, l’ossigeno si trova in forma di gas costituito da due atomi e si indica come O2 un L’O2 è incolore e inodore è costituisce il 20,8% dell’atmosfera terrestre (l’ossigeno è chimicamente troppo reattivo per rimanere un elemento libero nell’aria).
L’ossigeno è l’unico Gas respirabile puro ed è essenziale per la vita della maggior parte degli esseri viventi in quanto necessario alla respirazione; inoltre, le principali classi di molecole organiche presenti negli organismi viventi, come le proteine, gli acidi nucleici, i carboidrati e i lipidi, contengono ossigeno.

La necessità di evitare i fenomeni di tossicità dell’ossigeno al SNC implica una profondità operativa massima molto minore rispetto al caso di altre miscele respirabili. Tralasciando i limiti utilizzati per fini militari, per uso nel mondo sportivo la profondità massima di utilizzo  è di 6 metri, per alcune didattiche ulteriormente limitato a 5 metri

L’utilizzo di autorespiratori a ciclo chiuso ad Ossigeno puro espongono i subacquei ai rischi relativi a: 

Iperossimia  (concentrazione eccessiva di ossigeno nel sangue che ad alte pressioni parziali è tossica e può provocare, a seconda della pressione e del tempo di esposizione, gravi conseguenze a livello  neurologico e polmonare).

Anossia (diminuzione o totale mancanza di ossigeno molecolare o ossigeno biatomico O2 a livello cellulare). Ipercapnia (aumento della pressione parziale dell’anidride carbonica nel sangue per inadeguata ventilazione alveolare). 

Ustioni Chimiche (dovute all’utilizzo delle sostanze presenti nei filtri degli autorespiratori a circuito chiuso ad Ossigeno Puro).

Un’esposizione prolungata all’O2 ad alte pressioni parziali è tossica, dato che supera i livelli di neutralizzazione, e può provocare, a seconda della pressione e del tempo di esposizione, conseguenze gravi a livello polmonare e neurologico. Gli effetti polmonari includono perdita di capacità e danni ai tessuti. Gli effetti neurologici possono comprendere convulsioni, cecità e coma.

La respirazione di Ossigeno del 50-100% anche a pressione normale per periodi prolungati può causare danni ai polmoni.

Tutte le attrezzature devono essere Ossigeno compatibili poiché l’ossigeno puro è un potentissimo comburente.

In presenza di atmosfere pesantemente sovra ossigenate (oltre al 25%), basta un innesco anche blando per scatenare un incendio molto difficile da domare.

Con la sovra ossigenazione abbiamo un aumento della velocità di combustione fino a giungere all’esplosione, allargamento del campo di infiammabilità e diminuzione della temperatura di ignizione

Gli autorespiratori a ossigeno puro (escludendo ovviamente i sistemi bombola più erogatore per decompressioni)     oltre ad assicurare ampie autonomie poiché sono, solitamente, a circuito chiuso  non producono bolle espiratorie, assicurando quindi una grande silenziosità, ovviamente utile per usi militari ma utile anche per l’osservazione naturalistica e la fotografia subacquea.

La respirazione dell’ossigeno puro in decompressione favorisce l’eliminazione dell’azoto nell’organismo e ne riduce i tempi.

COMPOSIZIONE

LIMITI

SVANTAGGI

VANTAGGI

L’aria secca al suolo è composta all’incirca per il 78,09% di azoto (N2), per il 20,9% di ossigeno (O2), per lo 0,93% di argon (Ar) e per lo 0,04% di anidride carbonica (CO2), più altri componenti in quantità minori, tra cui anche particelle solide in sospensione, che costituiscono il cosiddetto “pulviscolo atmosferico”.

La composizione dell’aria è variabile a seconda della quota. A quota fissata, il rapporto tra la quantità di azoto e la quantità di ossigeno contenuti nell’aria rimane pressoché costante mentre le concentrazioni di vapore acqueo e di anidride carbonica sono variabili

Estremo Limite Teorico 66 metri

Limite Teorico 57 metri

Limite

Immersione Sportiva in relazione alla didattica di riferimento

Limite 50 Metri – vecchio limite ormai in disuso per quasi tutte le didattiche –

Limite 40 Metri

Limite 30 metri

L’ossigeno presente nell’aria compressa utilizzata come miscela di respirazione subacquea diventa tossico quando la sua pressione parziale raggiunge i limiti di 1,4 bar equivalenti a circa 57 m di profondità.

Esistono situazioni d’eccezione in cui è estendibile a 1,6 bar. L’elevata pressione parziale di ossigeno causando può comportare convulsioni generalizzate o sincope parestesie, epilessia, vertigini, nausea, vomito e riduzione della vista

L’elevata pressione parziale di azoto presente nell’aria compressa utilizzata come miscela di respirazione può esercitare un effetto pseudo-anestetico simile a quello del protossido d’azoto: La narcosi da azoto può comportare alterazione delle capacità intellettive e del controllo neuromuscolare, modificazioni comportamentali e della personalità.

E’ il Gas di respirazione più diffuso ed economico.

Le attrezzature e la formazione sportiva di base sono più semplici rispetto all’utilizzo di altre miscele.

Gli effetti, sul breve medio e lungo periodo, del suo utilizzo come miscela di respirazione sono i più studiati.

COMPOSIZIONE

LIMITI DI UTILIZZO

VANTAGGI

SVANTAGGI

Enriched Air Nitrox (EAN) ovvero il Nitrox è una miscela di Gas il cui contenuto di Ossigeno è superiore al 21%

La percentuale di ossigeno nella miscela Nitrox  ha impatto diretto sulla profondità raggiungibile in sicurezza a causa della tossicità dell’ossigeno sul  SNC.

La pressione parziale massima d’ossigeno considerata per il Nitrox è di 1,4 bar

Tempi di decompressione ridotti

Il rischio di MDD (Malattia 

Da Decompressione) viene  ridoto.

Maggiore durata delle immersioni ripetitive

La saturazione dell’azoto è minore, minore rischio di incappare nella narcosi da azoto.

Tempi di attesa più brevi prima di un volo o di una variazione di quota: escursione in montagna

Dopo un’immersione, il livello di stanchezza o di fatica si riduce

Pericolo d’intossicazione con l’ossigeno (profondità massima minore).

La pianificazione dei gas subacquei è più complessa (analisi dei gas, tolleranza all’ossigeno).

Una maggiore richiesta d’istruzione e disciplina da parte del subacqueo

L’apparecchiatura deve essere compatibile con l’ossigeno (grassi speciali, valvole, guarnizioni).

Nitrox non è un gas respiratorio per immersioni profonde, (il cambio di gas in acque poco profonde porta a una decompressione più breve). 

E’ necessario predisporre il computer subacqueo, in modalità Nitrox

LE bombole con il nitrox devono essere chiaramente etichettate

STANDARD U.S.

National Oceanic 

and 

Atmospheric Administration.

NOAA1 = EAN32  NOAA2    = EAN36

EAN28 rappresenta una miscela azoto/ossigeno con un contenuto d’ossigeno del 28

EAN 28
Il limite di profondità è di 

40 mt 

MOD

Equivale, ad una immersione a 36 mt EAD con aria 

EAN32 rappresenta una miscela azoto/ossigeno con un contenuto d’ossigeno del 32

EAN 32
Il limite di profondità è di 34 mt. MOD

 Equivale, in ad una immersione a 28 mt EAD con aria,

EAN36 rappresenta una miscela azoto/ossigeno con un contenuto d’ossigeno del 36%.

EAN 36
Il limite di profondità è di 29 mt. MOD

Equivale ad una immersione a 21 mt EAD con aria.

EAN40 rappresenta una miscela azoto/ossigeno con un contenuto d’ossigeno del 40%.

EAN 40
Il limite di profondità è di 25 mt, MOD

Equivale ad una immersione con aria a 17  mt, EAD con aria.

EAN50 rappresenta una miscela azoto/ossigeno con un contenuto d’ossigeno del 50%.

EAN50
Il limite di profondità è di 18 metri MOD ed Equivale ad una immersione con aria a 8 mt

EAD

SIGLA

INGLESE

ITALIANO

DEFINISCE

EAN

Enriched Air Nitrox

Aria Arricchita Nitrox

La Percentuale di Ossigeno nella miscela

MOD

Maximum Operation

Depth

Massima Profondità Operativa

massima profondità operativa che l’EAN considerata consente

EAD

Equivalent 

Air Depth

Profondità equivalente in Aria

Profondità, respirando aria, corrispondente alla MOD Ovvero la quantità di azoto disciolto nei tessuti, alla profondità reale di una immersione Nitrox. 

NDL/AIR

No Decompression Limit Air

Limite di non

Decompressione Aria

Limite di non

Decompressione

per una immersione a profondità pari a MOD

NDL/NITROX

No Decompression Limit Nitrox

Limite di non

Decompressione

Nitrox

Limite per immersione Nitrox con l’EAN considerata alla massima profondità operativa (MOD)

PA

 Pressione ambiente

Nelle relazioni dove non compare la profondità, ma la pressione ambiente PA 

FO2

 Frazione di ossigeno

La frazione di ossigeno non è altro che la sua percentuale divisa per 100

PO2

Pressione parziale

Pressione Parziale dell’ossigeno

N2

Frazione di N2 nella miscela usata

D

Depth/Profondità

PO2  =  FO2  x  PA    

PO2 (Pressione parziale con valore limite di fissato a 1,4 bar.) 

=

FO2 (Frazione di ossigeno della miscela) x PA (pressione ambiente)

PA  =  PO2  /  FO2

PA (pressione ambiente)

=

PO2 (Pressione parziale con valore limite di fissato a 1,4  bar.) / FO2(Frazione di ossigeno della miscela)

FO2  =  PO2  /  PA

FO2(Frazione di ossigeno della miscela)

=

PO2 (Pressione parziale con valore limite di fissato a 1,4  bar.) / PA (pressione ambiente)

Valori in Piedi

EAD = (1-FO2 ) x (D + 33) – 33 

 0,79

Valori in metri

EAD = (1-FO2 ) x (D + 10) – 10 

0,79

Valori in metri e Frazioni di Azoto

EAD= [FN2 x (D + 10)] – 10

 0,79

COMPOSIZIONE

LIMITI DI UTILIZZO

VANTAGGI

RISCHI

Si tratta di una miscela di gas composta da elio, ossigeno e azoto.

Le miscele Trimix sono di due tipi:

Normossica

se la Frazione di Ossigeno

(FO2) 

 È

tra 18 e 21%

Ipossica

se la Frazione di Ossigeno

(FO2) 

È

< 18%

Trimix normossico: 

la massima profondità operativa (MOD) è di 60/65 metri

Trimix ipossico

 Normossico: 

la massima profondità operativa (MOD) è di 80/100 metri

Abbassando i livelli di ossigeno si possono raggiungere  quote maggiori.

Sono possibili immersioni più in profondità.

Riduzione del rischio di disturbi di profondità a differenza per le immersioni con l’aria

L’utilizzo di speciali gas di decompressione rende la decompressione più coordinata in modo ottimale.

La miscela di gas può sempre essere miscelata per la profondità desiderata in base al rapporto tra elio e ossigeno. L’elio è  un gas inerte, non ha bisogno di nessuna attrezzatura dedicata, come invece è necessario per impiegare l’ossigeno, infatti le bombole di fondo possono essere caricate in Trimix anche se non sono “pulite ossigeno”.

Essendo l’elio sette volte più leggero dell’aria presenta un grosso vantaggio nella respirazione in profondità, dove avremo un minore sforzo inspiratorio

È necessario un elevato know-how tecnico ed  è richiesta una maggiore istruzione e disciplina da parte del subacqueo rispetto al Nitox e all’Aria

Le ricariche per Trimix non hanno la stessa disponibilità e non sono diffuse come quelle per l’Aria o del Nitrox

L’idoneità fisica e la resilienza sono un requisito indispensabile

L’elevato costo dell’elio 

L’elio sottrae calore sia attraverso la respirazione che al contatto cutaneo, quindi non lo si può usare per insufflare la muta stagna.

TIPO TRIMIX

LIMITI DI UTILIZZO

Trimix normossico comprende tutte le miscele Trimix che hanno una percentuale di ossigeno compresa tra il 18 e il 21%.

Può essere respirato dal subacqueo fin dalla superficie, dato che la frazione di ossigeno presente a 1 bar di pressione ambiente è sufficiente alle funzioni vitali.

Trimix ipossico comprende tutte le miscele Trimix che hanno una  percentuale di ossigeno inferiore al 18%

Non può essere respirato fin dalla superficie perché la frazione di ossigeno presente a 1 bar di pressione ambiente potrebbe non essere sufficiente al supporto vitale del subacqueo. Per questo motivo occore utilizzare la cosiddetta “miscela di viaggio”: solitamente è una miscela Trimix normossica che viene utilizzata anche nella prima parte dell’immersione per raggiungere almeno la profondità alla quale la frazione di ossigeno del cambio gas avrà almeno una pressione di 0,2 atm.

SIGLA

SIGNIFICATO

END (ATM)

Profondità narcotica equivalente del Trimix, espressa in atmosfere (pressione ambiente).

PROF (ATM)

Oppure

DEPHT (ATM)

Profondità reale alla quale viene respirato il Trimix, espressa in atmosfere (pressione ambiente).

FN2

Frazione di Azoto presente nella miscela 

FO2

Frazione di Ossigeno presente nella miscela 

FHE

Frazione di Elio presente nella miscela 

[1]

Somma della frazione di azoto e della frazione di ossigeno 

FN2 + FO2 

= 

[1] – FHE

END (ATM) = PROF (ATM) × (FN2 + FO2) 

=

END (ATM) = PROF (ATM) × ([1] – FHE)

=

END (METRI) = (PROFONDITA’ + 10) × ([1] − FHE) − 10

FHE = [1] – (END (ATM) / PROF(ATM))

EAD (ATM) = PROF (ATM) × FN2 / 0.79

Alcuni software decompressivi usano la fomula EAD del Nitrox per calcolare la profondità narcotica equivalente in aria di una miscela Trimix

La EAD fa una comparazione con l’aria considerando narcotico solo l’azoto

END (ATM) = PROF (ATM) × ([1] – FHE)

La END considera narcotici sia l’azoto che l’ossigeno in miscela, come suggerito dal    National 

Oceanic and 

Atmospheric Administration 

(NOAA)

COMPOSIZIONE

Elio + Nitrox

(HE + NITROX)

Miscela Iperossica con frazione di Ossigeno superiore al 21%

L’uso dell’Helitrox è quello di consentire l’uso di una quantità limitata di elio nella miscela (20% max) 

La miscela genera meno resistenza dell’aria atmosferica quando passa attraverso le vie aeree dei polmoni e, quindi, richiede meno sforzo 

A causa del costo dell’elio, l’Heliox è spesso preferito nelle immersioni commerciali tecniche

COMPOSIZIONE

Elio più Aria

(HE + ARIA)

E’ una miscela ternaria ipossica, simile al trimix per i suoi componenti (elio, ossigeno e azoto). Usato nella subacquea tecnica, è di facile produzione, perché formata da elio con un’aggiunta di semplice aria. l rapporto tra ossigeno e azoto di conseguenza rimane fisso a 21/78

COMPOSIZIONE

Idrogeno più Ossigeno

La miscela sarà sempre estremamente ipossica 

(H + O2)

Trova applicazione solo nelle immersioni estremamente profonde. Per via della sua esplosività al di sopra di percentuali di ossigeno anche relativamente basse, può essere utilizzato solo in miscele estremamente ipossiche, cioè che contengono pochissimo ossigeno. Può causare HPNS (sindrome nervosa da alta pressione) ad elevatissime profondità

COMPOSIZIONE

Elio più Ossigeno

(HE + O2)

Si tratta di una miscela di elio e ossigeno. È usato anche nei trattamenti medici per pazienti con difficoltà respiratorie. La miscela genera meno resistenza dell’aria atmosferica quando passa attraverso le vie aeree dei polmoni e, quindi, richiede meno sforzo. La prima l’immersione sperimentale è stata condotta presso il Comex Hyperbaric Experimental/Centre di Marsiglia nel gennaio/febbraio 1994.
Quattro subacquei professionisti sono stati collocati in camere viventi pressurizzate con una miscela di eliox (H2, O2 Viene per questo usata principalmente nelle immersioni profonde, solitamente oltre i 130 metri.) Oltre questa profondità, l’utilizzo prolungato dell’heliox può causare HPNS (sindrome nervosa da alta pressione).

COMPOSIZIONE

Idrogeno più Elio più Ossigeno

(H2 + HE + O2)

Nato come miscela che aiuta a prevenire l’insorgere della sindrome HPNS (sindrome nervosa da alta pressione). E’ stato testato a profondità superiori ai 500 metri dalla Ditta COMEX S.A. Tuttavia si è verificato che oltre i 300 metri di profondità respirando hydreliox si incorre in una ‘narcosi da idrogeno’ con sintomi simili a quelli della narcosi da azoto.

COMPOSIZIONE

NEON + OSSIGENO

(NE + O2)

Chiamato anche Neox  è una miscela di ossigeno e Neon talvolta impiegata nelle immersioni commerciali profonde. È usato raramente a causa del suo costo. Inoltre, i sintomi della MDD prodotti dal neon (“neox bends”) hanno una scarsa reputazione, essendo ampiamente segnalati come più gravi di quelli prodotti da altre miscele

COMPOSIZIONE

ARGON + OSSIGENO

(AR +O2)

Occasionalmente il termine argonox è stato usato per indicare lo stesso mix. La miscela può essere costituita da frazioni variabili di argon e ossigeno, a seconda dell’uso previsto. La miscela è realizzata con le stesse tecniche di miscelazione dei gas utilizzate per produrre il Nitrox , tranne che per l’argox, all’iniziale riempimento parziale di ossigeno puro viene aggiunto l’argon, invece dell’aria.

L’argox è essenzialmente un gas da immersione teorico, non  utilizzabile  di solito pensato per non avere applicazioni pratiche. L’argon è molto più narcotico (circa 2,3 volte di più) dell’azoto quindi perde contro l’azoto in tutti i ruoli come gas respiratorio primario. Se la profondità operativa massima dell’aria a causa della narcosi è considerata di 40 metri per il 20% di argox (20% O2 – 80% Ar) sarebbe 14,5 metri