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COMPUTER SUBACQUEI |
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INTRODUZIONE |
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CONCETTI GENERALI
Il cuore del funzionamento di tutti i computer è il processore, ma la sua "intelligenza" è rappresentata dal programma, ossia dalla sequenza di istruzioni che il processore deve eseguire: sulla base dei dati di tempo, profondità ed aria consumata il programma calcola sulla base di un ben preciso algoritmo l'assorbimento ed il rilascio dell'azoto da parte del corpo del subacqueo sottoposto alle diverse pressioni. Come già accennato un algoritmo è un modello matematico ritenuto rappresentativo del comportamento del corpo umano durante la respirazione di gas compressi: per meglio comprendere il funzionamento di un algoritmo di un computer subacqueo e come sia possibile calcolare l'assorbimento ed il rilascio di azoto, è necessario innanzitutto vedere come il corpo umano viene schematizzato, o per meglio dire, "modellizzato". |
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L'assorbimento di azoto: aspetti fisiologici. Il corpo umano è composto da una grande varietà di tessuti di diverso tipo come il sangue, le cartilagini, le ossa, il grasso, la pelle, ecc., ciascuno con caratteristiche profondamente diverse per quanto riguarda il comportamento nei confronti dell'assorbimento e del rilascio dell'azoto. Da un punto di vista fisiologico, si può dire che ogni tessuto assorba e rilasci azoto in base a diversi criteri quali l'irrorazione di sangue di ciascun tessuto (il sangue è il principale veicolo per la distribuzione dell'azoto all'interno del corpo) e l'affinità chimica di ogni tessuto con l'azoto, dove per affinità si intende la maggiore o minore capacità del tessuto di legarsi chimicamente con un gas. Per fare un esempio, il sangue il cervello, il fegato sono parti del corpo umano fortemente irrorati di sangue e quindi, per quanto detto poc'anzi, molto veloci ad assorbire e rilasciare l'azoto, mentre il grasso, con un ridotto flusso sanguigno, rappresenta un esempio di tessuto lento ad arrichirsi e rilasciare il gas. Viceversa, i tessuti grassi hanno una buona affinità con l'azoto e quindi tenderanno certamente ad assorbirlo lentamente a causa della minore irrorazione di sangue, ma per effetto della affinità sarà possibile disciogliere nei tessuti grassi una grande quantità di azoto, fino a cinque volte maggiore che nei tessuti acquosi. Quanto detto ci fa subito capire che non è possibile calcolare il valore di assorbimento di azoto per il corpo umano in genere, ma sarà necessario schematizzare il corpo in una serie di tessuti diversi, ciascuno con proprie caratteristiche e comportamenti durante l'immersione. L'assorbimento di azoto: aspetti fisici. Il secondo passo necessario alla formulazione del modello matematico
ci richiede ora di ipotizzare un andamento per la funzione che schematizza
l'assorbimento ed il rilascio di azoto. Sappiamo che il passaggio di un
gas all'interno di una soluzione segue la legge di Henry: tale legge stabilisce
che la quantità di gas che si scioglie in una soluzione è proporzionale
alla pressione esercitata dal gas sulla soluzione. Nell'immersione, quindi,
in virtù di tale legge l'organismo subirà un processo di assorbimento
di quantità azoto direttamente proporzionali alla pressione alla quale
il subacqueo è esposto. Matematicamente possiamo descrivere illustrare questo comportamento con la seguente equazione differenziale: (1) dove Pt è la pressione del gas nel tessuto, Pi è ,la pressione del gas respirato e k un valore costante che dipende esclusivamente dalle caratteristiche del tessuto. Questa equazione ci dice che al trascorrere dell'intervallo tempo dt la pressione Pt all'interno del tessuto varia in funzione della differenza di pressione parziale dell'azoto respirato e azoto contenuto nel tessuto e in funzione delle caratteristiche specifiche di quel tessuto, caratterizzato dal valore costante k. E' bene notare che questa equazione indica un aumento di pressione Pt all'interno del tessuto se la pressione parziale dell'azoto inspirato Pi è maggiore della pressione parziale dell'azoto Pt all'interno del tessuto, ma se la pressione parziale dell'azoto inspirato è minore di quella presente all'interno del tessuto, l'equazione dimostra che la pressione parziale dell'azoto nel tessuto diminuisce. Il fisiologo inglese Jhon Scott Haldane fu il primo studioso a formulare, attorno al 1907, un completo modello matematico analizzando i problemi di malattia da decompressione che si verificavano sui cassonisti che lavoravano esposti a pressioni superiori a quella atmosferica. Haldane schematizzò il corpo umano come detto nel paragrafo precedente suddividendolo in tessuti e raggruppando i diversi tessuti con un comportamento tra loro assimilabile nei confronti dell'azoto, in cinque compartimenti tissutali. A ciascuno di questi cinque compartimenti tissutali Haldane assegnò un proprio tempo tipico per la saturazione e desaturazione completa. La possibilità di assegnare a ciascun compartimento tissutale un tempo di saturazione tipico e quindi costante è legata alle due considerazioni sperimentali che di seguito elenchiamo e che furono alla base della formulazione del modello matematico di Haldane. 1. Il tempo necessario alla saturazione al 50% oppure alla saturazione
completa (100%) è sempre lo stesso qualunque sia la quantità di gas che
i tessuti assorbono , ossia qualunque sia la profondità dell'immersione.
2. I diversi compartimenti tissutali impiegano per saturarsi di azoto al 50% un sesto del tempo complessivo necessario per saturarsi completamente, seguono cioè un andamento, detto esponenziale, come illustrato nella figura seguente: |
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Dalla figura si evince che nel primo sesto di tempo, il compartimento tissutale si satura al 50% di azoto; nel secondo sesto, il compartimento si satura del 50% del quantitativo di azoto ancora assorbibile, ossia del 25% (e quindi fino a raggiungere il 75%); nel terzo sesto del 50% dell'azoto assorbibile, ossia del 12,5% e così via fino all'ultimo sesto, dove il tessuto si considera convenzionalmente saturo al 100%. Ricordiamo come tale comportamento dipenda soltanto dal tipo di tessuto considerato, in quanto ogni compartimento tissutale impiega lo stesso tempo per saturarsi al 100% indipendentemente dalla pressione parziale dell'azoto (e quindi dalla profondità della immersione) e dalla quantità di gas assorbito dai tessuti. Il tempo necessario per saturarsi del 50% di azoto di ciascun tessuto è quindi una caratteristica propria, e costante, di ogni tessuto: tale tempo viene definito tempo di emisaturazione o, più semplicemente, emitempo. Haldane per i suoi studi utilizzò compartimenti tissutali con emitempi di 5, 10, 20, 40 e 75 minuti: poiché ciascuno di questi emitempi rappresenta un sesto del tempo necessario a ciascun compartimento tissutale per saturarsi completamente, i tempi di saturazione completa per i compartimenti definiti da Haldane sono rispettivamente di 30, 60, 120, 240 e 450 minuti. Se il valore dell'emitempo è piccolo, il gruppo di tessuti che rappresenta è detto veloce in quanto assorbirà l'azoto più velocemente, mentre se il valore dell'emitempo è grande il tessuto è detto lento in quanto assorbirà l'azoto più lentamente. Tornando ora alla equazione (1), per quanto abbiamo or ora detto diventa chiaro che per poter tenere conto delle caratteristiche del tessuto, il valore della costante k dovrà essere proporzionale all'emitempo di ciascun tessuto. Più in dettaglio, il valore di k può essere calcolato per ciascun tessuto secondo la formula: (2) (3) il modello matematico per il calcolo dell'assorbimento di azoto per ogni
compartimento tissutale al trascorrere del tempo P0 rappresenta la pressione
dell'azoto all'istante iniziale (all'inizio cioè dell'immersione). Questo
modello, così come e' in grado di calcolare l'assorbimento di azoto di
un gruppo di compartimenti tissutali sottoposti ad un certa pressione,
(fase della discesa e della permanenza sul fondo) è in grado di calcolare
il rilascio di azoto durante la risalita se si suppone che il rilascio
segua un andamento analogo a quello dell'assorbimento. Nella fase di risalita,
tuttavia, sorgono altri problemi, in quanto sappiamo bene che la velocità
non può essere arbitraria pena il rischio dell'insorgenza di malattia
da decompressione. |
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USO DEI COMPUTER: VANTAGGI Tempo di superficie USO DEI COMPUTER: LIMITI Unicità dell'algotitmo SVILUPPI I limiti visti nella sezione precedente rappresentano le attuali sfide che la moderna tecnologia unitamente alla ricerche di medicina iperbarica stanno affrontando. Il primo passo è quello di utilizzare computer con algoritmi adattivi, in grado cioè di adattarsi alle diverse condizioni esterne o al lavoro compiuto durante l'immersione. Sono già in commercio da tempo computer che consentono di selezionare la severità dell'algoritmo da parte del subacqueo. Attualmente è disponibile la nuova generazione di computer in grado di auto adattarsi senza interventi esterni da parte del subacqueo, il quale potrebbe compiere errori di valutazione: questi tipi di computer, che in alcuni casi tengono conto anche della fase libera, si stanno diffondendo rapidamente nel mondo della subacquea sportiva e rappresentano certamente il vertice della attuale capacità tecnologica dei costruttori e della sicurezza per il subacqueo sportivo. |