Dal Dr. K. David Sawatzky
Originariamente pubblicato su Diver Magazine, Numero dicembre 2008 / gennaio 2009, questo articolo è parte I di un articolo in due parti sulla tossicità dell’ossigeno.
Un problema comune nelle immersioni è troppo ossigeno (iperossia). In questo articolo esaminerò il meccanismo della tossicità dell’ossigeno e in un articolo di follow-up esaminerò i segni e i sintomi della tossicità dell’ossigeno.
L’aria è composta da 21% di ossigeno (O2). Abbiamo bisogno di O2 per sopravvivere e senza O2 moriremo molto rapidamente., I nostri corpi in realtà non si preoccupano di quale percentuale O2 respiriamo, rispondono alla pressione parziale di O2 (pO2).
Sulla superficie la pressione parziale di O2 in aria è 0.21 ATA (0.21 * 1.0 ATA = 0.21 ATA). Come abbiamo visto nell’ultima colonna, se siamo giovani e sani i nostri corpi si comportano perfettamente bene a pressioni parziali di O2 fino a 0,16 ATA e possiamo facilmente tollerare un pO2 di 0,12 ATA a riposo. Con l’esposizione cronica possiamo adattarci a PO2 ancora più bassi.
Tuttavia, quando ci immergiamo di solito siamo esposti a PO2 troppo più alti., Il corpo umano è in grado di tollerare un aumento delle pressioni parziali di ossigeno, fino a circa 0,45 ATA, senza problemi. Quando il pO2 sale al di sopra di quel livello, alla fine appariranno effetti tossici. L’effetto tossico dell’ossigeno sui polmoni è principalmente un problema di lunghe esposizioni (molte ore o addirittura giorni) a PO2 comprese tra 0,45 e 1,6 ATA. A pO2s superiori a 1,6 ATA, gli effetti tossici dell’ossigeno sul cervello si verificano (da minuti a poche ore) prima degli effetti tossici sui polmoni.,
Molti subacquei ricreativi non dovranno preoccuparsi della tossicità dell’ossigeno perché quando si immerge l’aria, il pO2 non sarà mai abbastanza alto, abbastanza a lungo, da causare problemi. L’effetto narcotico dell’azoto fa sì che i subacquei limitino la loro profondità ad un massimo di 130 fsw (40 msw). A quell’aria respirabile di profondità, il pO2 è poco più di 1.0 ATA, troppo basso per preoccuparsi della tossicità del SNC. La dimensione limitata delle nostre forniture d’aria mantiene i tempi di fondo abbastanza brevi che di solito non dobbiamo preoccuparci della tossicità polmonare.,
Tuttavia, molti subacquei ricreativi stanno ora immergendo Nitrox con ossigeno fino al 40% e alcuni utilizzano livelli più elevati di ossigeno o addirittura ossigeno puro per la decompressione. Quando respiri percentuali più elevate di ossigeno, gli effetti tossici si vedono a profondità più basse. L’O2 in aria non raggiunge una pressione parziale di 1,6 ATA fino a una profondità di 218 fsw (66 msw), molto più profonda di un subacqueo ricreativo. Tuttavia, l’O2 in Nitrox40 raggiungerà un pO2 di 1,6 ATA ad una profondità di soli 99 fsw (30 msw), una profondità che la maggior parte dei subacquei ricreativi si immergerà regolarmente., Inoltre, l’utilizzo di Nitrox consente di immergersi più a lungo prima di richiedere arresti di decompressione e di eseguire arresti di decompressione più brevi se si entra in decompressione. Di conseguenza, i subacquei ricreativi utilizzano serbatoi più grandi o più serbatoi e fanno immersioni più lunghe. Queste immersioni più lunghe aumentano anche il rischio di tossicità da O2. Pertanto, tutti i subacquei dovrebbero avere almeno una conoscenza di base della tossicità dell’ossigeno.
L’ossigeno è un gas incolore, inodore e insapore e costituisce il 20,98% dell’aria in volume. La tossicità dell’ossigeno è una funzione del pO2, del tempo di esposizione e della variazione individuale., C’è una marcata differenza nella suscettibilità degli individui alla tossicità dell’ossigeno e un cambiamento nello stesso individuo di giorno in giorno.
La tossicità dell’ossigeno è in realtà una funzione del pO2 nelle cellule e tutte le cellule alla fine muoiono se sono esposte a un pO2 abbastanza alto per un periodo di tempo abbastanza lungo. Nel vivere, respirare gli esseri umani tuttavia, ci sono solo due tessuti che abbiamo bisogno di essere preoccupati, i polmoni e il cervello. Gli effetti tossici dell’ossigeno su questi tessuti ci impediranno prima che gli altri tessuti abbiano un problema serio., Per essere perfettamente corretto, un terzo tessuto può diventare un problema in rari casi in cui un subacqueo rebreather ha fatto un sacco di immersioni, ogni giorno, per diversi giorni di fila. L’occhio può diventare vicino. Questa ‘Miopia indotta iperbarica’ va oltre lo scopo di questa colonna.
In generale, la suscettibilità di una cellula alla tossicità dell’ossigeno è correlata al suo tasso di metabolismo. Una cellula a riposo è relativamente resistente mentre una cellula attiva è più suscettibile.
Questo punto successivo è fondamentale per comprendere la tossicità dell’ossigeno., L’ossigeno normale è una molecola composta da due atomi di ossigeno con un numero bilanciato di protoni ed elettroni in modo che la molecola non abbia una carica elettrica. Questa normale molecola di ossigeno non è tossica!!
Il problema è che ogni volta che esiste O2 molecolare, forma altre sostanze note come “radicali dell’ossigeno”. I radicali dell’ossigeno sono molecole altamente reattive, formate dall’ossigeno, che spesso contengono almeno un elettrone in più., Queste molecole sono formate da collisioni tra molecole di ossigeno, collisioni tra ossigeno e altre molecole e come risultato di processi metabolici nelle cellule. Gli esempi includono anioni superossido, perossido di idrogeno, idroperossi e radicali idrossilici e ossigeno singoletto. I radicali dell’ossigeno si legano spesso alla molecola successiva con cui entrano in contatto, di solito danneggiando o cambiando quella molecola. Pertanto, ogni volta che hai O2, avrai O2 radicali. Anche se ci fosse qualche modo magico per rimuovere tutti i radicali dell’ossigeno da un serbatoio di ossigeno, più si formerebbe immediatamente., Il numero di radicali O2 è proporzionale alla pressione parziale di O2.
Ci sono centinaia di reazioni chimiche specifiche che i radicali dell’ossigeno possono essere coinvolti in quel danno alla cellula, ma in termini generali ci sono tre modi in cui causano danni. Il primo è attraverso l’inattivazione degli enzimi. Gli enzimi sono proteine che funzionano come catalizzatori, causando reazioni che normalmente non si verificano a temperatura corporea. Lo fanno tenendo le due molecole che devono reagire esattamente nel giusto orientamento l’una all’altra in modo che si uniscano., La molecola risultante viene rilasciata e l’enzima ricomincia, ripetendo il processo migliaia di volte. Se la forma dell’enzima viene modificata, le molecole non saranno tenute nel giusto orientamento e la reazione non si verificherà. I radicali dell’ossigeno causano il cross-linking dei gruppi sulfidrilici, cambiando così la forma dell’enzima e inattivandolo. Causano anche cambiamenti nella forma delle proteine responsabili del trasporto di ioni dentro e fuori le cellule attraverso la membrana cellulare, impedendole di funzionare. Infine, i radicali dell’ossigeno causano la perossidazione dei vari lipidi nelle cellule.,
Tutte le cellule negli animali che respirano ossigeno hanno modi per inattivare i radicali dell’ossigeno e riparare alcuni dei danni causati da loro. Le due difese principali sono superossido dismutasi e catalasi. Entrambi questi enzimi aiutano a mantenere un buon apporto di glutatione ridotto. Il glutatione ridotto ha molti gruppi sulfidrilici e i radicali dell’ossigeno si legheranno a loro e quindi non saranno disponibili per causare danni alla cellula. Le vitamine E e C sono anche antiossidanti.
I radicali dell’ossigeno non sono importanti solo nelle immersioni, ma stanno diventando molto importanti in medicina., Uno dei metodi che i globuli bianchi (WBC) usano per uccidere i batteri è quello di racchiudere i batteri in una membrana e quindi di iniettare radicali dell’ossigeno nel vacuolo (il WBC rende i radicali O2). I radicali dell’ossigeno in realtà uccidono i batteri. Inoltre ora sappiamo che i radicali O2 sono il metodo finale di danno in molte malattie. I radicali dell’ossigeno sono quindi sia “buoni” che “cattivi”.
Sembrerebbe ragionevole concludere che se i radicali O2 causano danni cellulari, l’assunzione di “antiossidanti” dovrebbe aiutare a ridurre il danno., Finora, i risultati di molti studi ben progettati non sono riusciti a mostrare alcun beneficio dall’assunzione di integratori antiossidanti. Un certo beneficio è stato indicato quando gli importi aumentati di antiossidanti sono consumati mangiando gli alimenti alti in antiossidanti. Questo suggerisce che qualcos’altro nel cibo è necessario per ottenere l’effetto benefico degli antiossidanti che non è disponibile negli integratori.
La linea di fondo è che ogni volta che O2 esiste, si formeranno radicali O2. Il numero di radicali O2 è proporzionale al pO2. Tutte le nostre cellule hanno difese contro i danni causati dai radicali O2., Alle normali PO2, le nostre cellule sono più che in grado di riparare il danno causato dai radicali O2. Man mano che il pO2 e il numero di radicali O2 aumentano, viene raggiunto un punto in cui le cellule non possono riparare il danno tanto rapidamente quanto si sta verificando. Pertanto, il danno si accumula fino a quando la funzione della cellula non viene compromessa o la cellula muore.
Data la spiegazione di cui sopra, dovrebbe essere ovvio che la tossicità di O2 dipenderà dal pO2 e dal tempo di esposizione., L’altro fattore è che siamo tutti biologicamente diversi e alcuni individui avranno più difese contro i radicali O2 rispetto ad altri. Per complicare ulteriormente il problema, anche le nostre difese contro i radicali O2 cambiano notevolmente di giorno in giorno. Pertanto, abbiamo marcate differenze nella sensibilità al danno radicale O2 in persone diverse e in giorni diversi nella stessa persona.
Nel prossimo articolo, discuterò gli effetti della tossicità dell’ossigeno sui polmoni e sul cervello.
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