Stima del tempo massimo di esposizione ai prodotti tossici della combustione

di Andrea Balduzzi

Il tempo è gratis ma è senza prezzo. Non puoi possederlo ma puoi usarlo. Non puoi conservarlo ma puoi spenderlo. Ma una volta che lo hai perso non puoi più averlo indietro. (Harvey MacKay)

Il tempo di arrivo dei Soccorsi è un fattore fondamentale per la buona riuscita di un intervento: prima arrivano sul posto “gli esperti” più alta è la probabilità di sopravvivenza della persona da soccorrere.

A sostegno della tesi di cui in precedenza basti pensare che, in presenza di arresto cardiaco, le probabilità di sopravvivenza dell’individuo diminuiscono inesorabilmente del 10% circa ogni minuto se non viene praticata la rianimazione cardiopolmonare.

Il concetto della prontezza d’intervento è anche alla base del Progetto sviluppato dal Ministero dell’Interno – Dipartimento dei Vigili del Fuoco, del Soccorso Pubblico e della Difesa Civile agli inizi degli anni 2000 intitolato “Soccorso Italia in 20 minuti”.

Scopo della seguente trattazione non è quello di marcare un inesorabile limite massimo temporale d’intervento oltre al quale sia inutile spingersi, ma è quello di fornire ai soccorritori un modello matematico per la stima media di sopravvivenza delle persone, strumento (a mio avviso) utile per poter definire le modalità e le priorità d’intervento migliori da intraprendere al fine di massimizzare le possibilità di sopravvivenza delle persone in difficoltà in quel momento.

E’ un dato di fatto che durante un incendio la composizione dei gas di combustione varia in relazione a vari fattori, come la composizione chimico/fisica del combustibile, alle temperature raggiunte durante la combustione ed alla concentrazione di Ossigeno presente nell’ambiente circostante. In generale possiamo però asserire che le sostanze presenti nei fumi di combustione hanno tutte (chi più chi meno) degli effetti negativi sull’organismo umano.

Essendo il Carbonio l’elemento base della composizione dei materiali combustibili, ne consegue che durante un incendio vengono sviluppati principalmente, dal punto di vista quantitativo, due suoi composti: Anidride Carbonica (CO2) e Monossido di Carbonio (CO).

Le varie sostanze sviluppate dalla combustione possono portare ad effetti negativi sul nostro organismo, quali:

• Effetti di tipo Asfissiante: possono condurre brevemente la persona in una condizione di inabilitazione (vien meno la sua capacità di agire), in particolare sono in grado di lesionare il Sistema Nervoso Centrale in modo tale da provocare assopimento/effetto narcotico.
• Effetti di tipo Irritante/Corrosivo: possono condurre a sensibilizzazione in particolar modo alle viee aeree provocando dei deficit respiratori come la dispnea, ovvero una respirazione alterata per ritmo o frequenza che avviene con fatica/sofferenza del paziente.

Da un punto di vista igienistico il danno prodotto sul corpo umano da una sostanza tossica dipende dalla sua Concentrazione C e dall’Intervallo di Tempo T nel quale agisce ed alla Dose D che nel tempo viene accumulata nell’organismo.

Supponendo, per facilità di ragionamento una Concentrazione Costante nel Tempo si avrà:

D = C x T

Al variare dei valori di D varieranno le conseguenze specifiche negative sul corpo umano (p.e. mal di testa, vomito, ecc…fino alla morte); preme specificare che, a parità di D, le sostanze nocive non producono gli stessi effetti.

Il Monossido di Carbonio (detto anche Ossido di Carbonio o Ossido Carbonioso) è un gas infiammabile incolore, inodore e insapore che si libera soprattutto in ambienti con carenza d’ossigeno. Tale gas, considerato che durante la combustione si produce spesso in quantità maggiore rispetto alle altre sostanze tossiche, è certamente il più pericoloso ed è il responsabile principale dei decessi delle persone che avvengono nel corso degli incendi.

Il Monossido di Carbonio, a Temperatura Ambiente, ha una densità di 1,15 kg/m³ quindi leggermente inferiore rispetto a quella dell’aria e la sua via di assorbimento è quella inalatoria (sembra accertato che non ci sia assorbimento di tipo cutaneo). Il Monossido di Carbonio ha la capacità di legarsi con l’Emoglobina, una forte affinità di circa 210 volte superiore rispetto a quella dell’Ossigeno, formando la Carbossiemoglobina COHb:

CO+HbO₂↔COHb+O₂

L’aumento di COHb comporta una riduzione del trasporto di O₂ nei tessuti da parte del sangue, tale carenza può provocare gravi conseguenze per l’organismo umano soprattutto agli organi che normalmente necessitano di grandi quantità di ossigeno per funzionare (in ordine decrescente di importanza: cervello, cuore e muscoli del movimento).

Una espressione approssimata che consente di fornire una sommaria valutazione del presumibile tempo necessario per accumulare un determinato valore della Concentrazione di COHb nel sangue durante l’esposizione a CO è quella di Stewart (Peterson JE, Stewart RD. Absorption and elimination of carbon monoxide by inactive youngmen. Arch Environ Health 1970; 21: 165-171):

Ove:

• T = Tempo d’esposizione (minuti) necessario affinchè nell’organismo venga accumulata una determinata percentuale COHb%
• C_CO = Concentrazione Media Volumetrica di CO (ppm) presente nell’aria inalata
• V = Attività Media Respiratoria di una persona (l/min)

Un altro importante effetto che si riscontra nell’ambiente durante un incendio è la diminuzione progressiva di O₂ poiché esso viene consumato per alimentare la combustione del materiale (a Condizione Standard C_O2 nell’aria è del 20,95%).Una espressione approssimata che consente di fornire una sommaria valutazione del presumibile tempo necessario a provocare una inabilitazione di una persona a causa solamente della riduzione di O2 presente nell’aria inalata:

Ove:

• T = Tempo d’esposizione (minuti) 
• C_O2 = Concentrazione Media Volumetrica di C_O2 (percentuale) presente nell’aria inalata

Per effettuare una general generica Valutazione Quantitativa del Rischio Incendio al quale è sottoposto una persona a causa dell’esposizione alle diverse sostanze nocive contenute nei prodotti della combustione, in considerazione che l’effetto provocato dalla loro azione è graduale e correlata ai tempi di esposizione, si può utilizzare il metodo della Fractional Effective Dose FED (ISO 13571:2012 Life-threatening components of fire — Guidelines for the estimation of time to compromised tenability in fires) nel quale la dose tossica attribuita ad un determinato gas generato in un incendio viene espressa come una frazione della dose totale necessaria a provocare un determinato effetto nell’organismo umano:

Ove:

• FED = Dose di gas assorbita durante un tempo T definito di esposizione rapportata alla dose dello stesso gas che provoca uno specifico effetto sulla persona esposta
• C_i = Concentrazione dell’i^-mo gas che si libera nell’incendio
• (C_i x T)_i = Dose della specie gassosa i^-ma in grado di produrre gli specifici effetti sulle persone presenti

Preme sottolineare che, in letteratura, un valore di FED INFERIORE a 0,30 sia ACCETTABILE durante la fase di esodo da un edificio in fiamme; qualora le persone presenti siano in precarie condizioni fisiche (p.e. anziani, degenti di ospedali, ecc…) suddetto valore FED NON dovrebbe essere MAGGIORE a 0,10.

Semplificando al massimo, quindi prendendo in considerazione il SOLO effetto nocivo del CO, si ottiene:

Ove:

• FED = è la frazione totale di dose dovuta alle varie sostanze nocive (nel caso semplificato solo CO) che produce la condizione di inabilitazione
• F_CO e F_O2 = frazioni di dose imputabili rispettivamente a CO ed alla riduzione nell’ambiente di O₂, che sono in grado di generare la condizione di inabilità
• VC_O2 = fattore moltiplicativo che tiene conto dell’effetto iperventilante provocato dall’inalazione di CO₂, espresso:

Esempio 1

Una persona adulta durante l’esodo di un edificio interessato da un incendio rimane esposta a:

• CO: 800 ppm
• CO₂: 4500 ppm
• O₂: 15 %

Esposizione: 20 minuti

Attività Media Respiratoria Lavoro Medio: 25 l/min

Una persona in tale circostanza sarebbe diventata sicuramente INABILE.

Questo ci fa capire che una persona possa subire seri danni anche dopo alcuni minuti di inalazione dei prodotti della combustione fino a non poter più essere in grado di porsi autonomamente in salvo, ovvero la sua salvezza dipende in maniera esclusiva dalla tempestività d’intervento dei soccorsi.

Simulando alcuni scenari si stima quindi che dopo circa 5 minuti la persona potrebbe già superare la soglia ACCETTABILE FED, tempistica che scenderebbe a circa 2 minuti se le condizioni ambientali precedentemente descritte si riferissero ad un incendio in una RSA/Ospedale.

Esempio 2

La squadra VF sta effettuando lo smassamento di una copertura che ha preso fuoco a seguito del malfunzionamento della canna fumaria, come da foto:

• CO: 200 ppm
• CO₂: eliminata per facilità di calcolo
• O₂: 20,3 %

Esposizione: 40 minuti

Attività Media Respiratoria Lavoro Medio: 25 l/min

Questo esempio evidenzia in modo inequivocabile, come se ce ne fosse ancora bisogno, l’importanza dell’adozione dei Dispositivi di Protezione Individuale; non solamente durante l’attività di antincendio vera e propria, ma anche durante tutte quelle operazioni di contorno quali (nel caso specifico) la messa in sicurezza della struttura.