Il centimetro d’acqua e il suo valore in pascal
Il cm H2O è il centimetro d’acqua, unità di pressione che vale quanto grava su una superficie lo strato d’acqua alto un centimetro che le sta sopra. Si scrive anche cmH2O, tutto attaccato, e in inglese si incontra nella forma centimetre of water gauge, abbreviata cm w.g.
Perché il numero sia riproducibile bisogna dichiarare quale acqua e quale gravità, e la convenzione internazionale sceglie l’acqua da 1.000 kg per metro cubo insieme alla gravità standard. Ne risulta 1 cm H2O = 98,0665 Pa, esatto per definizione: quasi cento pascal, cioè poco meno di un ettopascal.
L’unità non appartiene al Sistema Internazionale e non figura nemmeno fra le poche che la direttiva europea sulle unità di misura tollera in campi ristretti, dove il millimetro di mercurio è invece ammesso per nome e riservato ai liquidi organici. Sul piano formale, quindi, le pressioni delle vie aeree andrebbero scritte in pascal; nella pratica clinica e sulle scale degli apparecchi non è successo, ed è la ragione per cui parecchi fabbricanti stampano le due indicazioni una accanto all’altra.
L’acqua non ha una densità sola
Qui sta una piccola ambiguità che il millimetro di mercurio non ha. La densità dell’acqua si sposta in modo apprezzabile con la temperatura: ha un massimo a 3,98 °C, dove vale 999,97 kg per metro cubo, e da lì scende, tanto che a 25 °C è già 997,05. Una colonna d’acqua reale, a temperatura di stanza, grava quindi circa tre parti su mille meno di quanto dice la convenzione.
Per questo le tavole metrologiche riportano due numeri: 98,0665 Pa per il centimetro d’acqua convenzionale, quello costruito sull’acqua da mille chilogrammi per metro cubo, e 98,0638 Pa per il centimetro d’acqua a 4 °C. Fra questi due lo scarto è di tre parti su centomila e nessuno strumento clinico lo distingue; fra la convenzione e l’acqua tiepida è dieci volte maggiore, e riguarda soltanto chi misuri davvero con un tubo pieno d’acqua.
Quasi nessuno lo fa più. Un apparecchio graduato in cm H2O non contiene acqua: dentro c’è una capsula metallica o un sensore, e il centimetro d’acqua sopravvive come nome di una scala, non come oggetto dentro lo strumento.
Perché per le pressioni piccole si preferisce l’acqua
Fra i due liquidi corre il fattore 13,5951, cioè il rapporto fra la densità convenzionale del mercurio e quella dell’acqua. Su una scala graduata quel fattore diventa risoluzione: dieci centimetri d’acqua valgono 7,36 mmHg, cioè poco più di sette tacche su uno strumento a mercurio segnato al millimetro, contro cento tacche su uno segnato al millimetro d’acqua.
Nelle vie aeree i valori in gioco stanno nelle decine di centimetri d’acqua, cioè in pochi millesimi di atmosfera. Su un quadrante tarato per il sangue arterioso quell’intera fascia si schiaccerebbe nel primo ventesimo del campo, dove ogni strumento legge peggio; sulla scala dell’acqua occupa tutto il quadrante. È lo stesso motivo per cui i tiraggi dei camini e le depressioni delle cappe si misurano in millimetri d’acqua e non in millimetri di mercurio.
Le pressioni respiratorie, la PEEP, le valvole
Il centimetro d’acqua è l’unità di casa della ventilazione. In cm H2O si esprimono la pressione di picco raggiunta durante l’insufflazione, la pressione di plateau letta a flusso fermo, la pressione di supporto e la PEEP, cioè la pressione positiva di fine espirazione: quella che il circuito mantiene nelle vie aeree a espirazione conclusa, invece di lasciarle tornare al valore ambiente. Le valvole PEEP che si innestano sui palloni di rianimazione portano una ghiera graduata proprio in cm H2O, e i campi di regolazione coprono di solito la prima ventina di centimetri d’acqua.
Sulla stessa scala si leggono le valvole di sovrapressione dei circuiti respiratori, la pressione impostata sugli apparecchi a pressione positiva continua, la pressione della cuffia dei tubi tracheali sui manometri dedicati e la pressione di apertura del liquido cerebrospinale alla puntura lombare. Nei drenaggi toracici la colonna d’acqua non è nemmeno un’analogia: il livello di aspirazione si regola riempiendo una camera fino a un’altezza segnata, e quei centimetri d’acqua sono acqua vera dentro un tubo.
Convertire i centimetri d’acqua
- 1 cm H2O = 98,0665 Pa
- 1 cm H2O = 0,7356 mmHg
- 1 mmHg = 1,35951 cm H2O
- 1 kPa = 10,197 cm H2O
- 1 cm H2O = 0,9807 mbar, cioè 0,9807 hPa
- 1 metro di colonna d’acqua = 100 cm H2O = 0,0981 bar
L’ultima riga chiude la domanda che ricorre più spesso: dieci metri d’acqua fanno 0,98 bar, cioè quasi un’atmosfera. La penultima spiega un’abitudine diffusa fra i costruttori di ventilatori, quella di lasciare scegliere fra cm H2O e millibar sulla stessa scala: le due unità distano meno del due per cento, uno scarto che a quei livelli sta dentro la tolleranza dello strumento, e poiché il millibar coincide con l’ettopascal la stessa lettura vale anche in hPa.
Cinque centimetri d’acqua sopra che cosa
Le pressioni scritte in cm H2O sono quasi sempre relative, cioè contate a partire dall’aria della stanza. Una PEEP di 5 cm H2O non vuol dire che nelle vie aeree ci siano 490 pascal in tutto, ma che ce ne sono 490 più che fuori: in valore assoluto sono poco più di 101.800 Pa contro i 101.325 dell’ambiente. Lo zero della scala è l’atmosfera, e poiché quel riferimento non è fisso, lo zero scivola insieme a lui senza che il numero letto se ne accorga.
Restano i multipli e i sottomultipli, che appartengono a mondi diversi pur essendo la stessa unità con un prefisso davanti. Il millimetro d’acqua, mm H2O, vale un decimo di centimetro d’acqua, cioè 9,80665 Pa, e si incontra dove le differenze sono ancora più piccole, per esempio nella regolazione delle portate d’aria. Il metro di colonna d’acqua, m H2O, moltiplica per cento e serve per i battenti idraulici e per le prove di tenuta. Cambia il prefisso, non il liquido di riferimento, e quindi non cambia il fattore di conversione verso il pascal.
