CAPITOLO 7
EFFETTO DEL CONSUMO DI ALCOOL SULLA
CAPACITÀ DI GUIDA
7.1 INTRODUZIONE
Un recente studio epidemiologico della Commissione Europea ha stimato che in Italia il 30% dei decessi per incidenti stradali, e il 50% degli incidenti non mortali, abbia una correlazione con l'uso di alcool. Purtroppo, a dispetto di numerose campagne informative sugli effetti dell'abuso di alcool, non sembrano tuttora diffusamente comprese le conseguenze di tale comportamento sulla capacità di guida.
Il dosaggio alcolemico esprime la concentrazione di alcool etilico nel sangue, e rappresenta un test semplice, rapido, e molto preciso; il dosaggio alcolemico viene usualmente espresso in grammi per litro di sangue (g/L), o, in modo equivalente, in milligrammi per decilitro (mg/dL); per intendersi, il limite legale per la guida è di 0.5 g/L o 50 mg/dL.
Il rischio di incidente stradale cresce vistosamente con il crescere dell'alcolemia: considerando pari ad "1" il rischio di chi guida in stato di sobrietà, il rischio cresce fino a "380" quando il tasso alcolemico è pari o superiore a 1,5 g/L: in pratica, l'incidente non è più solo molto probabile, ma addirittura quasi sicuro.
Anche con valori compresi tra 0,5 e 0,9 g/L il rischio è 11 volte superiore. Già assumendo un quantitativo di alcool che determina una alcolemia al di sotto del limite legale di 0,5 g/L, il rischio di incidente grave aumenta da 1 a 1,4.
In particolare, è importante comprendere gli effetti del progressivo aumento delle concentrazioni di alcool nel sangue. Con valori pari a:
- 0,2 g/L: si manifesta un'iniziale tendenza a guidare in modo più rischioso, i riflessi sono leggermente disturbati e aumenta la tendenza ad agire in modo imprudente in virtù di una ridotta percezione del rischio;
- 0,4 g/L: rallentano le capacità di vigilanza e elaborazione mentale; le percezioni e i movimenti o le manovre vengono eseguiti bruscamente con difficoltà di coordinazione; - 0,5 g/L (LIMITE LEGALE DI GUIDA): il campo visivo si riduce, prevalentemente a
causa della riduzione della visione laterale; contemporaneamente si verifica la riduzione del 30-40% della capacità di percezione degli stimoli sonori, luminosi e uditivi e della conseguente capacità di reazione;
- 0,6 g/L: i movimenti e gli ostacoli vengono percepiti con notevole ritardo e la facoltà visiva laterale è fortemente compromessa;
- 0,7 g/L: i tempi di reazione sono fortemente compromessi; l'esecuzione dei normali movimenti attuati alle guida è priva di coordinamento, confusa e conduce sempre a gravi conseguenze;
- 0,9 g/L: l'adattamento all'oscurità è compromesso, accompagnandosi alla compromissione della capacità di valutazione delle distanze, degli ingombri, delle traiettorie dei veicoli e delle percezioni visive simultanee;
- 1 g/L: stato di ebbrezza franca e manifesta, caratterizzata da euforia e disturbi motori che rendono precario l'equilibrio. Manifestata e visibile è l'alterazione della capacità di attenzione, con livelli di capacità visiva minima e tempi di reazione assolutamente inadeguati e pericolosi per se stessi ed eventuali terzi. Maggior tendenza alla distrazione con riflessi inadeguati e sopiti. Lo stato di euforia rende il conducente in stato di ebbrezza estremamente pericoloso e imprevedibile; il comportamento alla guida si caratterizza attraverso sbandate volontarie dell'autovettura (o simile), guida al centro della strada o in senso contrario di marcia, con incapacità della valutazione della posizione del veicolo rispetto alla carreggiata. Le percezioni luminose intense possono essere la causa dominante della perdita completa di un controllo già precario provocando un accecamento transitorio a cui segue un recupero molto lento della visione.
- > 1.5 g/L: lo stato di euforia viene sostituito da uno stato di confusione mentale e di totale perdita di lucidità, accompagnati da forte sonnolenza.
In virtù delle differenze metaboliche e fisiologiche tra sesso maschile e femminile le donne sono più vulnerabili all'alcool e raggiungono livelli di alcolemia più elevati con quantità inferiori di alcool consumato e con una maggiore rapidità.
Il tasso alcolemico raggiunto, inoltre, è influenzato da tutta una serie di variabili, tra le quali principalmente il tempo di assunzione, l’uso di farmaci, il peso corporeo, l’assunzione di cibo, la gradazione alcolica ecc.
È un dato ormai certo che l’assunzioni di tali sostanze influenzano le performance di guida a causa dei loro effetti depressivo/stimolanti e di distorsione della percezione [1].
Attenzione, concentrazione, risposta agli stimoli sono quindi modificati, a volte ridotti, a volte esasperati per un'eccessiva fiducia nelle proprie capacità o per un aumento dell'aggressività e sottostima del rischio.
Questo studio sugli aspetti genetici e fisiologici legati al consumo di alcol da parte dei conducenti è stato perciò incentrato sulla velocità di eliminazione dell'etanolo e sulle differenze esistenti tra gli individui, valutando l'impatto dell'alcol sulla base delle abilità sociali e di comportamento.
Per questo intento è stata organizzata una prova con etilometro elettronico allo scopo di verificare se esiste una variazione del fenotipo (metabolizzatori lenti o veloci di etanolo) al variare del genotipo, in collaborazione con il Dipartimento di Genetica della Facoltà di Biologia dell’Università di Pisa, sotto il coordinamento del Prof. Roberto Barale e con la collaborazione della Dott.ssa Lisa Cancemi. I risultati ottenuti dalla prova sono stati integrati con un secondo test, consistente nella misura del tempo di reazione a un evento improvviso attraverso il simulatore di guida del DIMNP-DIC, prima e dopo l'ingestione di etanolo: in particolare, si è cercato di studiare l'effetto del consumo di alcol sulla capacità di guida, valutando il possibile ruolo giocato dai geni responsabili del metabolismo dell'etanolo e dal gene che regola la risposta fisiologica.
7.2 METODOLOGIA
La popolazione in studio è composta da n.50 volontari, di età compresa tra i 18 ed i 35 anni, reclutati tra gli studenti dell'Università di Pisa. Con la firma di un consenso informato, i partecipanti hanno convenuto di fornire il loro DNA agli scopi dello studio e hanno dichiarato di essere bevitori occasionali o regolari di alcol.
I volontari hanno partecipato ad un test con etilometro elettronico: somministrata cioè una certa quantità di vino (12% in etanolo) per ognuno di essi è stata misurata la variazione del tasso di alcolemia nel tempo ed è stata costruita la corrispondente curva di smaltimento (analisi del fenotipo). Nello specifico, le misurazioni sono state effettuate a intervalli regolari di 20 minuti dopo l'ingestione di alcool, per essere sicuri, in particolare a prime misure, che non ci fossero residui di alcool nella bocca e nella gola. I soggetti sono stati istruiti a non consumare alcool il giorno prima del test e di consumare al massimo un pasto leggero prima della prova. I test sono stati condotti, sia al mattino che al pomeriggio, almeno 2 ore lontano dai pasti.
La genotipizzazione è stata seguita ed effettuata dal prof. Roberto Barale e dalla Dott.ssa Lisa Cancemi del Dipartimento di Genetica della Facoltà di Biologia dell’Università di Pisa; il rapporto tra genotipo e fenotipo è stato studiato calcolando l'area sotto la curva di smaltimento (AUC) per ogni individuo. L’AUC è un principio usato in farmacologia per indicare la quantità di farmaco attivo nel sangue per un periodo di tempo dopo la somministrazione: un valore più alto AUC indicherebbe uno smaltimento dell’etanolo più lento, mentre piccoli valori di AUC indicano uno smaltimento più rapido.
Nelle fasi preliminari del progetto si è deciso di provare due principi diversi per identificare il metodo più appropriato per il calcolo della dose somministrata di vino. In un primo test è stata utilizzata la BSA (Body Surface Area) come indicatore della capacità metabolica degli individui, sfruttando lo strumento on-line "Body Surface Area Calculator” generalmente utilizzato per calcolare le dosi di farmaci (http://www.halls.md/body-surface-area/bsa.htm). Il calcolatore prende in considerazione l'altezza, il peso, l’età ed il sesso della persona e quindi, indirettamente, anche il rapporto acqua/grasso corporeo. Sulla base di riferimenti di letteratura si è deciso di 80 ml di vino per m2 di BSA per gli uomini e 68 ml per le donne.
In un secondo test, le dosi di vino sono state calcolate in base alla quantità totale di acqua corporea, ottenuti mediante l'analisi di impedenza bioelettrica (BIA). La misurazione della impedenza corporea si basa sul principio che i tessuti biologici possono comportarsi come conduttori, semiconduttori o dielettrici (isolamento). Sulla base della letteratura si è deciso di somministrare 50 ml di etanolo per 100 ml di H2O.
Rapportando i valori di BSA e BIA si ottiene un coefficiente di correlazione (R2) del 91%, dimostrando che i due principi non sono molto diversi tra loro e sono entrambi validi per il nostro studio (Figura 1).
Figura 1: Correlazione BSA-BIA
Poiché il calcolo della BSA è rapido e facile e la calcolatrice in linea prende in considerazione il rapporto acqua / grasso corporeo, si è scelto di utilizzare la BSA come un indice della capacità metabolica.
L’estrazione del DNA è avvenuto attraverso prelievi di saliva sfruttando una soluzione saliva che permette di purificare il campione prelevato.
Una volta caratterizzati i soggetti si è proceduto a test di guida simulati allo scopo di valutare l’influenza dell’alcool sul comportamento al volante, soprattutto in funzione dei tempi di reazione in seguito ad un evento improvviso e alla riduzione della capacità di controllo del veicolo. In particolare, i volontari hanno eseguito il test in due condizioni diverse: in uno stato sobrio e 20 minuti dopo l'ingestione di una certa quantità di vino (12% in etanolo), calcolato sulla base della relativa BSA.
Di seguito, si riporta in dettaglio la procedura di prova seguita, elencando le variabili prese in considerazione ai fini dell’analisi dei dati acquisiti:
- Condizioni del conducente:
o sobrio (condizioni normali);
o alcool (condizioni in seguito ad assunzione di alcool). - Tipo di guida:
o training della durata di 10 min;
o guida sobria in autostrada, in rettifilo, della durata di 5 min, con simulazione di una perdita di aderenza;
o guida a seguito di assunzione di alcool, dopo 20 minuti dalla guida sobria, della durata di 5 min, con simulazione di una perdita di aderenza;
- Velocità di avanzamento costante: o 100km/h.
Per ogni volontario e per ogni perdita di aderenza simulata è stato calcolato il tempo di reazione allo stimolo esterno ed il tempo necessario per ripristinare le normali condizioni di marcia ante-stimolo [2].
I tempi valutati nelle condizioni normali sono stati utilizzati come controllo.
7.3 RISULTATI SPERIMENTALI
7.3.1 Variabilità interindividuale del tasso di eliminazione dell’etanolo
Attraverso l’utilizzo di un etilometro elettronico siamo stati in grado di tracciare la curva di eliminazione dell'etanolo per ogni individuo al variare del tempo; il picco della curva, rappresentativa della concentrazione di etanolo nel sangue, si ottiene dopo 20 minuti dall'ingestione di etanolo. Le analisi condotte hanno mostrato che il picco della curva non dipende dalla dose di etanolo, né tantomeno dal genotipo, bensì dalla capacità di assorbimento. Dopo il picco, la curva inizia a degradare con un tratto discendente che raggiunge un valore pari a zero, rappresentativo della eliminazione dell’etanolo: la completa eliminazione di etanolo viene raggiunta, in media, dopo 120 minuti dal consumo di alcol (Figura 2).
La variabilità interindividuale della frequenza di eliminazione dell'etanolo e della capacità metabolica è apparsa evidente quando si sono confrontati i grafici ottenuti per i diversi individui nello stesso esperimento.
Figura 3: Curve di smaltimento dell’etanolo per diversi soggetti nell’ambito dello stesso test
Come si può osservare dalla Figura 3, alcuni individui possono raggiungere livelli molto alti di concentrazione di etanolo, ma possono impiegare, per tornare a livelli nulli, lo stesso tempo di altri individui che raggiungono picchi di concentrazione inferiori.
Anche se il tempo di estinzione è risultato lo stesso, l'aspetto della curva, e quindi il modello individuale di eliminazione e smaltimento, può presentarsi molto diverso.
È stato quindi necessario utilizzare un altro parametro matematico per definire e quantificare le differenze esistenti tra gli individui: sulla base dei dati di letteratura inerenti l’ambito farmacologico è stata adottata l'AUC come indice di smaltimento dell’etanolo. I valori di AUC ottenuti dalle prove con etilometro elettronico sono stati confrontati con i genotipi individuati.
L'analisi della varianza ha mostrato una significativa associazione tra i valori di AUC ed il genotipo solo per la variante allelica rs1614972 del gene ADH1C, ed ha inoltre rivelato una certa influenza dell’ora del giorno in cui la prova è stata effettuata [3].
7.3.2 Analisi delle capacità prestazionali alla guida in seguito ad assunzione di alcool
Le variabili prese in considerazione per lo studio dei tempi di reazione e dei tempi necessari per ripristinare le condizioni di marcia stabili ante-stimolo esterno (rappresentativo quindi di un tempo legato all’abilità del conducente e all’attenzione messa nel compiere la manovra) sono rappresentate da:
- angolo di sterzo (°);
- derivata dell’angolo di sterzo (°/s), allo scopo di definire l’istante in cui si verifica l’impulso esterno, inviato dalla postazione di controllo;
- accelerazione trasversale (m/s2);
- contraccolpo (m/s3),vale a dire la derivata del segnale accelerazione trasversale, al fine di individuare l’istante in cui l’utente agisce sul volante per reagire all’impulso esterno; L’analisi dei segnali ha evidenziato che l’angolo di sterzo è più rappresentativo ai fini della definizione del tempo di reazione all’impulso, mentre, l’accelerazione trasversale ed il contraccolpo sono quelli più idonei per il calcolo del tempo di ripristino delle condizioni stabili di marcia.
I tempi di risposta degli utenti sono stati calcolati imponendo delle condizioni che hanno permesso di determinare, per ogni soggetto testato, delle soglie limite di riferimento; tali condizioni sono state individuate studiando l’andamento qualitativo dei segnali ed interpretando lo stile di guida del singolo conducente.
Nello specifico sono stati individuati i seguenti valori di soglia:
- tempo di reazione: condizione di stabilità in corrispondenza di una riduzione del 30% del valore dell’angolo di sterzo rispetto al valore massimo registrato in corrispondenza dell’impulso;
- tempo di ripristino delle condizioni di marcia ante-stimolo esterno: condizione di stabilità in corrispondenza di una at ≤ 2 m/s2 per un tempo t ≥ 1 sec.
In Figura 4 si riporta l’andamento di una generica prova, eseguita in condizioni normali, con l’individuazione delle diverse soglie appena definite, mentre in Figura 5 si rappresentano i tempi di risposta ottenuti.
0 10 20 30 40 50 60 70 -30 -20 -10 0 10 20 30 Tempo (s)
#22, normal Steering wheel angle (deg)
Lateral accel. (m/s2) Derivative of lat acc. (m/s3)
0 10 20 30 40 50 60 70 -30 -20 -10 0 10 20 30 Tempo (s) #22, alcool
Steering wheel angle (deg) Lateral accel. (m/s2) Derivative of lat acc. (m/s3)
Figura 4: Andamento delle variabili e individuazione dei valori di soglia – Prova in condizioni normali
0 1 2 3 4 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Number Time ( s ) Reaction Ability Total 0 1 2 3 4 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Number Time ( s ) Reaction Ability Total
Figura 5: Tempi di risposta per singolo utente
I test sono stati eseguiti sui 44 soggetti volontari secondo il protocollo riportato al Paragrafo 7.2 ricavando i seguenti dati medi per ogni individuo (Tabella 1).
Il primo passo è stato quello di determinare la distribuzione della serie di dati (Figura 6) e calcolare le statistiche descrittive del campione (media e varianza) per ognuno dei test.
A questo punto si è proceduto al confronto di tali valori aggregati, allo scopo di verificare eventuali effetti dell’alcool sulle capacità di guida (Figura 7).
L’analisi della Figura 6 mostra come i dati tendono a distribuirsi in maniera pressoché simile, tendendo ad una curva di distribuzione di tipo log-normale.
I valori riportati in Figura 7 evidenziano che non sussistono variazioni tra la guida in condizioni normali e quella in seguito ad assunzione di alcool; per quanto riguarda i tempi di reazione, infatti, i valori medi sono praticamente identici (dell’ordine di 0,5 secondi) e lo stesso discorso vale per i tempi di ripristino delle condizioni di marcia ante-stimolo (valori medi dell’ordine dei 2 secondi).
Tabella 1: Confronto valori medi
ID
Utente Normale Alcool Normale Alcool
1 0.630 0.502 2.900 1.586 2 0.563 0.867 1.727 3.340 3 0.548 0.558 1.070 1.492 4 0.548 0.473 1.382 2.030 5 0.693 0.770 0.830 1.733 6 0.590 0.576 3.720 1.542 7 0.595 0.558 2.640 1.730 8 0.517 0.550 1.050 1.272 9 0.537 0.528 1.713 1.530 10 0.532 0.638 2.435 2.470 11 0.580 0.588 1.280 1.600 12 0.614 0.612 1.456 1.138 13 0.500 0.610 1.738 1.325 14 0.530 0.470 2.612 2.250 15 0.570 0.600 1.475 1.756 16 0.493 0.480 1.235 1.200 17 0.505 0.515 1.555 1.583 18 0.633 0.615 2.783 2.498 19 0.692 0.615 1.545 1.938 20 0.533 0.538 3.003 2.290 21 0.505 0.580 1.390 1.920 22 0.553 0.522 2.380 2.255 23 0.560 0.560 2.573 1.907 24 0.527 0.528 2.583 1.816 25 0.620 0.587 3.345 2.430 26 0.506 0.518 1.734 2.007 27 0.520 0.515 1.653 1.283 28 0.505 0.515 2.405 2.333 29 0.565 0.767 2.405 2.843 30 0.545 0.533 2.460 2.825 31 0.470 0.437 0.835 1.053 32 0.707 0.625 2.963 2.342 33 0.520 0.547 1.138 1.680 34 0.574 0.554 1.674 2.554 35 0.715 0.643 2.860 3.020 36 0.523 0.532 1.685 1.665 37 0.533 0.510 2.083 1.943 38 0.563 0.577 0.987 1.473 39 0.500 0.512 1.618 1.825 40 0.497 0.472 0.993 0.953 41 0.520 0.507 1.580 1.535 42 0.710 0.730 2.530 2.608 43 0.600 0.638 3.020 1.713 44 0.487 0.465 0.955 0.855 Tempi di reazione (sec) Tempi di ripristino condizioni di marcia (sec)
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 2 4 6 8
Mean reaction time (s)
De ns it y ( n u m be r o f pe op le)
Reaction times (normal)
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 2 4 6 8 10
Mean reaction time (s)
De ns it y ( n u m be r o f pe op le)
Reaction times (alcool)
-1 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6
Mean ability time (s)
D e n s ity (n umb e r of pe ople )
Abiltiy times (normal)
0 1 2 3 4 0 2 4 6 8
Mean ability time (s)
D e n s ity (n umb e r of pe ople )
Ability times (alcool)
Figura 6: Distribuzione valori medi per individuo
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Person # Mean re act ion t ime (s )
Mean reaction time. Global normal mean: 0.562 s (sd: 0.064 s), global alcool mean: 0.569 s (sd: 0.087 s)
Normal Alcool 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 Person # Mea n a b ilit y time (s)
Mean ability time. Global normal mean: 1.954 s (sd: 0.756 s), global alcool mean: 1.890 s (sd: 0.569 s)
Normal Alcool
7.4 CONCLUSIONI
I risultati emersi dal presente studio non sembrano mostrare alcuna differenza tra le condizioni di guida previste dal protocollo di sperimentazione, ovvero la condizione sobria e quella in seguito alla assunzione di una quantità di alcool tale da portare l’utente alla soglia legale minima.
E’ importante osservare che gli stessi risultati poco significativi si ottengono suddividendo gli utenti in gruppi, in funzione della classificazione genetica eseguita in base alla capacità di assorbimento dell’alcool ed in base all’attenzione.
I motivi principali che spiegano questa assenza di differenze significative tral e due condizioni di guida vanno ricercati nel fatto che non è stato definito alcun coefficiente rappresentativo dell’apprendimento degli utenti: la prova, infatti, per come è stata strutturata, fa si che gli utenti siano consapevoli di ciò che li aspetta per cui, durante la prova in seguito ad assunzione di alcool, lo stimolo esterno è “atteso e meno improvviso”. La prova, quindi, va necessariamente completata con una campagna di prove eseguita su un gruppo di controllo, allo scopo di valutare l’apprendimento degli utenti e applicare tale coefficiente ai risultati ottenuti.
Un altro aspetto di cui tener conto per spiegare i risultati emersi è legato, senza dubbio, alla tipologia di prova adottata: essa, infatti, si basa su sollecitazioni esterne tali da avere tempi di risposta che si sviluppano quasi istantaneamente e che non permettono, quindi, di apprezzare le differenze percettive degli utenti nei diversi stati di prova.
Gli sviluppi futuri di questo studio, pertanto, saranno indirizzati proprio a studiare i fenomeni legati all’apprendimento degli utenti che si interfacciano con il sistema di simulazione, ad individuare una tipologia di prova in cui i tempi di risposta degli utenti a stimoli esterni siano più ampi, e a correlare altre variabili fisiologiche, attraverso opportuni sensori biomedici, con quelle già individuate nella presente analisi.
BIBLIOGRAFIA
1. R..A. Barkley, D. Cox, A review of driving risks and impairments associated withattention-deficit/hyperactivity disorder and the effects of stimulant medication on driving performance, Journal of Safety Research 38, 2007.
2. A.Kemeny, and F. Panerai, Evaluating perception in driving simulation experiments, TRENDS in Cognitive Sciences Vol.7 No.1 January 2003,
3. I.R. Gizer, C. Ficks, I.D. Waldman, Candidate gene studies of ADHD: a meta-analytic
