livello medio
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: na
AREA: na
parole chiave: fisiologia
Il nostro corpo produce CO2, come conseguenza del metabolismo cellulare. Ogni molecola di ossigeno utilizzato genera una molecola di CO2; ne risulta che la pressione parziale della CO2 (PCO2) nel sangue arterioso è di circa 40 mmHg mentre quella nel sangue venoso, dove si accumulano i prodotti del metabolismo, è di circa 46 mmHg.
Un adulto medio produce circa 200 ml di CO2 al minuto e se questa non viene correttamente eliminata attraverso la respirazione la PCO2 nel sangue arterioso si incrementa di circa 3 – 6 mmHg/minuto. In un adulto sano la ventilazione alveolare è regolata in modo da mantenere un PCO2 negli alveoli e nel sangue arterioso attorno ai 40 mmHg.
Ma quali sono gli effetti sul nostro organismo?
in rosso, la medulla elongata
L’incremento della PCO2 è lo stimolo principale per la respirazione agendo sui recettori chimici del cervello (localizzati nella porzione definita medulla elongata) e su quelli nelle aorte.
Questi recettori reagiscono all’incremento della PCO2 arteriosa ed alla riduzione del pH (acidosi); la CO2 infatti è principalmente trasportata sotto forma di bicarbonati nel plasma ed un cambiamento nella sua concentrazione si riflette in un cambiamento nella concentrazione di detti bicarbonati e quindi in una riduzione del pH.
I recettori aortici invece reagiscono principalmente alla riduzione della concentrazione dell’ossigeno nel sangue. Normalmente nell’aria atmosferica la PCO2 è di 0.23 – 0.30 mmHg alla pressione nominale di 760 mmHg.
Se un subacqueo respira una miscela contaminata con valori più elevati di CO2 la capacità respiratoria di controllo della PCO2 viene compromessa ed il ritmo respiratorio si intensifica notevolmente nel tentativo di mantenere la PCO2 arteriosa nei limiti dei 40 mmHg.
Questo alto ritmo respiratorio non può essere sostenuto per lunghi periodi portando presto all’esaurimento dei muscoli respiratori con crollo delle capacità ventilatorie dei polmoni. Anche modeste percentuali di CO2 nella miscela respiratoria possono generare inaccettabili livelli di PCO2 in profondità.
Alcuni sintomi sono stati associati con livelli di PCO2:
• Mal di testa e visione a tunnel 60 < PCO2 < 66 mmHg
• Nausea e sensazione di panico PCO2 > 61 mmHg
• Stato mentale alterato 51 < PCO2 < 52 mmHg
In generale è molto importante evitare anche minime contaminazioni di CO2 nella miscela respiratoria perché inalare anche solo il 2% di CO2 richiede un incremento del ritmo respiratorio del 61% per mantenere la PCO2 arteriosa entro 40 mmHg; in immersione questo ritmo respiratorio può essere eccessivo e di conseguenza il livello di CO2 nell’organismo può crescere fino a livelli critici causando anche un’improvvisa perdita di coscienza.
L’eccesso di anidride carbonica (ipercapnia) si verifica a causa di troppa CO2 nel gas respiratorio o perché la CO2 prodotta dall’organismo non viene eliminata correttamente.
Stress del sistema respiratorio in immersione
Durante le immersioni subacquee il sistema respiratorio subisce uno stress meccanico a causa sia dell’aumento della pressione idrostatica sia della densità del gas respirato; di conseguenza lo sforzo respiratorio aumenta e la PCO2 alveolare può incrementarsi a seguito di due meccanismi principali:
Ritenzione di CO2
Questo è il risultato di una tendenza all’ipoventilazione che a sua volta causa una diseguaglianza tra la CO2 prodotta metabolicamente e quella eliminata della respirazione. Questo problema è più evidente tra i subacquei più esperti che hanno sviluppato questa abitudine nel tempo.
Accumulo di CO2
Questo è un tipico problema dei sistemi respiratori a circuito chiuso nei quali un malfunzionamento del sistema di filtraggio della CO2 può causare un aumento della PCO2 nella miscela respiratoria. Ad un livello minore tale accumulo può verificarsi in altri spazi morti come ad esempio uno snorkel troppo lungo, od un elmetto (per i subacquei commerciali) non ben ventilato. Sebbene l’aumento della CO2 nel sangue costituisca stimolo alla respirazione, con un meccanismo di autoregolazione, un improvviso aumento della PCO2 può aggirare questo meccanismo causando improvvisa perdita di coscienza.
A riposo un subacqueo riesce a tollerare una PCO2 nella miscela respiratoria fino a 30 mmHg (equivalenti ad una concentrazione del 4% alla pressione nominale di un’atmosfera); quando l’attività fisica aumenta tale tolleranza diminuisce.
Sotto sforzo estremo, come ad esempio quando si nuota contro una forte corrente, la produzione metabolica di CO2 può raggiungere 3 litri/minuto e se non viene rapidamente eliminata attraverso la respirazione si può sviluppare tossicità.
La capacità di ventilazione diminuisce con la radice quadrata della densità del gas respirato; a 90 metri di profondità questa riduzione può raggiungere il 75% di quella a livello del mare. A questo punto il flusso espiratorio non può essere ulteriormente aumentato ed il subacqueo diviene incapace di ventilarsi correttamente causando ulteriore accumulo di CO2. L’aumento della PCO2 arteriosa comporta anche un aumento del rischio di tossicità da ossigeno causando vasodilatazione cerebrale che incrementa il flusso di sangue attraverso il tessuto neuronale con conseguente aumento della pressione parziale di ossigeno nel cervello. Si è anche osservato che a pressioni iperbariche la CO2 causa anche un aumento nella produzione di ossido d’azoto che causa un’ulteriore vasodilatazione cerebrale con ulteriore incremento della pressione parziale d’ossigeno.
Non ultimo, il problema diviene più marcato quando respiriamo miscele con alte PCO2 come nel caso del Nitrox per il circuito aperto o un alto set-point di pressione di ossigeno in un respiratore a circuito chiuso. Tutti fattori da considerare per effettuare in sicurezza le nostre immersioni.
Giorgio Caramanna
è un geologo italiano specializzato in idrogeologia e geochimica, con oltre quindici anni di esperienza come subacqueo scientifico in una varietà di ambienti e attività di ricerca. Svolge anche il ruolo di delegato nel Comitato europeo di immersioni subacquee. Ha lavorato come ricercatore presso molte istituzioni internazionali e ha esperienza multidisciplinare in diverse università. Ha fondato nel 2015 GeoAqua Consulting con il desiderio di condividere la sua esperienza di ricercatore e subacqueo scientifico con il desiderio di sensibilizzare l’opinione pubblica sui principali problemi ambientali. È autore di oltre cinquanta articoli ed è revisore per riviste internazionali. Giorgio Caramanna, dal 2015, è anche collaboratore ed inviato dagli Stati Uniti di Ocean4future. Nel 2018 ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia Internazionale di Scienze e Tecniche Subacquee. Per maggiori dettagli sulle sue attività seguire il link.
geologo (PhD) ed oceanografo, ha fondato la società di consulenza GeoAqua nel 2015 anche al fine di condividere la sua esperienza di ricercatore e subacqueo scientifico, sensibilizzando l’opinione pubblica sui principali problemi ambientali. In possesso di una notevole esperienza in idrogeologia e geochimica ed oltre quindici anni di esperienza come subacqueo scientifico in una varietà di ambienti ha condotto diverse attività di ricerca ed è sttao delegato del gruppo europeo di immersioni scientifiche. Ha lavorato come ricercatore presso molte istituzioni internazionali operando in ambienti multidisciplinari con diverse università. È autore di più di cinquanta articoli ed è revisore di riviste internazionali. Attualmente lavora negli Stati Uniti collaborando come consulente al Woods Hole Oceanographic Institution. Nel 2018 ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia Internazionale di Scienze e Tecniche subacquee. Non ultimo è main reporter di OCEAN4FUTURE dagli Stati Uniti
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