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L’insidia dell’anidride carbonica

tempo di lettura: 5 minuti

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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: miscele, gas, subacquea
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L’anidride carbonica, o biossido di carbonio – CO2, è un gas inodore e incolore a temperatura ambiente, ed ha una molecola formata da un atomo di carbonio e due di ossigeno (CO2). La CO2 è prodotta nei tessuti come prodotto tossico della respirazione cellulare, da essi si riversa nel sangue tramite il quale viene trasferita ai polmoni per l’eliminazione. Come l’inspirazione ha il compito di assicurare l’apporto di ossigeno ai tessuti, l’espirazione ha l’altrettanto fondamentale ruolo, la cui importanza è spesso sottovalutata, di eliminare la CO2 prodotta. 

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Qualunque inefficienza nel processo di espirazione può quindi facilitare l’ipercapnia, ovvero l’eccesso di CO2, che comporta una situazione di rischio. L’ipercapnia è un pericolo di per se, con tutta una serie di propri sintomi ed effetti fisiologici che possono arrivare ad essere gravi, ma soprattutto essa acutizza gli effetti e le conseguenze sia della tossicità dell’ossigeno che della narcosi, entrambe sempre in agguato nelle immersioni profonde e impegnative.

Per evitare l’ipercapnia occorre limitare la produzione stessa di anidride carbonica, e successivamente assicurare che essa sia eliminata con la massima efficienza possibile.

Per limitare la produzione di CO2 è necessario controllare l’attività muscolare, principalmente evitando lavoro pesante e sforzi eccessivi o prolungati in immersione, evitando già in fase di prevedere lunghi trasferimenti, ambienti con forti correnti, mare mosso, e disporre l’attrezzatura in modo che offra la minima resistenza all’avanzamento, etc. Per eliminare efficacemente la CO2 prodotta occorre effettuare una respirazione regolare e profonda, curando soprattutto la fase di espirazione, e disporre di secondi stadi di erogazione con prestazioni ottime, meglio ancora se eccellenti. 
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Possibili cause: Ventilazione di un volume insufficiente. Eccessivo o insufficiente volume di miscuglio in circolo, cioè sforzo espiratorio o inspiratorio. ARO indossato troppo basso e sensibile alla differenza tra il baricentro del sacco e quello dei polmoni. Sacco riempito solo a metà in espirazione, situazione nella quale lavora solo il settore superiore del filtro. Ingombri nel tubo corrugato o, più facilmente, nel rubinetto a due vie da grumi di grasso o scorie. Situazione idrostatica troppo negativa o positiva e conseguente pinneggiamento forzato, oppure attività muscolare eccessiva e prolungata in genere. Stato emotivo. Calce sodata inattiva, esaurita, umida, mal distribuita, ecc. Allagamento dell’autorespiratore. 

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Per immersioni a bassa profondità questo obiettivo è più facile da raggiungere, in quanto vengono meno alcuni fattori che, a profondità maggiori, contribuiscono in modo determinante all’accumulo di CO2

I principali sintomi di un eccesso di anidride carbonica sono cefalea, confusione mentale e, nei casi più gravi, perdita di coscienza.

 

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Cause ed effetti
Per indagare più in dettaglio le cause e gli effetti dell’eccesso di CO2, occorre tener presenti sia i meccanismi fisiologici di stimolo della ventilazione polmonare, sia gli effetti di una contemporanea respirazione di ossigeno ad alta pressione.  In condizioni normo bariche, ovvero respirando normalmente fuori dall’acqua, il ritmo respiratorio è mantenuto e controllato in modo autonomo, analogamente al battito cardiaco.  L’organismo determina autonomamente la frequenza e la profondità respiratoria tramite un vero e proprio sistema di controllo automatico ed autonomo della respirazione, costituito dai centri respiratori situati nel tronco cerebrale, e da appositi sensori detti chemiorecettori centrali e periferici, capaci di misurare continuamente  la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica nel sangue. Se la concentrazione di CO2 diviene anche leggermente superiore alla norma, si ha immediatamente un incremento della ventilazione, mentre si ha un effetto opposto al suo diminuire. Il sistema di controllo è molto più sensibile alla concentrazione di CO2, rilevata dai chemiorecettori centrali piuttosto che alla concentrazione di ossigeno monitorata da quelli periferici.   In un certo senso questi ultimi agiscono come un sistema di controllo di riserva dei recettori centrali. 

Durante una immersione, anche la CO2 nell’aria respirata in profondità aumenta la sua pressione parziale, ma malgrado ciò essa resta piuttosto bassa, essendo basso il valore di partenza.

Tuttavia, l’aumento ben più considerevole della pressione parziale di ossigeno fa si che l’emoglobina si saturi di ossigeno, che quindi si scioglie anche nel plasma, e quando giunge ai tessuti, viene da esso prevalentemente ceduto. Anche nel sangue venoso quindi, l’emoglobina avrà uno stato di saturazione di ossigeno più alto del normale. Pertanto lo spazio normalmente a disposizione nell’emoglobina per trasportare la CO2 dalla periferia ai polmoni viene fortemente ridotto. Ciò vuol dire che la concentrazione di CO2 nel sangue aumenta proprio a causa dell’eccesso di ossigeno, che non riesce a liberare spazio sufficiente all’interno dell’emoglobina per il trasporto della anidride carbonica.

Questa ipercapnia è rivelata prevalentemente dai chemiorecettori centrali, che stimolano un aumento della ventilazione, al fine di rimuovere l’eccesso di CO2. Tuttavia, durante una immersione profonda questo aumento di ventilazione non ha l’efficienza che avrebbe respirando in superficie.  Infatti l’aumento di ventilazione è meno marcato del dovuto per effetto dei recettori periferici, prevalentemente sensibili alla concentrazione di ossigeno, che è invece in eccesso.  

L’eccesso di ossigeno quindi contribuisce in parte ad ingannare il meccanismo di controllo.
Inoltre il ricambio di aria è limitato dal maggiore sforzo respiratorio e dal maggiore ristagno di aria, dovuto essenzialmente alla maggiore viscosità e densità del gas ad alta pressione, che aumenta lo sforzo da compiere per muovere il gas, e alla presenza dei cosiddetti spazi morti dovuti alla presenza dell’erogatore, cioè l’insieme delle condutture ove il gas respirato va avanti e indietro senza essere ricambiato.   

Questa immagine ha l'attributo alt vuoto; il nome del file è IMG_4101mod-1024x678.jpg
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Esistono poi alcuni soggetti, i cosiddetti ritentori di anidride carbonica (“CO2 retainers”) che hanno una risposta personale già di per se ridotta all’aumento della CO2 nel sangue. Essi rispondono in modo meno pronto con iperventilazione a fronte di aumento di anidride carbonica, e questo fa si che il tasso di CO2 tenda a stabilizzarsi su livelli alti.   Spesso si tratta di subacquei esperti o atleti ben allenati, forse per la loro abitudine alla respirazione iperbarica o allo sforzo muscolare. Anche la bassa temperatura e l’effetto costrittivo della muta possono contribuire a limitare la nostra efficienza nello smaltimento dell’anidride carbonica.

In sintesi, in una immersione profonda, vi sono vari fattori che contribuiscono ad un aumento della anidride carbonica nel sangue, contestuale ad una ridotta sensibilità ed efficienza del sistema di misurazione e controllo automatico di questa CO in eccesso (recettori e ventilazione). 

Come ridurre il rischio? 
In genere il mal di testa è il simbolo più frequente dell’ipercapnia. Facendo attenzione ai sintomi, bisogna sempre essere concentrati sul modo di respirare e di agire:

– mantenendo un ritmo respiratorio lento, continuo e profondo, sottraendosi il più possibile a stati di affanno, eccessivi sforzi e lavoro in profondità;

– evitando tassativamente micro apnee e interruzioni delle respirazione;

– utilizzando sempre erogatori dalle alte prestazioni, ben funzionanti e revisionati di recente.

Il controllo dell’espirazione è ancor più importante di quello dell’inspirazione.
Durante l’inspirazione infatti, le alte prestazioni dell’erogatore e l’elevata pressione di ossigeno fanno si che gli alveoli si riempiano con sforzo relativamente lieve e con aria ben ossigenata. Viceversa, l’espirazione deve essere controllata al fine di svuotare bene, volontariamente e ad ogni ciclo, le aree di ristagno dell’aria, che altrimenti tende a divenire sempre più carica di CO2
 

Luca Cicali

 

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Antonino
Ospite
Antonino
12/11/2018 19:53

Articolo interessante. Se possibile, vorrei sapere la fonte delle informazioni riguardante l’azione dell’elevata pressione parziale dell’ossigeno sui chemocettori periferici e la conseguente diminuzione dell’aumento della frequenza respiratoria che provoca. Se da un libro,manuale etc.

Grazie.

Luca Cicali
Ospite
Luca Cicali
13/11/2018 0:22
replicare a  Antonino

Vorrei consigliarti una lettura in particolare, purtroppo le mie fonti sono molteplici e piuttosto eterogenee, includendo anche articoli pubblicati in lingua inglese. Forse puoi provare con un testo di fisiologia, ma i testi universitari sono un pò troppo approfonditi, meglio un libro dedicato alla scuola secondaria superiore. Potrei suggerire in particolare il libro “Invito alla biologia” Autori Helena Curtis, N. SUe Barnes, edito da Zanichelli.
Grazie per il tuo interessamento e a presto.
Luca CICALI

Rudi
Ospite
Rudi
06/02/2018 22:41

Eccellente descrizione dei meccanismi di accumulo di un gas (la CO2), i cui effetti sulla “narcosi da gas”, vengono tropo spesso erroneamente focalizzati prevalentemente sull’azoto. Semplice nella descrizione, ottimi i suggerimenti atti a ridurre i rischi ad esso connessi.

Luca Cicali
Ospite
Luca Cicali
13/11/2018 0:13
replicare a  Rudi

Ringrazio per l’apprezzamento dell’articolo. Il mio sincero sforzo è cercare di rendere semplici e comprensibili cose piuttosto complicate. Non sempre ci riesco ma quando ciò accade ne sono felice.
Luca CICALI

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