In apnea, tutto ciò che accade nel corpo ruota attorno a un elemento apparentemente invisibile: i gas. Quando un apneista si immerge, non porta con sé strumenti, bombole o miscele, ma solo l’aria contenuta nei polmoni e la capacità del proprio organismo di gestirla sotto condizioni estreme.

Composizione dell’aria

Prima di immergerci nelle profondità del tuffo, dobbiamo capire cosa stiamo mettendo nei nostri polmoni durante l’ultimo atto respiratorio prima della capovolta. L’aria non è un elemento singolo, ma una miscela gassosa – un vero e proprio “cocktail chimico” – le cui proporzioni sono fondamentali per la vita.

Se potessimo vedere le molecole che ci circondano, vedremmo questa ripartizione:

• Azoto (N₂): ≈ 78%
• Ossigeno (O₂): ≈ 21%
• Argon (Ar): ≈ 0,9%
• Anidride Carbonica (CO₂) e altri gas: ≈ 0,04% (variabile)

Spesso ignoriamo che quasi l’1% dell’aria è costituito da Argon, un gas nobile, mentre la CO₂ atmosferica è presente in tracce minime, pur essendo cruciale per il clima (e per il nostro respiro).

Analizziamo i profili chimici dei nostri tre protagonisti. Ognuno ha una “personalità” molecolare che influenza direttamente l’apnea.

Ossigeno: caratteristiche chimiche e funzione fisiologica

Tutti sanno che ci serve per vivere, ma chimicamente l’ossigeno è una “rockstar” molto reattiva.

• La molecola: È formata da due atomi legati da un doppio legame.

(O=O)

• È un potente agente ossidante, il che significa che “ama” rubare elettroni ad altre molecole (processo fondamentale per produrre energia nelle nostre cellule).
• Curiosità chimica: L’ossigeno è paramagnetico. Se versaste ossigeno liquido (che ha un bellissimo colore azzurro pallido) tra i poli di un potente magnete, rimarrebbe sospeso nel campo magnetico, sfidando la gravità. Questa proprietà deriva dalla sua configurazione elettronica.
• In apnea: Nonostante sia il 21% dell’aria, il nostro corpo ne estrae solo una piccola parte (circa il 4-5%) ad ogni respiro normale. L’apneista impara a massimizzare questa efficienza. Nel nostro corpo viaggia principalmente legato all’emoglobina.

Azoto: comportamento e inertezza chimica

È il gas più abbondante, ma a pressione atmosferica il nostro corpo lo ignora completamente.

• La molecola: Due atomi di azoto sono uniti da un triplo legame.

(N≡N)

• Questo è uno dei legami più forti in natura. Per spezzarlo serve un’energia immensa, come quella di un fulmine.
• Perché è inerte? Proprio a causa di questo legame fortissimo, l’azoto non reagisce quasi con nulla nel nostro corpo. Entra ed esce invariato, senza odore, colore o sapore.
• Il lato oscuro: La sua inerzia chimica finisce quando entra in gioco la fisica delle alte pressioni. Essendo lipofilico (si scioglie bene nei grassi), sotto pressione l’azoto si infiltra nell’adipe e nelle membrane cellulari dei neuroni, . È qui che il “gigante buono” può diventare “pericoloso”.

Anidride carbonica, CO₂: solubilità, regolazione del respiro e fame d’aria

Spesso demonizzata come gas di scarto, la chimica della CO₂ è ciò che regola il nostro equilibrio interno.

• La molecola: Un atomo di carbonio legato a due di ossigeno in una struttura lineare.

(O=C=O)

• Il re della solubilità: una caratteristica chimica importante è la sua elevata solubilità in acqua. La CO₂ è circa 20-25 volte più solubile in acqua (e quindi nel sangue) rispetto all’ossigeno.
• In apnea: Questa incredibile solubilità le permette di spostarsi dai tessuti al sangue con una velocità impressionante. Inoltre, reagendo con l’acqua, forma acido carbonico, influenzando direttamente il pH del sangue. È questo cambiamento di acidità il vero “orologio” dell’apnea.

Fame d’aria e contrazioni

Molti credono che la fame d’aria arrivi quando “finisce l’ossigeno”. Falso.

In breve: la fame d’aria non è l’ossigeno che finisce, ma il corpo che dice ‘troppa CO₂!’

Il nostro corpo non sa misurare bene l’Ossigeno (la benzina), ma è sensibilissimo all’accumulo di Anidride Carbonica (il gas di scarico).

• La fame d’aria: È il segnale che il livello di CO₂ nel sangue ha superato la soglia di guardia. Il cervello ti sta dicendo “Ventila ora per far fuoriuscire i gas di scarico!”.
• Le contrazioni diaframmatiche: Se ignori la fame d’aria, il cervello prova a forzare la respirazione facendo contrarre il diaframma. Poiché hai la glottide chiusa, senti dei “colpi” nello stomaco o nel torace.

Il paradosso dell’apneista: Le contrazioni sono fastidiose, ma sono tue amiche. Ti avvisano che sei vivo e reattivo. Il vero pericolo è non sentirle affatto (come succede se iperventili), perché rischieresti di spegnerti (blackout) senza alcun preavviso.

Un chiarimento utile: è vero che la CO₂ è molto più solubile dell’O₂, ma non è questa solubilità a creare la fame d’aria. Il segnale nasce soprattutto dall’aumento del pH, dovuto alla CO₂ che si combina con l’acqua presente in varie parti del nostro corpo. Approfondiremo questo meccanismo in un articolo dedicato.

Verso la profondità: dai gas alla fisica dell’apnea

Ora che abbiamo esplorato il ruolo dei gas principali e il meccanismo della fame d’aria, siamo pronti a scendere più a fondo: nel prossimo articolo analizzeremo come la fisica dei gas – leggi di Boyle, Dalton e Henry – interagisce con l’organismo durante la discesa e la risalita, e come questi fenomeni influenzano sicurezza, blackout, taravana e narcosi da azoto.

In altre parole: capiremo perché l’apnea non è solo respirare, ma interpretare segnali invisibili che guidano ogni nostro movimento sott’acqua.

Scopri le leggi dietro la fisica dei gas

Scopri la legge di Boyle

Riferimenti e bibliografia

1. Schagatay E. (2011). Predicting performance and safety in competitive breath-hold diving. Sports Medicine, 41(5), 345–360. PMC3033832
2. Lindholm P., Lundgren C.E. (2009). The physiology and pathophysiology of human breath-hold diving. Journal of Applied Physiology.
3. Pelizzari U. (2021) Corso di apnea: manuale tecnico per principianti