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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.
In breve
L’aria che respiriamo è composta per circa il 78% da azoto, il 21% da ossigeno, lo 0,9% da argon e lo 0,04% da anidride carbonica. L’ossigeno è il carburante; l’azoto è inerte a pressione atmosferica, ma in profondità si scioglie nei tessuti ricchi di grassi; la CO₂, 20-25 volte più solubile dell’ossigeno, reagisce con l’acqua e acidifica i liquidi del corpo. È questa acidificazione, e non la mancanza di ossigeno, a far nascere fame d’aria e contrazioni diaframmatiche.
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: È il 21% dell’aria che respiriamo. 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 ti toglie l’avviso: arriveresti al blackout senza accorgertene.
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’abbassamento 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
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Questo articolo è una tappa della guida Fisiologia dell’apnea: lì trovi tutto il percorso, articolo per articolo.
Domande frequenti
Di circa il 78% di azoto, il 21% di ossigeno, lo 0,9% di argon e lo 0,04% di anidride carbonica, più tracce di altri gas.
Solo una parte: a riposo gran parte dell’ossigeno inspirato torna fuori con l’espirazione, ed è anche per questo che la respirazione bocca a bocca funziona. Nel sangue viaggia quasi tutto legato all’emoglobina.
A pressione atmosferica è inerte, grazie al triplo legame tra i suoi atomi. Sotto pressione però si scioglie in quantità crescenti nei grassi e nelle membrane dei neuroni, ed è alla base di narcosi e malattia da decompressione.
L’accumulo di anidride carbonica. La CO₂ reagisce con l’acqua formando acido carbonico, il pH dei liquidi del corpo si abbassa e i chemocettori trasformano questa acidificazione nel bisogno sempre più forte di respirare.
No, sono un segnale: il cervello prova a far respirare il corpo mentre la glottide è chiusa. Il vero pericolo è non sentirle, come succede dopo un’iperventilazione, perché si può arrivare al blackout senza accorgersene.
Riferimenti e bibliografia
- Schagatay E. (2011). Predicting performance and safety in competitive breath-hold diving. Sports Medicine, 41(5), 345–360. PMC3033832
- Lindholm P., Lundgren C.E. (2009). The physiology and pathophysiology of human breath-hold diving. Journal of Applied Physiology.
- Pelizzari U. (2021) Corso di apnea: manuale tecnico per principianti
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