Questo post è un contributo al blog Piemonte al Microscopio che ospita il Carnevale della Fisica #22 del mese di agosto, dedicato alle vacanze estive, dal tema "La fisica in vacanza", sul un fenomeno correlato a due attività che si svolgono in vacanza, come le immersioni subacque o le camminate in alta quota.
La CO2 è un prodotto del catabolismo cellulare, eliminata attraverso la circolazione del sangue e trasportata dall'emoglobina nei globuli rossi. Come per l'ossigeno molecolare, questo gas si discioglie nei liquidi come il plasma secondo una percentuale data dal rapporto tra parte disciolta e parte gassosa, chiamata tensione di CO2, ad una determinata pressione, in atmosfere. Inoltre, la molecola viene idratata ad H2CO3, acido carbonico (reazione catallizata dall'enzima anidrasi carbonica presente nei globuli rossi), che si dissocia a protone e ione carbonato, HCO3-/CO3-- è il principale sistema tampone che assorbe i protoni, prodotti nel catabolismo degli amminoacidi.
Come altre molecole gassose semplici (ossido nitrico e ossido di carbonio, due mediatori di comunicazione tra cellule), CO2 si lega a recettori cellulari stimolando cellule neuronali dei centri del respiro e in alcuni centri che controllano la circolazione.
La respirazione forzata, iperventilazione, abbassa la tensione di CO2 favorendo la sua eliminazione (ipocapnia) ma riducendo il potere tamponante sui protoni nel sangue.
In alta montagna, ad alta quota a causa della rarefazione dell'ossigeno si ricorre alla iperventilazione, che favorisce una maggiore eliminazione di CO2 e quindi può provocare acidosi.
In terapia medica si ricorre a ipocapnia e ipercapnia in diverse patologie...L'ipocapnia o la maggiore ventilazione può essere una soluzione momentanea per controbilanciare l'alcalosi provocata da disturbi del metabolismo o del sistema cardiocircolatorio.
L'ipocapnia può essere l'effetto di una acidosi (diabetica, metabolica, renale) ossia si tende ad eliminare meno CO2 per aumentare il potere tampone del sangue. La respirazione forzata di CO2 può essere realizzata in mancanza di altri mezzi respirando dentro un sacchetto di carta, da effettuare nei momenti di panico e nelle acidosi metaboliche (tipiche quelle dei bambini).
In alta montagna, ad alta quota a causa della rarefazione dell'ossigeno si ricorre alla iperventilazione, che favorisce una maggiore eliminazione di CO2 e quindi può provocare acidosi.
L'ipocapnia può essere l'effetto di una acidosi (diabetica, metabolica, renale) ossia si tende ad eliminare meno CO2 per aumentare il potere tampone del sangue. La respirazione forzata di CO2 può essere realizzata in mancanza di altri mezzi respirando dentro un sacchetto di carta, da effettuare nei momenti di panico e nelle acidosi metaboliche (tipiche quelle dei bambini).
Durante le immersioni in mare, scendendo in profondità aumenta la pressione (2, 3 atmosfere) che comprime i gas e li discioglie maggiormente nel sangue. La risalita lenta permette il riequilibrio ed il ritorno alla tensione di O2 e CO2 relative alla pressione atmosferica, evitando una produzione di gas troppo veloce che è la causa di emboli.
The partial pressure of CO in the
blood (PaCO2) represents the balance between CO2 produced, CO2
eliminated, and CO2 (rarely) inspired
CO2 production
PaCO2 = ---------------------+
inspired [CO2]
CO2 elimination
There are no common physiological
causes of hypercapnia.
Historically, uses of CO included
elimination of carbon monoxide poisoning, augmentation of cerebral perfusion
during carotid endarterectomy, hastening emergence from general anesthesia, and
as treatment for retinal artery occlusion.
Accidental hypercapnia occurs with problems such as circuit
misconnections that permit rebreathing. Increased CO production is uncommon,
but occurs with hyperpyrexia, shivering, neuroleptic malignant syndrome, heat
stroke, thyrotoxicosis or pheochromocytoma.
Bibliografia:
Curley G, et al.: Bench-to-bedside review: Carbon dioxide. Critical Care 2010, 14:220.
Ganong WF. Fisiologia Medica. Piccin editore.
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