Cosa sai della respirazione? Fai un respiro profondo!

Fig. 1

In questo periodo di pandemia causata dal virus SARS-CoV-2 siamo tutti molto attenti alla salute dei nostri polmoni; tutti parliamo di malattie respiratorie, di saturimetri, di polmoniti interstiziali come fossimo esperti in medicina.

Ma in concreto conosciamo realmente i nostri organi respiratori?

Ad esempio, sappiamo quanta aria possono contenere i nostri polmoni e come una escursione in montagna possa influenzare la nostra respirazione?

I dati

I volumi polmonari sono delle grandezze respiratorie che sono misurate con esami spirometrici e che vengono utilizzate in ambito diagnostico.

Ovviamente il volume dei polmoni varia da individuo a individuo, in relazione all’età, al sesso e alla taglia corporea. Nell’adulto raggiunge valori compresi tra i 3,5 ed i 7 litri e durante un normale atto respiratorio vengono scambiati soltanto 500 ml di aria.

Situazione analizzata

Supponiamo che il volume dei polmoni di un adulto sia 6,0 litri e che l’aria contenuta all’interno sia a temperatura di circa 37 °C, corrispondente alla temperatura corporea.

L’aria inspirata è a pressione standard.

V_polmoni = 6,0 L = 6,0 × 10 ^-3 m³

T_aria = 37 °C = 310 K

p_aria = 1,01 × 10 ⁵ Pa

V_ossigeno = 21% V _aria

Domande

Sapendo che l’aria contiene il 21 % di ossigeno, quante sono le molecole di ossigeno contenute nei polmoni?

Se la persona sale in montagna il numero di molecole di ossigeno nei suoi polmoni varia?

Strategia per la soluzione

La fisica insegna ad utilizzare dei modelli e, in questo contesto, si può usare il modello dei gas ideali

Prima domanda

La legge da usare è

e con la formula inversa si ricava il numero N di molecole di ossigeno.

Abbiamo, così, determinato il numero di molecole di ossigeno presenti nei polmoni.

Seconda domanda

Per rispondere alla seconda domanda si deve ricordare che in montagna la pressione atmosferica diminuisce rispetto al livello del mare; osservando la legge usata per determinare il numero di molecole di ossigeno, deduciamo che, a parità di volume e di temperatura dell’aria presente nei nostri polmoni, il numero di molecole di ossigeno è inferiore.

Ad alta quota, supponiamo a 3000 m, la pressione è circa il 70% di quella a livello del mare e quindi anche il numero di molecole di ossigeno nei polmoni è solo il 70% del valore normale.

Non ci stupiamo, quindi, se camminando in alta montagna sentiamo “mancare il fiato”.

All’aumentare della quota – spiega il Professor Piergiuseppe Agostoni coordinatore dell’Area di Cardiologia Critica del Centro Cardiologico Monzino di Milano – diminuisce la disponibilità di ossigeno presente nell’aria e, proprio per compensare questa mancanza, il corpo aumenta il lavoro cardiaco, respiratorio, e la pressione arteriosa.

Ma non è tutto: in quota è limitata anche la capacità dell’organismo di utilizzare l’ossigeno.

Ci si trova così ad avere, da un lato, meno ossigeno a disposizione, e dall’altro un’inferiore capacità di utilizzarlo. Tutto questo genera alterazioni significative a livello cardiovascolare, fino a correre possibili rischi di infarto e ictus per gli individui che soffrono di cardiopatie. Se poi in quota si pratica sport, il rischio a cui ci si espone è ancora maggiore perché il fabbisogno di ossigeno dell’organismo aumenta.

Allora chi ha il cuore fragile deve per forza rinunciare all’escursione in alta quota?

Studi recenti dicono che grazie ai nuovi strumenti di valutazione del rischio individuale, l’alta montagna diventa più sicura anche per chi soffre di cuore.

Oggi è infatti possibile valutando le condizioni specifiche di ciascun paziente, prevedere gli eventuali rischi per il cuore, stimando con precisione gli effetti dell’altitudine sul sistema cardiocircolatorio e garantendo così una “salita in sicurezza”.