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Fisiologia no Mergulho - Parte I

Este é o primeiro de dois artigos dedicados ao tema da Fisiologia no Mergulho. Estes artigos têm como objectivo explicar os fenómenos fisiológicos relacionados com a actividade do mergulho.

Neste primeiro artigo abordaremos o sistema circulatório e o sistema respiratório. Estes dois sistemas são os mais afectados pelo ambiente subaquático e têm como objectivo conjunto fornecer nutrientes ao nosso corpo, reagindo às condições produzidas pelos ambientes subaquáticos de uma forma mais visível do que os restantes sistemas do corpo humano.


Sistema Circulatório

O Sistema Circulatório transporta nutrientes e oxigénio do sistema respiratório e digestivo para os diversos tecidos do corpo e carrega de volta excedentes e dióxido de carbono para eliminação.

Todas as células do nosso corpo utilizam o oxigénio para converterem energia química em diversos tipos de energia necessária para a vida. Alguns tecidos, mesmo privados de oxigénio, conseguem “suspender” a sua actividade durante várias horas e permanecerem vivos. Por outro lado existem outros que morrem rapidamente sem oxigénio. O cérebro é exemplo destes últimos, morre ao fim de poucos minutos sem oxigénio.


O Sangue

O Sangue é formado por vários componentes, destinados a diferentes funções.

Plasma é o líquido que transporta os nutrientes, químicos e outros do sangue. O plasma é também responsável por transportar gases dissolvidos incluindo o dióxido de carbono e o azoto.

Glóbulos Vermelhos (eritrócitos) transportam a maioria do oxigénio necessário aos tecidos do corpo via Hemoglobina, uma proteína que facilmente se liga e desliga com o oxigénio. Sem hemoglobina, o sangue teria de circular entre 15 a 20 vezes mais rápido para fornecer o oxigénio suficiente ao corpo. Os glóbulos vermelhos formam aproximadamente 45% do sangue.

Quando o sangue atinge os tecidos, a hemoglobina liberta o oxigénio, ficando livre para carregar dióxido de carbono até aos pulmões de forma a este ser eliminado. Esta troca de gases dá-se devido à diferença de pressão parciais dos mesmos.


Sistema Cardiovascular

O coração, artérias, veias e capilares formam o Sistema Cardiovascular. De uma forma simples, o coração bombeia o sangue que viaja pelas artérias até atingir os tecidos do corpo. As artérias por sua vez dividem-se em pequenos capilares, local onde os tecidos e o sangue efectuam a troca gases e de matéria. As veias que transportam o sangue de volta até ao sistema respiratório e coração, recomeçando este ciclo novamente.

O Coração humano é composto essencialmente por quatro câmaras, que funcionam como “bombas” orgânicas, compostas por músculo e divididas longitudinalmente. As câmaras superiores, chamadas de Átrios recebem o sangue que se dirige para o coração e bombeia-o para os Ventrículos, as câmaras inferiores.

O sangue oxigenado que chega do sistema respiratório entra no coração pelo lado esquerdo, que o bombeia através da Aorta, a maior artéria do corpo humano. A Carótida, a artéria que deriva da aorta, é responsável por fazer chegar o sangue aos pulmões.


Pressão Arterial e Pulsação

A cada batida do coração, o sangue é bombeado para as artérias, criando a pulsação e a pressão arterial. A frequência da Pulsação representa o número de batidas do coração por unidade de tempo, que em média é de 60 a 80 batidas por minuto num adulto. Pressão Arterial é a força com que o coração bate e a pressão que este origina.


Sistema Respiratório

O Sistema Respiratório funciona com o sistema circulatório fornecendo ao sangue um ambiente apropriado para as trocas gasosas. O sistema respiratório traz oxigénio para o corpo e liberta dióxido de carbono do mesmo. Ele também transporta azoto para dentro e fora do corpo, o que é particularmente relevante para o mergulho.


Estrutura e Função

A respiração começa quando o cérebro detecta um aumento de dióxido de carbono e uma diminuição de oxigénio no corpo. O reflexo respiratório está localizado no cérebro, estimulando a respiração quando o nível de dióxido de carbono atinge um determinado valor. Se o nível de oxigénio for reduzido, mas o nível de dióxido de carbono aceitável, a respiração pode não ser estimulada.

O ciclo de respiração inicia-se com o ar a entrar pela boca ou nariz, passando pela epiglote até à traqueia. A Epiglote funciona como uma válvula entre a traqueia e o esófago (que conduz ao estômago) para prevenir a inspiração de alimentos e líquidos. A traqueia divide-se em brônquios esquerdo e direito, até atingir finalmente os pulmões.

Os Pulmões são normalmente comparados a dois balões, mas na realidade são mais parecidos com duas grandes esponjas, protegidas pelas costelas. No interior dos pulmões, os brônquios dividem-se passagens de ar mais pequenas com o nome de bronquíolos, terminando nos alvéolos pulmonares. Os Alvéolos Pulmonares não são mais do que pequenos sacos de ar rodeados por capilares, onde as trocas gasosas com o sangue ocorrem.

Os sistemas, respiratório e circulatório, apenas utilizam 10% do oxigénio disponível em cada respiração, sendo esta a razão pela qual a respiração boca-a-boca funciona, uma vez que o ar expirado ainda contém 90%, da percentagem inicial (aproximadamente 21% no ar), de oxigénio, sendo suficiente para manter a vida.

A frequência respiratória dependa da produção de dióxido de carbono pelo corpo. Em repouso a média de respirações é de 10/20 vezes por minuto, por outro lado em esforço esta frequência pode disparar para valores bastante mais elevados.

Capacidade Vital é o volume máximo que pode ser inspirado após uma expiração total e o Volume Residual é a quantidade de ar deixado nos pulmões após uma expiração total.


Respostas do Sistema Respiratório e Circulatório no Mergulho

As secções anteriores reviram o funcionamento normal de dois dos sistemas mais importantes no nosso corpo, o respiratório e o circulatório. A partir daqui iremos abordar as respostas destes dois sistemas quando submersos e a respirar ar comprimido.


Respiração com Equipamento de Mergulho

A respiração com equipamento de mergulho, quer seja um simples snorkel ou um regulador, influencia o sistema respiratório e circulatório, aumentando o nível de dióxido de carbono, com o aumento de espaços de ar morto (ar que não foi renovado), e a resistência de inspiração e expiração. Outra influência é a redução do volume dos pulmões em cerca de 15% a 20% do seu volume à superfície, causado pela pressão da água, comprimindo o tórax.

Com o aumento dos espaços de ar morto e com a redução do volume dos pulmões, o ar morto atinge uma percentagem considerável em cada respiração, aumentando o nível de dióxido de carbono nos alvéolos pulmonares correspondentemente. Este aumento de dióxido de carbono aumenta um consequente aumento de dióxido de carbono no fluxo sanguíneo, contudo sem diminuir substancialmente os níveis de oxigénio. Como o estímulo respiratório é mais sensível ao nível de dióxido de carbono, o mergulhador terá a tendência a respirar mais frequentemente e/ou mais profundamente do que o faria à superfície.

Quando o mergulhador utiliza um sistema de mergulho autónomo e respira ar à pressão ambiente, necessita de uma adaptação devido à densidade do ar quando respirado a pressões superiores. Quando o ar circula por passagens lisas, este pode circular sem interrupção, movendo-se como uma coluna contínua. Por outro lado, em passagens que não sejam lisas, como equipamento de mergulho, traqueia e brônquios, o fluxo de ar torna-se turbulento através da fricção entre o ar e as paredes do respectivo canal. Este fenómeno origina que o ar no centro do canal circule mais depressa que nos extremos, originando uma maior resistência.

Esta resistência tem a vantagem de aumentar um pouco a pressão dentro dos bronquíolos e dos alvéolos, ajudando a que eles não entrem em colapso durante a expiração.

Contudo esta resistência causa mais problemas do que vantagens. O rápido movimento do ar, a maior densidade do ar a as passagens mais irregulares, mais energia tem de ser consumida para superar esta resistência.


Apneia

Durante um mergulho em apneia (sustentação da respiração), o corpo responde de forma a garantir a sobrevivência durante a pausa da respiração. Durante a apneia, o sistema circulatório mantém o oxigénio guardado nos pulmões, músculos e sangue para satisfazer as necessidades dos tecidos. Sem a ventilação, o dióxido de carbono acumula-se no sistema circulatório, causando o estímulo para respirar. Este estímulo sentido pelo mergulhador no início é fraco, aumentando progressivamente até o mergulhador atingir a superfície para respirar.

Uma resposta involuntária à apneia é a Bradicardia, diminuindo o ritmo cardíaco. Acções voluntárias podem aumentar o tempo de apneia, como o relaxamento do mergulhador. Movimentos lentos e eficazes reduzem o consumo de oxigénio e a produção de dióxido de carbono. Outra acção pode ser a hiperventilação, 3 ou 4 respirações profundas e rápidas antes da apneia, origina uma eliminação considerável de dióxido de carbono do corpo do mergulhador, retardando o reflexo respiratório.


Problemas dos Sistemas Circulatório e Respiratório no Mergulho

Até aqui foi explicado o funcionamento correcto dos sistemas circulatório e respiratório durante o mergulho. Contudo podem ocorrer dificuldades com o equipamento, falhas nas respostas voluntárias às alterações de pressão ou simplesmente ignorância do mergulhador em relação ao comportamento do corpo durante o mergulho.


Reflexo Baroreceptor

O sangue chega ao cérebro através das artérias carótidas, que ficam localizadas uma em cada lado do pescoço. Os baroreceptores controlam a pressão do sangue nestas artérias e envia impulsos para o cérebro para controlar o coração.

Quando um desses receptores detecta altas pressões, ele estimula o cérebro de forma a abrandar o ritmo cardíaco, até a pressão baixar.

Se um mergulhador vestir um fato ou outro equipamento que aperte o pescoço, pode fazer com que os baroreceptores detectem altas pressões e estimular a redução do ritmo cardíaco. Como a pressão não vai baixar com essa redução de ritmo, o coração vai baixar o seu ritmo cada vez mais, podendo levar o mergulhador a perder a consciência.


Hipercapnia

Hipercapnia, ou excesso de dióxido de carbono, pode ter origem em causas diversas. Normalmente a hipercapnia ocorre no mergulhador quando este não respira lenta e profundamente, resultando numa proporção elevada de dióxido de carbono no ar respirado devido às quantidades de ar morto respirado. Os níveis elevados de dióxido de carbono nos alvéolos pulmonares e no fluxo sanguíneo causam dores de cabeça, confusão e respiração acelerada. Níveis extremos de dióxido de carbono podem levar à perda de consciência do mergulhador.

Caso o mergulhador realize trabalho físico durante o mergulho, os músculos podem produzir dióxido de carbono mais rápido do que o organismo pode eliminar.

Outra razão que pode levar à hipercapnia, é a sustentação de respiração com o objectivo de prolongar o ar contido na garrafa.


Hipocapnia

Como já foi referido anteriormente, o reflexo respiratório que regula a respiração é principalmente baseado nos níveis de dióxido de carbono presentes no corpo, a insuficiência de dióxido de carbono pode causar problemas fisiológicos. Hipocapnia, ou insuficiência de dióxido de carbono, geralmente segue-se a uma hiperventilação excessiva.

O sintoma inicial da hipocapnia é uma ligeira dor de cabeça durante a hiperventilação podendo ser em seguida de desmaio. Contudo, a hipocapnia durante um mergulho em apneia pode levar a um desmaio de superfície (shallow-water blackout) sem quaisquer sintoma. Durante um mergulho em que este fenómeno acontece, o dióxido de carbono não se acumula o suficiente para estimular a respiração, antes que os tecidos consumam o oxigénio disponível no corpo, causando a Hipoxia, insuficiência de oxigénio que rapidamente deteriora os tecidos.


Toxicidade do Oxigénio

Com os limites do mergulho recreativo utilizando ar (21% de oxigénio) é praticamente impossível ter problemas de toxicidade do oxigénio.

Existem dois tipos de toxicidade de oxigénio, um envolve sintomas no sistema respiratório e o outro envolve o sistema nervoso.

A toxicidade pulmonar de oxigénio resulta de uma exposição prolongada a pressões parciais do oxigénio entre 0,5 ATA e 1,4 ATA.

Este tipo de toxicidade ocorre quando um excesso de oxigénio reage com o corpo, causando vários sintomas. Irritação pulmonar é o sintoma mais imediato, contudo os fisiologistas não têm certeza exacta de como os elevados níveis de pressão parcial de oxigénio, afecta os pulmões. Teorias sugerem que essa exposição causa colapso dos alvéolos pulmonares, ou que esta altera as enzimas nos pulmões. Independentemente da causa, a capacidade dos pulmões é reduzida, assim como é diminuída a capacidade de transferência de oxigénio com o sangue.

A toxidade do sistema nervoso central do oxigénio, não está directamente relacionada com os sistemas respiratórios ou circulatórios. Este problema ocorre a pressões parciais de oxigénio entre 1,4 ATA e 1,6 ATA. Este tipo de toxicidade envolve todo o corpo e requer muito menos tempo para que os sintomas se manifestem do que a pulmonar, contudo a pressão deve ser superior. Este factor leva a que seja bastante improvável que este problema ocorra nos limites do mergulho recreativo.

À semelhança da toxicidade pulmonar, os fisiologistas não têm certezas sobre a causa desta toxicidade. Teorias sugerem que altas concentrações de oxigénio podem oprimir temporariamente as defesas do corpo e interferir quimicamente com as enzimas usadas pelos tecidos para o metabolismo, direccionando os sintomas para o sistema nervoso central, como contracção de ancas, náuseas, convulsões e perca de consciência.


No próximo artigo sobre fisiologia do mergulho abordaremos outros assuntos como por exemplo as doenças descompressivas e os problemas nos espaços aéreos do nosso corpo.


Bibliografia: Padi Encyclopedia Of Recreational Diving


 

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