Quando il viso è immerso e l’acqua riempie le narici, i recettori sensoriali sensibili all’umidità all’interno della cavità nasale e altre aree del viso fornite dal quinto (V) nervo cranico (il nervo trigemino) trasmettono le informazioni al cervello. Il decimo (X) nervo cranico, (il nervo vago) – parte del sistema nervoso autonomo – produce poi bradicardia e altre vie neurali provocano vasocostrizione periferica, limitando il sangue dagli arti e da tutti gli organi per preservare il sangue e l’ossigeno per il cuore e il cervello (e i polmoni), concentrando il flusso in un circuito cuore-cervello e permettendo all’animale di conservare l’ossigeno.
Negli esseri umani, il riflesso di immersione non è indotto quando gli arti sono introdotti in acqua fredda. Una leggera bradicardia è causata da soggetti che trattengono il respiro senza immergere il viso nell’acqua. Quando si respira con il viso immerso, la risposta di immersione aumenta proporzionalmente alla diminuzione della temperatura dell’acqua. Tuttavia, il maggiore effetto di bradicardia è indotto quando il soggetto trattiene il respiro con il viso bagnato. L’apnea con narice e il raffreddamento del viso sono fattori scatenanti di questo riflesso.
La risposta di immersione negli animali, come il delfino, varia notevolmente a seconda del livello di sforzo durante il foraggiamento. I bambini tendono a sopravvivere più a lungo degli adulti quando vengono privati dell’ossigeno sott’acqua. L’esatto meccanismo di questo effetto è stato discusso e può essere il risultato di un raffreddamento del cervello simile agli effetti protettivi visti nelle persone trattate con ipotermia profonda.
Chemorecettori del corpo carotideoModifica
Durante la tenuta del respiro sostenuto mentre si è sommersi, i livelli di ossigeno nel sangue diminuiscono mentre l’anidride carbonica e i livelli di acidità aumentano, stimoli che agiscono collettivamente sui chemorecettori situati nei corpi bilaterali della carotide. Come organi sensoriali, i corpi carotidei trasmettono lo stato chimico del sangue circolante ai centri cerebrali che regolano le uscite neurali al cuore e alla circolazione. Prove preliminari nelle anatre e negli esseri umani indicano che i corpi carotidei sono essenziali per queste risposte cardiovascolari integrate della risposta all’immersione, stabilendo un “chemoreflex” caratterizzato da effetti parasimpatici (rallentamento) sul cuore e simpatici (vasocostrittore) effetti sul sistema vascolare.
Risposte circolatorie
Le perdite di fluido plasmatico dovute alla diuresi da immersione si verificano entro un breve periodo di immersione. Lo spostamento di fluido è in gran parte dai tessuti extravascolari e l’aumento del volume atriale provoca una diuresi compensatoria. Il volume plasmatico, lo stroke volume e la gittata cardiaca rimangono più alti del normale durante l’immersione. L’aumento del carico di lavoro respiratorio e cardiaco causa un aumento del flusso di sangue ai muscoli cardiaci e respiratori. Lo stroke volume non è molto influenzato dall’immersione o dalla variazione della pressione ambientale, ma la bradicardia riduce la portata cardiaca complessiva, in particolare a causa del riflesso di immersione in apnea.
Bradicardia e portata cardiacaModifica
La bradicardia è la risposta al contatto facciale con l’acqua fredda: la frequenza cardiaca umana rallenta dal dieci al venticinque per cento. Le foche sperimentano cambiamenti che sono ancora più drammatici, passando da circa 125 battiti al minuto a soli 10 in un’immersione prolungata. Durante l’apnea, gli esseri umani mostrano anche una ridotta contrattilità ventricolare sinistra e una diminuzione della gittata cardiaca, effetti che possono essere più gravi durante l’immersione a causa della pressione idrostatica.
L’abbassamento della frequenza cardiaca riduce il consumo di ossigeno cardiaco e compensa l’ipertensione dovuta alla vasocostrizione. Tuttavia, il tempo di trattenimento del respiro si riduce quando tutto il corpo è esposto all’acqua fredda, poiché il tasso metabolico aumenta per compensare la perdita accelerata di calore anche quando la frequenza cardiaca è significativamente rallentata.
Contrazione splenicaModifica
La milza si contrae in risposta a livelli ridotti di ossigeno e livelli aumentati di anidride carbonica, rilasciando globuli rossi e aumentando la capacità di ossigeno del sangue. Questo può iniziare prima della bradicardia.
Spostamento del sangueModifica
Blood shift è un termine usato quando il flusso di sangue alle estremità viene ridistribuito alla testa e al torso durante un’immersione in apnea. La vasocostrizione periferica si verifica durante l’immersione con vasi di resistenza che limitano il flusso di sangue a muscoli, pelle e visceri, regioni che sono “tolleranti all’ipossia”, preservando così il sangue ossigenato per il cuore, i polmoni e il cervello. La maggiore resistenza al flusso sanguigno periferico aumenta la pressione sanguigna, che è compensata dalla bradicardia, condizioni che sono accentuate dall’acqua fredda. I mammiferi acquatici hanno un volume di sangue che è circa tre volte più grande per massa che negli esseri umani, una differenza aumentata da una considerevole quantità di ossigeno legato all’emoglobina e alla mioglobina dei mammiferi che si immergono, permettendo di prolungare l’immersione dopo che il flusso di sangue capillare negli organi periferici è ridotto al minimo.
AritmieModifica
Le aritmie cardiache sono una caratteristica comune della risposta umana all’immersione. Come parte del riflesso di immersione, l’aumento dell’attività del sistema nervoso parasimpatico cardiaco non solo regola la bradicardia, ma è anche associato a battiti ectopici che sono caratteristici della funzione cardiaca umana durante le immersioni in apnea. Le aritmie possono essere accentuate dalle risposte neurali all’immersione in acqua fredda, alla distensione del cuore dovuta allo spostamento centrale del sangue e all’aumento della resistenza all’eiezione ventricolare sinistra (afterload) per l’aumento della pressione sanguigna. Altri cambiamenti comunemente misurati nell’elettrocardiogramma durante le immersioni in apnea includono depressione ST, onda T aumentata e un’onda U positiva che segue il complesso QRS, misure associate a una ridotta contrattilità ventricolare sinistra e a una funzione cardiaca complessivamente depressa durante un’immersione.
Risposte renali e dell’equilibrio idricoModifica
In soggetti idratati l’immersione causerà diuresi ed escrezione di sodio e potassio. La diuresi è ridotta nei soggetti disidratati e negli atleti allenati rispetto ai soggetti sedentari.
Risposte respiratorieModifica
La respirazione con lo snorkel è limitata alle basse profondità appena sotto la superficie a causa dello sforzo richiesto durante l’inalazione per superare la pressione idrostatica sul petto. La pressione idrostatica sulla superficie del corpo dovuta all’immersione in acqua con la testa fuori causa una respirazione a pressione negativa che sposta il sangue nella circolazione intratoracica.
Il volume dei polmoni diminuisce in posizione eretta a causa dello spostamento craniale dell’addome dovuto alla pressione idrostatica, e la resistenza al flusso d’aria nelle vie aeree aumenta significativamente a causa della diminuzione del volume dei polmoni.
Le differenze di pressione idrostatica tra l’interno del polmone e l’erogazione del gas respiratorio, l’aumento della densità del gas respiratorio a causa della pressione ambientale e l’aumento della resistenza al flusso a causa di una maggiore frequenza respiratoria possono causare un aumento del lavoro di respirazione e l’affaticamento dei muscoli respiratori.
Sembra esserci una connessione tra l’edema polmonare e l’aumento del flusso sanguigno polmonare e della pressione che porta all’ingorgo capillare. Questo può verificarsi durante l’esercizio ad alta intensità mentre si è immersi o sommersi.
L’immersione facciale al momento di iniziare la respirazione è un fattore necessario per massimizzare il riflesso di immersione dei mammiferi nell’uomo.