Fisiologia do Exercício Esef: Altitude e mergulho

A Altitude

Certa parte do relevo geográfico do planeta terra está situada a uma altura acima de três mil metros, o que corresponde a uma classificação denominada de alta altitude. Quando o corpo humano é submetido a estas altitudes ocorre uma mudança do funcionamento normal do organismo em virtude de processos explicados adiante. Essas mudanças comumente resultam em sintomas conhecidos, como náusea, tontura, dificuldade em respirar e até perda da consciência. Diferentes pessoas reagem de formas distintas em resposta a altitudes extremas. Organismos adaptados a condições atmosféricas críticas teoricamente apresentam menos complicações e conseguem tolerar com mais facilidade os efeitos das altas altitudes.

Efeitos da baixa pressão de oxigênio sobre o corpo

A pressão atmosférica diminui em uma unidade a cada 8 metros ascendentes. Isso significa que à medida que uma pessoa submete-se a altitudes progressivamente elevadas a pressão que o ar realiza sobre ela diminui, também progressivamente. Observe o quadro 1 a seguir, verifique que ao nível do mar (altitude correspondente a 0 metro) a pressão atmosférica – também conhecida como pressão barométrica – é de 760 mmHg. Entretanto, uma pessoa que se localiza no topo do Monte Everest, a uma altura de aproximadamente 9000 metros de altitude, está submetida a uma pressão barométrica muito menor, cerca de 220 mmHg. O resultado disso é muito repercutido no organismo humano. Observe ainda que em decorrência do aumento da altitude há uma queda da pressão parcial de oxigênio (PO2), que é a pressão exercida pelo gás oxigênio.

O resultado da diminuição da PO2 está diretamente ligado à dificuldade em respirar. Esta situação caracteriza-se pelo estado clínico conhecido como hipóxia. Os efeitos mais importantes da hipóxia começam a ser manifestados em altitudes a partir de 3.660 metros, e incluem sonolência, lassidão (dor muscular e estado de fadiga), fadiga muscular e mental, cefaléia, náusea e euforia. Acima de 5.490 metros as conseqüências da falta de oxigênio passam a ser mais severas, caracterizando estágios de abalos musculares e convulsões. A 7.015 metros de altitude, na pessoa não aclimatada, o estado de coma seguido de morte não é incomum.

O que significa aclimatação?

O termo aclimatação é usado para descrever o processo em que o organismo humano ajusta-se a mudanças físicas em que ele não está acostumado, como alterações na temperatura, na altitude e na pressão atmosférica. Este processo passa a acontecer quando uma pessoa permanece em grandes altitudes por dias, semanas ou anos. À medida que o tempo em que o indivíduo permanece exposto a altitudes elevadas, os efeitos deletérios da baixa PO2 sobre o corpo passam a ser mais tolerados e menos agressivos ao organismo.

O processo de aclimatação envolve basicamente quatro meios:

(1) Primeiramente ocorre um grande aumento da ventilação pulmonar em decorrência da exposição imediata à pressão parcial de oxigênio baixa. Quando o corpo é submetido a PO2 diminuída há uma estimulação hipóxica dos quimiorreceptores arteriais – estruturas presentes nas bifurcações das artérias responsáveis por transmitir sinais nervosos para o centro respiratório cerebral, fundamentando a regulação da atividade respiratória – resultando num aumento de até cinco vezes o normal da ventilação pulmonar. Esse é um efeito de grande importância, pois permite que a pessoa possa subir vários milhares de metros mais alto do que seria possível na ausência da ventilação aumentada.

(2) Em seguida existe um aumento do número de hemácias resultante da exposição a condições de hipóxia. As hemácias, também chamadas de glóbulos vermelhos, são células presentes no sangue responsáveis pelo transporte de oxigênio e gás carbônico para os tecidos. Esse efeito é lento e gradativo, completando-se apenas após muitos meses na situação de aclimatação.

(3) O aumento da capacidade de difusão é o próximo passo da aclimatação. A difusão do oxigênio é caracterizada pela passagem do gás das pequenas artérias para as membranas dos alvéolos pulmonares. Esse efeito é comum e está presente, por exemplo, durante o exercício físico. Parte desse aumento resulta do volume aumentado de sangue que chega aos pulmões pelos capilares pulmonares, o qual expande os vasos sanguíneos e aumenta a área da superfície na qual o oxigênio difunde-se para o sangue. O propósito do aumento da difusão do oxigênio através da membrana pulmonar é o de garantir um maior suprimento de gás oxigênio ao pulmão em situações em que se tem uma redução da capacidade respiratória e da capacidade de captação de oxigênio.

(4) Por último, mas não menos importante, há um aumento da capacidade das células dos tecidos corporais de utilizar o oxigênio, mesmo com a baixa PO2. Este efeito, de certa forma, procura compensar a redução da pressão de oxigênio presente.

O "mal das montanhas"

Um dos efeitos em longo prazo da exposição a grandes altitudes é uma síndrome conhecida como o “mal das montanhas”. Ela costuma surgir entre 8 a 24 horas após o corpo humano ser levado a altitudes extremas e tem duração de 4 a 8 dias. Os sintomas dessa síndrome são cefaléia, irritabilidade, falta de ar, náuseas, insônia e vômitos. A causa desse quadro não está bem esclarecida, mas acredita-se que seja pelo seguinte processo: em grandes altitudes, a baixa PO2 causa dilatação das pequenas artérias do corpo. Se mecanismos internos de compensação não forem eficazes, a pressão no interior das minúsculas artérias do cérebro aumenta, induzindo um extravasamento de líquido para o tecido cerebral. Esse processo resulta num edema cerebral, responsável pelos sintomas característicos do mal da montanha.

Como os nativos que vivem em grandes altitudes se acostumam à situação?

Existem muitos indivíduos que vivem nos Andes e no Himalaia, situados em altitudes acima de 3.965 metros, por exemplo. Muitos deles nasceram nesses locais e lá vivem por toda sua vida. A aclimatação começa desde a infância nos nativos. Essas pessoas têm o seu tórax aumentado, o tamanho do corpo diminuído e o coração – principalmente o lado direito – muito expandido. Características estas – especialmente o tórax e o coração aumentados – decorrentes principalmente do aumento do trabalho dos músculos envolvidos na respiração e do bombeamento do coração a fim de compensar a rarefação. A disponibilidade do oxigênio pelo sangue aos tecidos é muito facilitada (mecanismo já comentado anteriormente). Essas modificações ao longo da vida dos nativos permitem que eles consigam viver e não apenas sobreviver em lugares altíssimos.

Futebol e Altitude

Equipes de futebol muitas vezes têm que jogar partidas na altitude, nesse caso se é recomendado que a equipe vá ao país da partida mas fique em uma região à nível do mar e que só suba a altitude pouco tempo antes da partida e que volte assim que o jogo terminar. Essa recomendação se baseia na ideia de que os efeitos da altitude são sentidos apenas 24hrs após estar exposto, sendo assim os atletas seriam protegidos de seus efeitos.

Mergulho e seus efeitos Fisiológicos

Respostas do Sistema Respiratório e Circulatório no Mergulho

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 oxigênio. 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 autônomo 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 fenômeno 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 oxigênio 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. Ações voluntárias podem aumentar o tempo de apneia, como o relaxamento do mergulhador.

Movimentos lentos e eficazes reduzem o consumo de oxigênio e a produção de dióxido de carbono. Outra ação 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 correto 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 objetivo 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 fenômeno acontece, o dióxido de carbono não se acumula o suficiente para estimular a respiração, antes que os tecidos consumam o oxigênio disponível no corpo, causando a Hipoxia, insuficiência de oxigênio que rapidamente deteriora os tecidos. Toxicidade do Oxigênio Com os limites do mergulho recreativo utilizando ar (21% de oxigênio) é praticamente impossível ter problemas de toxicidade do oxigênio.

Existem dois tipos de toxicidade de oxigênio, um envolve sintomas no sistema respiratório e o outro envolve o sistema nervoso. A toxicidade pulmonar de oxigênio resulta de uma exposição prolongada a pressões parciais do

oxigênio entre 0,5 ATA e 1,4 ATA. Este tipo de toxicidade ocorre quando um excesso de oxigênio reage com o corpo, causando vários sintomas. Irritação pulmonar é o sintoma mais imediato, contudo os fisiologistas não têm certeza exata de como os elevados níveis de pressão parcial de oxigênio, afeta 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 oxigênio com o sangue. A toxidade do sistema nervoso central do oxigênio, não está diretamente relacionada com os sistemas respiratórios ou circulatórios. Este problema ocorre a pressões parciais de oxigênio 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 fator 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 oxigênio podem oprimir temporariamente as defesas do corpo e interferir quimicamente com as enzimas usadas pelos tecidos para o metabolismo, direcionando os sintomas para o sistema nervoso central, como contração de ancas, náuseas, convulsões e perca de consciência.