Quasi sempre il fenomeno respiratorio nell’uomo è trattato sul piano dello studio dei muscoli che lo regolano e quasi mai sul piano dell’approccio aerodinamico che lo rende possibile. La controversa questione di chi sostiene che la respirazione sia un atto passivo e chi sostiene invece che sia un atto attivo può essere così risolta: la respirazione è un atto che avviene naturalmente e che può essere controllato in maniera consapevole da chi lo compie. Analizzeremo le differenze di pressioni aeree che ci sono tra interno del cavo orale fino ai polmoni, nel connubio con la pressione atmosferica esterna, sia in fase passiva che attiva del fenomeno respiratorio.
L’aria come materia respiratoria
Inizieremo a soffermarci sull’elemento fondamentale che rende la respirazione possibile, ossia l’aria; non possiamo esimerci dal dire che essa è una materia allo stato fluido formata da diversi gas, risulta facilmente comprimibile e per questo motivo le sue particelle possono essere facilmente condensate o rarefatte, avendo in virtù di tali stadi maggiore o minore azione di comprimibilità, ossia di pressione. L’aria è formata da materia elastica perfettibile e variabile.
Per pressione si intende una forza che agisce su una superficie, essa può essere espressa con la formula:
P = F / S
Soffermiamoci sui due stadi fondamentali delle molecole che la compongono:
CONDENSAZIONE (particelle ravvicinate)
RAREFAZIONE (particelle allontanate)
Gli stati di condensazione e rarefazione aerea possono essere regolati da azioni sulla sua materia gassosa, sia in stati di moto, sia di variazione termica. È proprio sulla variazione termica che propongo di soffermarci. L’aria calda è meno condensata di quella fredda, per questo motivo ha meno capacità di pressione e, per intenderci, di spinta di quella fredda. Uno strato di aria fredda, incontrando uno di aria calda ne è attratto ad esso per differenziale di energia pressoria. Spesso si sente dire dai meteorologi che masse di aria fredda, hanno incontrato masse di aria calda e si sono mosse verso di loro, generando venti e movimenti atmosferici. Un’alta pressione aerea (aria condensata) è attratta verso una bassa pressione aerea (aria rarefatta), generando un movimento di flusso.
Applicazione al fenomeno respiratorio
Ma cosa c’entra questo con il fenomeno respiratorio?
C’entra nello stesso modo con cui un flusso aereo ad alta pressione (molecole condensate) si muove naturalmente verso una zona di bassa pressione (molecole rarefatte), dando vita al moto dell’aria stessa.
Vi siete mai chiesti come sono le particelle dell’aria tra il nostro corpo, dai polmoni alla bocca, rispetto a quelle della pressione atmosferica?
La risposta è semplice: condensate quelle della pressione atmosferica e progressivamente rarefatte quelle che vanno dalla bocca ai polmoni.
Dalla bocca ai polmoni c’è un progressivo stato di aumento di calore, ed è quello il motivo per cui l’aria può entrare nel cavo orale senza spinte esagerate che potrebbero danneggiarci. La sua velocità di ingresso varia progressivamente con il variare degli stati di temperatura, essa decresce tra stati di calore progressivi.
Espirazione e controllo del flusso
L’aria viene espulsa dai polmoni con velocità sempre più decrescente data dalle diverse forme degli organi che deve attraversare. Si parte dallo stretto passaggio dei bronchioli, al più aperto passaggio tracheale e modulazione della glottide, fino alla bocca che variando le sue aperture, evita una velocità troppo crescente in uscita al fine di evitare una reazione troppo forte della pressione atmosferica che potrebbe bloccarne il flusso.
L’aria più veloce che si genera nel cavo orale durante l’espulsione del fiato ha le particelle meno rarefatte rispetto a quelle che si generano con il calore corporeo fino ai polmoni, ma ovviamente altamente più rarefatte della pressione atmosferica con cui, in questo stato, gioca con essa un rapporto di lieve compressione.
Si generano zone di bassa e alta pressione che modulate dalla natura che ci ha concepito, crea l’atto respiratorio possibile.
Ovviamente le energie aerodinamiche che si muovono in queste contingenze sono davvero di bassa entità, ma se non ci fossero i meccanismi esposti, la respirazione non potrebbe avvenire. Infatti, ad alte temperature esterne la respirazione dell’uomo diventa molto faticosa; le molecole dell’aria equiparandosi in stati di rarefazioni simili si urtano una con l’altra dando il senso di affaticamento nel passaggio esterno- interno e viceversa.
Muscoli vocali e dinamiche respiratorie
La respirazione alterna, dunque, fasi di compressione e decompressione del flusso aereo in stati modulati di energie verso l’esterno, alternate ad energie che si muovono verso l’interno.
In queste condizioni vengono coinvolti specifici muscoli vocali preposti a ciò: i cricoaritenoidei posteriori in fase inspiratoria e cricoaritenoidei laterali in fase espiratoria, che senza gli attriti necessari dettati dalle condizioni aerodinamiche, non potrebbero sincronicamente agire e reagire.
Maggiore adduzione vocale nella fase espiratoria, mentre al contrario nella fase inspiratoria massima abduzione muscolare.
Pressione atmosferica e flusso respiratorio
Se ci fosse stata una parità di pressione aerea tra cavo orale e pressione atmosferica, la seconda non potrebbe entrare come la prima non potrebbe uscire: troppa sarebbe la spinta esercitata sul nostro fiato dalla pressione atmosferica, se dai polmoni all’uscita non ci fosse un condotto delineato da ponti in cui l’aria va più veloce ed altri in cui rallenta; troppa sarebbe la spinta dell’aria ai polmoni nella fase inspiratoria se non ci fossero delle progressive rarefazioni del flusso che perde velocità decomprimendosi, grazie al calore dell’aria che aumenta dalla bocca ai polmoni.
L’aria calda ha dunque una spinta minore sull’aria fredda e viceversa.
La fredda una spinta maggiore sulla calda, per intenderci più facilmente.
L’aria calda, quindi, rispetto a quello più fredda, tende ad oltrepassarla senza comprimerla, in quanto la riscalda e la rende a piccoli strati dolcemente deformabile.
Produzione del suono negli strumenti a fiato
Far proprio questo concetto aiuterà molto i cantanti e gli strumentisti a fiato a capire fino in fondo le dinamiche che si generano nella produzione del suono, sia nella voce che nei vari strumenti.
Durante la produzione del suono negli strumenti a fiato, se l’aria calda si muove troppo lentamente su quella fredda, (interno bocca e suo esterno tra strumento a fiato e pressione atmosferica), le reazioni di compressione saranno davvero minime: l’aria calda oltrepassa l’aria fredda senza ottenere un’azione sinergica con essa, se non minima, in quanto tende a riscaldarla e renderla più flessibile ad uno spostamento che ad una compressione. In questo stato i suoni prodotti non avranno la giusta energia per essere considerati sostenuti e quindi avranno una presenza acustica tale da poterli definirli stimbrati, a prescindere dalle sonorità forte o piano.
Ad incremento di velocità del flusso dello strumentista e/o ad incremento di riscaldamento dell’aria contenuta nel flauto, si potranno avere aggiustamenti dei toni prodotti.
Corde vocali e suono strumentale
Le energie aerodinamiche diverse, in relazione ai suoni prodotti, si rifletteranno sulle corde vocali in un’azione adduttiva delle stesse, simile ma non uguale a quella della fonazione cosciente, azioni che richiamano l’atto espiratorio e per riflesso ad esso a quello inspiratorio in stati di energie e tempistiche di movimento minori di quelle della produzione vocale.
Le energie aerodinamiche che si creano, invece, durante la produzione vocale attiva, tra pressione atmosferica e cavo orale generano dei momenti ciclici di abduzione e adduzione delle corde vocali, dando inizio al moto vibratorio che produce il suono vocale.
L’attività dei muscoli vocali rispetto a quella sola strumentale durante la produzione canora è caratterizzata da corde vocali non solo addotte ma aumentate anche in lunghezza su base antero-posteriore della loro posizione nella laringe, per azione cosciente su altri muscoli detti tiroaritenoidei, aritenoidei trasversi e obliqui.
La maggiore tensione in lunghezza, dona loro l’elasticità necessaria affinché si possano produrre quei suoni che generano, grazie alle cavità di risonanza orofaringee, la voce umana; cosa che non avviene nei suoni prettamente strumentali dove le corde, anche risultando addotte, o riflettendo su di esse le pulsazioni aeree che avvengono negli strumenti a fiato, non sono abbastanza tese tra le cartilagini tiroidea e aritenoidee (muscoli tiroaritenoidei) e i muscoli detti aritenoidei trasversi in maniera tale da produrre suoni vocali.
Respirazione come preforma dell’evento sonoro
In virtù di tale analisi la respirazione nelle fasi inspiratorie ed espiratorie potrebbe essere considerata, a mio avviso, una preforma dell’evento sonoro canoro, ovvero adduzioni e abduzioni che si muovono nell’arco del tempo in stati di tensioni minori sia rispetto alla produzione strumentale che di quella vocale.
Non a caso attraverso la respirazione l’uomo esplica tutte le forme di emozioni che varia in intensità di respiro, quali: panico, calma, amore, esasperazione, declamazione, espressione di concetto, gioia, dolore, rabbia, eccetera, eccetera.
Al variare delle emozioni provate cambia il ritmo della sua respirazione, al variare dei suoni e dei ritmi nella musica variano le emozioni che si intendono suscitare o evocare negli ascoltatori.
Respirazione, musica ed emozione
Lo studente di musica deve essere esortato a trovare i giusti ritmi respiratori durante le esecuzioni musicali al fine di saper “interpretare gli stati emozionali contenuti nel discorso musicale”, che dai tempi, alle dinamiche e struttura del brano, potrebbe essere assimilato ad uno stato respiratorio emozionale. La respirazione sta alla musica come la vita sta al suo atto primordiale e finale: il respiro. Attraverso la respirazione avviene, soprattutto, lo scambio tra ossigeno e anidride carbonica nel nostro organismo.
Aspetti fisiologici: ossigeno e anidride carbonica
Per l’attività complessiva delle cellule una persona a riposo consuma 200 ml di ossigeno al minuto, mentre durante uno sforzo fisico questa attività aumenta da 15 a 20 volte.
L’anidride carbonica (CO2) è un gas che viene prodotto nell’organismo a seguito dei processi metabolici che ne assicurano il funzionamento complessivo.
È una specie di gas di scarico, il cui eccesso deve essere eliminato.
Ciò avviene normalmente attraverso la respirazione: ad ogni atto respiratorio gli alveoli polmonari fanno entrare l’ossigeno dell’aria nel sangue e restituiscono all’aria l’anidride carbonica in eccesso.
Insufficienza respiratoria e ipercapnia
Quando la funzione respiratoria è compromessa da uno stato di malattia polmonare, i polmoni non riescono ad eliminare tutta l’anidride carbonica che dovrebbero eliminare: si parla di “insufficienza respiratoria”.
Così, la concentrazione del gas nel sangue aumenta e si instaura una condizione detta di “ipercapnia” (o insufficienza respiratoria ipercapnia). I sintomi che ne derivano dipendono da quanto aumenta la CO2 nel sangue, ma anche da quanto sia in causa un fatto acuto (esempio, una bronchite grave o una polmonite diffusa) oppure una condizione cronica.
Nel caso di evento acuto, anche modeste elevazioni del gas nel sangue determinano sintomi: sopore, mal di testa, mancanza di forze.
Nel caso di un fatto cronico, come nella malattia polmonare cronica della fibrosi cistica, l’ipercapnia si ha negli stadi molto avanzati della malattia: in genere le piccole elevazioni di CO2 nel sangue non danno sintomi particolari, perché vi è un graduale adattamento dell’organismo a questa condizione.
Quando i livelli di CO2 sono molto elevati si può avere sopore e senso di stordimento, profonda astenia, mal di testa, estremità molto calde. Livelli di CO2 elevatissimi possono portare, oltre che ad uno stato di incoscienza (narcosi), a depressione del centro respiratorio cerebrale fino all’arresto del respiro.
Considerazione personale
L’anidride carbonica può essere trattenuta oltremodo nell’organismo da un cattivo modo di respirare, producendo stati ansiogeni o patologici che potrebbero colpire gli strumentisti a fiato che fanno uso della respirazione in maniera più marcata rispetto agli altri?
Un’espulsione più veloce del respiro potrebbe creare una contropressione aerea atmosferica atta a creare un fenomeno di cattiva espulsione dell’anidride? Non ci sono al momento studi sull’argomento!
Approfondimento sull’anidride carbonica
L’anidride carbonica (nota anche come biossido di carbonio o più correttamente diossido di carbonio) è un ossido acido (anidride) formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno.
È una sostanza fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. È ritenuta uno dei principali gas serra presenti nell’atmosfera terrestre.
È indispensabile per la vita e per la fotosintesi delle piante, ma è anche responsabile dell’aumento dell’effetto serra.
L’anidride carbonica è essenziale per la respirazione interna del corpo umano.
La respirazione interna è il processo attraverso il quale l’ossigeno è trasportato ai tessuti del corpo e l’anidride carbonica è allontanata da essi.
L’anidride carbonica è un guardiano del pH del sangue, che è essenziale per la sopravvivenza.
Il sistema tampone in cui l’anidride carbonica svolge un ruolo importante è detto tampone a carbonato ed è composto da ioni di bicarbonato e da anidride carbonica dissolta, con acido carbonico.
L’acido carbonico può neutralizzare gli ioni dell’idrossido, che aumenterebbe il pH del sangue una volta aggiunto.
Lo ione bicarbonato può neutralizzare gli ioni idrogeno, che causerebbero una diminuzione nel pH del sangue una volta aggiunto.
Sia un aumento che una diminuzione del pH costituiscono una minaccia per la vita.
Effetti sulla salute
Oltre ad essere un tampone essenziale nel sistema umano, l’anidride carbonica è nota per causare effetti sulla salute quando la sua concentrazione eccede un determinato limite.
I principali pericoli per la salute causati dal diossido di carbonio sono: asfissia e congelamento.
L’asfissia è causata dal rilascio di anidride carbonica in una zona confinata o non ventilata. Ciò può abbassare la concentrazione di ossigeno ad un livello che è subito pericoloso per salute umana.
Nel congelamento l’anidride carbonica solida si trova sempre a temperatura inferiore ai 7-8 gradi C a normale pressione atmosferica, senza considerare la temperatura dell’aria.
Il maneggiamento di tale materiale per più di un secondo o due senza protezione adeguata può causare le serie vesciche ed altri effetti indesiderabili.
L’anidride carbonica gassosa liberata da un estintore, ad esempio, può causare simili effetti.
Danneggiamento di reni o coma. Ciò è causato da una alterazione dell’equilibrio chimico della soluzione tampone del carbonato. Quando le concentrazioni di anidride carbonica aumentano o diminuiscono, inducendo un disturbo nell’equilibro, può verificarsi una situazione minacciosa per la vita.
Fonti
http://wwwoism.org/pproject/s33p36.htm
http://cdiac.ornl.gov/pns/faq.html
http://www.ilpi.com/msds/ref/carbondioxide.html
Living in the Environment, G. Tyler Miller
http://www.lenntech.it/anidride-carbonica.htm
Marco Gaudino
Flauto e scienza | Suono Pensando di Marco Gaudino
Flautista e ricercatore napoletano, docente di flauto MIUR.
Accanto alla carriera concertistica e didattica, ha intrapreso studi sul comportamento e il ruolo delle corde vocali nelle tecniche flautistiche e degli strumenti a fiato, supportato da diversi foniatri italiani. Può essere considerato tra i primi ricercatori musicali in Italia.
Autore di saggi e trattati sull’argomento: “Nuova ipotesi sulla produzione del suono nel flauto traverso” pubblicato nel 1991 da Flavio Pagano e nel 2019 da Lulu, “Suono Pensando” ed. Lulu. Tiene seminari in vari conservatori e facoltà di musica in Italia e all’estero. È autore di un software per l’insegnamento del flauto e di un dispositivo che ottimizza la qualità del suono del flauto.
Docente di flauto presso il Liceo Musicale F. Severi di Castellammare di Stabia (NA), è alla ricerca di un’istituzione AFAM italiana che possa ospitare la sua ricerca nei nuovi dottorati italiani, al fine di darle un significato istituzionale e pienamente scientifico.
