Апное
Апное - сознательная или непроизвольная задержка дыхания. Задерживая дыхание, ныряют все водные млекопитающие. Рекордсменами в апное являются дельфины, способные находиться в этом состоянии до 2-х часов. Обычный человек может не дышать 1-2 минуты. Опытный фри-дайвер способен продлить время апное до 5-6 минут. Рекорд по задержке дыхания составляет 8 минут 6 секунд. Дыхание - непроизвольная функция нашего организма. Но, используя определенные методы тренировки, можно научиться до некоторой степени контролировать процесс и сознательно задерживать дыхание на длительное время. Кроме того, при погружении в воду и нырянии в глубину в работу включаются рефлекторные механизмы адаптации , сходные с теми, что есть у водных млекопитающих - дельфинов, касаток, китов. Эти механизмы - наше родовое наследие, память о "водном" происхождении жизни на земле, хранящаяся в каждой клетке нашего тела. Они никак не проявляются и не используются в нашей повседневной жизни. Но человек Ныряющий Homo Delphinus способен в значительной степени раскрыть и развить эти способности, позволяющие экономно расходовать кислород и тем самым увеличивающие время апное.
Смысл дыхания у человека состоит в насыщении тканей организма кислородом и в выведении продуктов обмена - углекислого газа и водяных паров. Человек может прожить без пищи несколько недель, без воды - несколько дней, а без дыхания - несколько минут, поскольку кислород является основным источником энергии жизнедеятельности млекопитающих.
Нырятельные рефлексы млекопитающих :
Брадикардия - замедление сердечного ритма, возникает как реакция организма на контакт с водой.
Нетренированный ныряльщик может испытывать снижение частоты сердечных сокращений до 40 процентов к норме. У тренированных апноистов ритм колебаний может снижаться до 20 -ти ударов в минуту. Брадикардия уменьшает энергетический расход сердечной мышцы, замедляет перенос кислорода к тканям и тормозит процесс метаболизма, что позволяет более экономно расходовать запас кислорода. Этот механизм срабатывает моментально, едва голова человека или животного погружается в воду.
Кровяной сдвиг - изменение кровообращения под воздействием давления
С увеличением глубины и давления происходит отток крови от конечностей и концентрация ее в области грудной клетки и наиболее "ценных" органов - сердца и мозга, обеспечивая приток кислорода только в тех областях, где это в данный момент жизненно необходимо.
Выработка дополнительных красных кровяных телец
При нырянии в глубину, под действием давления происходит значительное сокращение селезенки. В результате высвобождаются дополнительные красные кровяные тельца, что приводит к повышению уровня гемоглобина в крови и увеличению способности организма накапливать дополнительный кислород при дыхании. Этот механизм включается не сразу, а после нескольких нырков в глубину. Таким образом время апное после 20-30 минут ныряния увеличивается. Впервые подобный механизм адаптации организма человека был выявлен при исследовании японских ныряльщиц Ама. Было установлено, что при нырянии уровень гемоглобина у них в крови повышается на 10 %.
Заполнение легких
При погружении на глубину более 45-50 м объем альвеолярного воздуха под действием давления сокращается настолько, что это могло бы привести к слишком сильному сжатию и разрушению легких. Однако этого не происходит, так как альвеолы при достижении критической глубины заполняются плазмой, тем самым, поддерживая нужный объем и предохраняя легкие от разрушения.
Физиологические основы апноэ.
При нырянии с задержкой дыхания на фоне эмоционального напряжения производится большая физическая работа: напряжение кислорода в крови быстро падает, напряжение углекислого газа быстро растет. Охлаждающее действие воды еще больше усиливает интенсивность потребления кислорода (более 2,5 л/мин) и в организме быстро развивается кислородная недостаточность - гипоксия. Задержка дыхания на вдохе повышает внутри легочное давление до 50-100 мм вод. ст., что ухудшает внутри легочное кровообращение и затрудняет приток крови к сердцу. Кроме того, при нырянии резко увеличивается давление на организм, которое сжимает грудную клетку и уменьшает объем легких.
Совершенно очевидно, что остановка дыхания и кровообращения представляет опасность для жизни. Но не все органы одинаково нуждаются в постоянном обеспечении кислородом. Известно, что если с помощью жгута остановить кровообращение в конечности (руке или ноге) не более чем на час, это не вызовет повреждения ее тканей. Почки, кожа и некоторые другие органы также способны переносить перерывы в кровоснабжении. Но вот сердце и мозг очень чувствительны к дефициту кислорода: они могут нормально функционировать только при бесперебойном снабжении им. Остановка кровообращения и дыхания более чем на 8 минут приводит к необратимым изменениям в тканях этих органов.
Неодинаковая потребность органов в кислороде дает возможность организму в случае необходимости экономно расходовать его с помощью рефлекторных приспособительных сердечно-сосудистых реакций. Экспериментально установлено, что во время ныряния у человека перераспределяется кровоток, обеспечивая преимущественно сердце и головной мозг. Другие органы, менее чувствительные к недостатку кислорода, остаются на голодном пайке.
Одновременно замедляется сердечный ритм — что приводит к уменьшению энергетического расхода мышцы сердца, замедлению переноса кислорода к тканям, торможению обменных процессов в организме.
Исследования показали, что замедление сердцебиений возникает как при опускании в воду только лица, так и при полном погружении. Такая реакция чем-то напоминает снижение числа оборотов мотора при сокращении подачи топлива. Расположенные вокруг губ человека чувствительные окончания тройничного нерва немедленно реагируют на контакт с водной средой. Вслед за этим головной мозг подает сердцу сигнал снизить свою активность.
В экспериментах показано, что степень замедления частоты сердцебиений при опускании лица в воду зависит от температуры воды и от тренированности организма пловца. У нетренированных людей частота сердечных сокращений падает на 8 — 22%, а у хорошо подготовленных спортсменов — на 50%. Пульс падает обычно не сразу, а спустя 5 — 7 с после опускания лица в воду.
Широко известно, что при любой физической нагрузке активность сердца увеличивается. Однако, как ни парадоксально, ныряние на задержке дыхания с максимальной скоростью на дистанцию 50 м сопровождается замедлением пульса. Частота сердцебиений возрастает только вначале, а затем падает и может достигать меньших значений, чем в покое на суше.
Считается, что рефлекторные приспособительные сердечно-сосудистые реакции, возникающие у человека при нырянии, служат эффективной защитой от развивающегося дефицита кислорода в организме. По идее это значит, что перестройка кровообращения и замедление сердцебиений должны заметно продлить допустимое время задержки дыхания. Между тем американские исследователи показали, что максимальная ее продолжительность, в зависимости от температуры воды, либо равна по времени, либо существенно меньше, чем на суше. По-видимому, в процессе эволюции рефлекторные сердечно-сосудистые реакции при нырянии (как защитная реакция) у человека не приобрели достаточной эффективности. Что и неудивительно — все-таки мы животные сухопутные...
Таким образом, возможность ныряльщика зависит, прежде всего, от того, как долго он способен задерживать под водой дыхание баз возникновения кислородного голодания головного мозга, от того, способен ли он безболезненно переносить повышение окружающего давления со скоростью 0,1-0,12 атм./сек.
Длительность произвольной задержки дыхания у нетренированного человека невелика. У взрослых здоровых людей она составляет в состоянии покоя в среднем 54,5 секунды, а после обычного выдоха - 40 секунд. Но тренировки и гипервентиляция (максимально частое и глубокое дыхание с целью удаления углекислого газа и насыщения организма кислородом) значительно ее увеличивают.
Атмосферный воздух не участвует непосредственно в газообмене организма. Венозная кровь вступает в газообмен с альвеолярным воздухом легких. Альвеолы - это конечный результат деления бронхов в виде ячеистых пузырьков, густо оплетенных капиллярами легочной артерии. Состав альвеолярного воздуха существенно отличается от атмосферного, который служит лишь для его вентиляции. Состав альвеолярного воздуха всегда постоянен и даже незначительное изменение в его компонентах приводит к резким сдвигам в организме, которые могут вызвать патологические состояния, например т.н. shallow black out - потерю сознания при всплытии из-за кислородного голодания головного мозга после свободного ныряния. Нормальной и естественной реакцией на изменение состава альвеолярного воздуха при нырянии является возбуждение дыхательного центра. Возбуждение дыхательного центра происходит в первую очередь из-за определенного повышения в альвеолярном воздухе парциального давления углекислого газа при соответствующем понижении парциального давления кислорода. Интересно отметить постоянство альвеолярного воздуха у различных людей несмотря на большую разницу во времени задержки дыхания.
Таким образом, можно придти к выводу, что длительность пребывания ныряльщика под водой зависит от максимальной емкости его легких, величины физической нагрузки и влияния внешней среды, но главное, от индивидуальной пороговой чувствительности дыхательного центра к скорости изменения содержания в альвеолярном воздухе и крови углекислого газа и кислорода. Обусловлена эта чувствительность врожденными свойствами и тренированностью организма на выносливость, т.е. его способностью экономно расходовать запасы кислорода.
Повышение наружного давления при нырянии в глубину сопровождается соответствующим уменьшением объема воздуха в легких. Сжатие воздуха в легких имеет свои пределы, т.к. естественная подвижность диафрагмы и грудной клетки имеют определенные ограничения.
До последнего времени считалось, что безопасным минимальным объемом воздуха в легких на глубине может быть остаточный воздух, остающийся в легких после максимального выдоха. Предполагалось, что дальнейшее повышение окружающего давления не будет уравновешиваться противодавлением изнутри и грудная клетка должна будет взять эту дополнительную нагрузку на себя, что приведет к ее разрушению.
Глубина ныряния с поверхности воды зависит главным образом от общего объема легких человека, его специальной тренированности и адаптации к водной среде. Известно, что через каждые 10 метров глубины давление воды возрастает на 1 атм. Поверхность тела человека колеблется в пределах 150 — 180 тыс. см2, следовательно, на уровне моря оно испытывает давление 16 — 18 тонн. На глубине 10 м — 30 —36 т, на 50 м — 90 -108 т, на 100 м — 165 — 198 т. Казалось бы, ныряльщик должен быть раздавлен в лепешку. Но этого не происходит потому, что организм его на 70% состоит из несжимаемой жидкости. А вот воздух в легких сжимается, и уменьшается объем грудной клетки.
Допустим, на поверхности после максимального вдоха общий объем воздуха в легких пловца равен 6 л. На отметке 10 м под давлением воды на грудную клетку и живот он уменьшится до 3 л, а на рубеже 30 м сожмется до 1,5 л. Таким образом, человек по достижении глубины 30 м после максимального вдоха имеет в легких такой же объем воздуха, как при максимальном выдохе на поверхности. При этом естественная подвижность грудной клетки полностью исчерпывается.
Уменьшение объема воздуха в легких ниже остаточного (т.е. как после глубокого выдоха) может привести к расстройству дыхания и кровообращения. Поэтому предел глубины ныряния в данном случае составит 30 м.
До сравнительно недавнего времени считалось, что ныряние на "запредельные" глубины может привести к разрушению грудной клетки. Но рекорды ныряльщиков опровергли это мнение. Высшее мировое достижение в нырянии на глубину среди женщин принадлежит итальянке А.Бандини - 107 м (1989 г.), среди мужчин - американцу кубинского происхождения Ф.Феррере - 133 м (1996 г.).
Оказалось, грудную клетку от разрушения защищает кровь. При погружении за "физиологический предел" она притекает в легочные сосуды с периферии тела. Поэтому объем грудной клетки сохраняется почти постоянным. Но, как выяснилось, сосуды легких дополнительно могут принять только около 0,7 л крови. А после этого, вероятно, произойдет их разрыв и разрушение грудной клетки.
Ныряние на "запредельные" глубины чрезвычайно опасно даже для опытных спортсменов. Об этом красноречиво свидетельствует гибель 22-летнего ныряльщика из Ниццы Сгарилла Изоарди, пытавшегося в апреле 1992 г. побить мировой рекорд. Кроме того, оно доступно только единицам, требует специального, очень дорогостоящего оснащения и обеспечения. Учитывая большую опасность глубинного ныряния, члены исполнительного комитета CMAS 5 декабря 1970 г. приняли решение о запрещении регистрации спортивных рекордов. Но, несмотря на это, отдельные ныряльщики по сей день отваживаются бросать вызов судьбе. В нашей стране ныряние ограничено для мужчин 15 метрами, для женщин - 10.
При нырянии на глубину нужно помнить об опасности острого кислородного голодания. Чаще всего гипоксия с потерей сознания развивается при подъеме на поверхность. В 1959 г. во время подводной охоты погибли чемпион мира 1958 года француз Ж.Корман, чемпион Португалии Х.Ра-мелата и многие другие опытные спортсмены.
Отчего же происходят трагедии? Рассмотрим механизм развития острого кислородного голодания на примере. Допустим, общий объем легких ныряльщика на поверхности воды равен 6 л, а парциальное давление кислорода, входящего в состав воздуха, которым они заполнены, 100 мм рт. ст. На глубине 10 м давление окружающей среды будет вдвое выше. Поэтому объем легких пловца уменьшится и составит 3 л, а парциальное давление кислорода возрастет до 200 мм рт. ст. Во время пребывания под водой объем легких останется неизменным. Но за счет потребления кислорода парциальное давление последнего снизится до 60 мм рт. ст. Казалось бы, пловцу ничто не угрожает - этого количества вполне достаточно для жизнедеятельности его организма.
Увы, это не так. При всплытии объем легких вновь увеличится до 6 л, а парциальное давление кислорода упадет до 30 мм рт. ст., т.е. ниже критической отметки. Ныряльщик потеряет сознание в результате острого кислородного голодания головного мозга. По инерции он всплывет на поверхность, но это не спасет его от гибели: он будет не в состоянии продуть дыхательную трубку и сделать вдох.
Таким образом, чтобы не оказаться в лапах коварной гипоксии, подводному охотнику необходимо уметь рационально планировать двигательную нагрузку под водой. Надо начинать всплытие раньше, чем запас кислорода в организме снизится до критического уровня. Кроме того, нужно учитывать продолжающееся падение парциального давления кислорода во время всплытия, вызванное понижением давления воды.
|
