Все о правильном дыхании


Регуляция дыхании при нырянии

Что заставляет ныряльщика прекратить задержку дыхания и подняться на поверхность? В период апноэ в воздухе легких (точнее, в легочных пузырьках - альвеолах) и в артериальной крови нарастает парциальное (частичное) напряжение углекислого газа.

Норма (37 - 42 мм рт. ст.), и падает парциальное напряжение кислорода норма (88 - 110 мм рт. ст.) происходит раздражение клеток дыхательного центра (особые нервные клетки, расположенные в различных областях мозга) и человек субъективно испытывает ощущение удушья.

Регуляция дыхания, как известно, осуществляется через кровь. Экспериментально установлено, что у здоровых людей в обычных условиях задержка дыхания после глубокого вдоха длится 40 - 60с.

Тренированные спортсмены способны задерживать дыхание на более продолжительное время. Но максимальное апноэ обязательно прерывается, и человек непроизвольно начинает дышать. В момент, когда он не способен больше переносить удушье, рО2 в крови снижается до 75 - 60 мм рт. ст., а рСО2 увеличивается до 48 - 50 мм рт. ст.

Так, императивный (повелительный) стимул дыхания неотвратимо выводит дыхание из-под произвольного контроля и предотвращает опасное для организма чрезмерно длительное апноэ. Действие его обусловлено, главным образом, двумя факторами: повышением рСО2 во внутренней среде организма (гиперкапнией) и снижением рО2 в крови (гипоксемией).

Известна легенда о древнегреческом философе Диогене Синопском (ок. 400 - 325 гг. до н.э.), который покончил жизнь самоубийством весьма необычным способом. Он произвольно перестал дышать. Подобная версия представляется малоубедительной.

После волевой задержки дыхания, как уже было сказано, дыхание неизбежно должно рефлекторно восстановиться. Гиперкапния играет более важную роль в прекращении произвольной задержки дыхания, чем гипоксемия.

Это объясняется тем, что СО2 обладает высокой биологической активностью и служит основным возбудителем дыхательного центра. Недостаточно тренированный в нырянии человек прекращает произвольную задержку дыхания задолго до развития кислородного голодания головного мозга, подчиняя императивному стимулу дыхания.

Регулярная тренировка снижает чувствительность нервных клеток дыхательного центра к действию СО2.

Установлено, что спортсмены, занимающиеся фридайвингом и подводной охотой менее чувствительны

Подробнее: Регуляция дыхании при нырянии

Гипервентиляция перед погружением

Продолжительность задержки дыхания главным образом зависит от длительности предварительной гипервентиляции, а также ее частоты и глубины. Известно, что гипервентиляция увеличивает время апноэ в 1,5 - 2 раза по сравнению с обычными условиями.

Но, как уже отмечалось, рСО2 в воздухе легких падает только в течение первых трех минут форсированного дыхания. Поэтому более длительная гипервентиляция не имеет никакого практического смысла - время последующей задержки дыхания не увеличится.

Однако и трехминутная предварительная гипервентиляция опасна. Чем дольше длится апноэ, тем больше вероятность возникновения в конце его острой гипоксии. Как же определить временной предел предварительной гипервентиляции, позволяющей увеличить продолжительность задержки дыхания на глубине без риска потери сознания из-за кислородного голодания головного мозга?

Рекомендации, имеющиеся в литературе, утверждают, что с целью профилактики обморока под водой форсированное дыхание перед нырянием должно проводиться в течение 30-60 с, не более. Целесообразность такого режима произвольного усиления вентиляции легких подтверждена, в частности, В.П. Пономаревым и В.И. Ступаком.

Они установили, что гипервентиляция продолжительностью более одной минуты оказывает отрицательное влияние на способность спортсменов к самооценке уровня снижения кислородного запаса организма во время апноэ и может привести к судорогам мышц конечностей во время ныряния. Наши исследования показали, что предварительная гипервентиляция, осуществляемая в течение 60 с, не устраняет возможность потери сознания в результате острой гипоксии при нырянии в длину.

При этом наибольшей опасности подвержены люди, не способные оценивать степень снижения количества кислорода в организме. Возможно ли вообще рассчитать время относительно безопасной усиленной вентиляции легких перед погружением? Блестяще разрешил эту трудную задачу специалист медико-профилактической комиссии CMAS доктор Р. Чарли.

Суть разработанного им метода заключается в следующем. Ныряльщику предлагают выполнить гипервентиляцию (частота и глубина которой каждым выбирается произвольно) и засечь по секундомеру время от ее начала до появления симптомов - легкого головокружения, чувства ползания мурашек по коже, покалывания в кончиках пальцев рук.

Полученное число секунд делят на три: этот результат и есть относительно безопасное время гипервентиляции (индивидуально для каждого спортсмена) перед спуском под воду. Нужно помнить, что проводить данный тест необходимо под наблюдением тренера или врача, находясь в специальном кресле, из которого нельзя выпасть в случае выраженного головокружения.

Кислородное голодание

Допустим, общий объем легких ныряльщика на поверхности воды равен 6 л, а парциальное давление кислорода, входящего в состав воздуха, которым они заполнены, составляет 100 мм рт. ст. На глубине 10 м давление окружающей среды, как известно, 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 человека под водой объем его легких останется неизменным. Однако за счет потребления парциальное давление кислорода снизится до 60 мм рт. ст. Казалось бы, пловцу ничто не угрожает, этого количества вполне достаточно для жизнедеятельности его организма. Но это не так.

К моменту всплытия на поверхность объем легких 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. Пловец 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 величину двигательной нагрузки под водой.

Он должен начинать всплытие раньше, чем запас кислорода в его организме снизится до критического уровня. Кроме этого ему нужно учитывать продолжающееся понижение парциального давления в воздухе легких во время всплытия, вызванное понижением давления воды. Поэтому, получив из центральной нервной системы сигнал о необходимости начать дышать, ныряльщик должен не задерживаться под водой.

До недавнего времени считалось общепризнанным, что рСО2 в воздухе легких спортсменов во время ныряния в ластах на скорость (дистанция 50 м) после гипервентиляции может оказаться недостаточным для возбуждения дыхательного центра.

Пловцы в этом случае, не ощущая потребность сделать вдох, теряют сознание в результате острого кислородного голодания головного мозга. Однако проведенные нами исследования показали, что на финише в воздухе легких ныряльщиков рО2 снижается, но не доходит до критической отметки, за которой наступает обморок, а рСО2 повышается значительно выше предела, вызывающего стимуляцию дыхательного центра.

Возникает вопрос, почему, несмотря на слабо выраженную гипоксию и значительную гиперкапнию, некоторые спортсмены все же теряют сознание?
Мы предположили, что причиной обморока в данном случае является расстройство кровообращения, обусловленное натуживанием - напряжением выдыхательных мышц без выдоха. Во время ныряния натуживание у спортсменов может возникать произвольно и непроизвольно.

В первом случае оно появляется, когда ныряльщик, стремясь продлить время пребывания под водой, в конце задержки дыхания делает ложные дыхательные движения (вдох и выдох) при закрытой голосовой щели. За счет этого приема можно несколько понизить порог раздражения дыхательного центра и тем самым отодвинуть желание сделать вдох.

Во втором - натуживание появляется вследствие повышения рСО2 и снижения рО2 в крови. В результате усиления императивного стимула дыхания человек непроизвольно делает ложные дыхательные движения. Натуживание приводит к дополнительному повышению внутригрудного давления, вследствие чего уменьшается сердечный выброс.

Подробнее: Кислородное голодание

Гипервентиляция и опасные последствия

Но не только регулярные тренировки в нырянии увеличивают время пребывания под водой. Важным компонентом подготовки к погружению является гипервентиляция - усиленная вентиляция легких за счет частого и глубокого дыхания. Она значительно снижает рСО2 и несколько повышает рО2 в легких и крови, благодаря чему уровень возбуждения дыхательного центра, при котором уже невозможно дольше задерживать дыхание, наступает позже, чем в тех случаях, когда гипервентиляция не проводится.

Сущность форсированного дыхания сводится не столько к накоплению запасов кислорода в организме, сколько к выведению возможно большего количества СО2. Именно благодаря этому эффекту значительно увеличивается время задержки дыхания. Однако с увеличением продолжительности апноэ происходит и более значительное снижение насыщения крови кислородом, что увеличивает опасность возникновения острой гипоксии.

Мы предлагали группе спортсменов - подводников после гипервентиляции (продолжительность, частота и глубина ее выбирались каждым произвольно) нырнуть под воду на глубину 5 м и находиться там, медленно плавая до предела переносимости. После форсирования дыхания у ныряльщиков в воздухе легких значительно снизилось рСО2 (почти вдвое) и несколько повысилось рО2.

В момент прекращения апноэ, после ныряния и выхода на поверхность, рО2 в воздухе легких спортсменов резко снизилось. Одновременно рСО2 в воздухе легких ныряльщиков возросло, но лишь до физиологической нормы, хотя продолжительность задержки дыхания варьировала в довольно широких пределах.

Результаты исследования показали, что, судя по степени гипоксии, ныряльщики почти исчерпали резервы в увеличении задержки дыхания. У всех рО2 в воздухе легких было близким к критическому. Как известно, падение pО2 в воздухе альвеол ниже 33 мм рт. ст. может привести к кислородному голоданию мозга и потере сознания.

Снижение рСО2 до ныряния предотвращает его увеличение сверх исходных (до спуска) значений. У всех спортсменов рСО2 после выхода на поверхность не превышала нормальных величин. Отсюда следует важный вывод - ныряние на глубину после гипервентиляции всегда потенциально опасно.
Главный побудитель вентиляции - гиперкапния - отсутствует. Возникает гипоксия, она тоже стимулирует дыхательный центр, но слабо, особенно при низком содержании СО2 в крови.

Достаточно сказать, что в покое увеличение легочной вентиляции почти в 20 раз больше при повышении рСО2, чем при таком же по абсолютной величине снижении рО2 в воздухе альвеол.
Между тем функции центральной нервной системы при кислородном голодании угнетаются. Поэтому в какой-то момент неожиданно для себя человек может потерять сознание и утонуть. При нырянии, как уже отмечалось, ясные признаки приближающегося обморока отсутствуют.

Таким образом, гипоксическая стимуляция дыхательного центра, действующая изолированно, а не в сочетании с гиперкапнической, является очень ненадежной и не гарантирует своевременного восстановления дыхания. Кроме того, во время всплытия на поверхность после ныряния спортсмен должен учитывать и еще одно обстоятельство - продолжающееся понижение парциального напряжения кислорода в крови, дополнительно инициируемое понижением давления воды.
При подъеме с глубины, например, 10 м на поверхность давление уменьшается вдвое, соответственно, рО2 в крови может резко упасть ниже допустимого предела и вызывать потерю сознания.