Что такое гипервентиляция легких перед нырянием

Выводы:

Источник

Физиология ныряния с задержкой дыхания

Факторы гидросферы, действующие на человека при погружении под воду

Физиологические изменения, происходящие в организме человека при нырянии с задержкой дыхания под воду, определяются комплексным влиянием факторов гидросферы, а также повышенным барометрическим давлением.

В процессе продолжительного эволюционного развития организм человека адаптировался к воздействию гравитации, атмосферного давления, строго определенному газовому составу воздуха, то есть к так называемым обычным условиям окружающей среды. Во время спуска под воду привычные раздражители заменяются иными: возрастает барометрическое давление, вес тела значительно уменьшается, ухудшается острота зрения и т.д.

Наибольшее значение для человека при погружении под воду представляют следующие факторы гидросферы: плотность, гидростатическое давление, вязкость, теплопроводность, рефракция и абсорбция света, звукопроведение и звукопоглощение.

Относительная плотность дистиллированной воды при температуре (t) 4°С принимается за 1. В пресной воде обнаженное тело человека обычно весит не более 3,5-4 кг. В море, где относительная плотность воды выше из-за содержащихся в ней солей, вес человека уменьшается до 1-2 кг. На вдохе относительная плотность тела меньше, а на выдохе превышает 1.

Коэффициент трения играет большую роль при различной скорости передвижения под водой, так как от него зависит гидродинамическое сопротивление:

Коэффициент абсорбции света в воде зависит от интенсивности солнечной радиации, а также диффузии света через водную толщу. С глубиной погружения спектр солнечного излучения изменяется. Более всего в гидросфере поглощается свет с длиной волны, соответствующей красной и зеленой части спектра. В связи с этим тон цвета воспринимается человеком менее насыщенным. Лучше других воспринимаются белый и фиолетовый тона.

Прозрачность воды зависит от состава органических и неорганических веществ, растворенных в ней. Наибольшую прозрачность воды имеют моря. В Саргассовом море, например, прозрачность воды обеспечивает видимость в 50-60 м. Наименьшей прозрачностью обладают реки, дельты рек и озера. Прозрачность воды в некоторых судоходных реках позволяет у поверхности различать предметы не далее 0,5 м, а на глубине 1,5-2 м видимость практически отсутствует.

Индекс преломления выражается уравнением:

Продолжительность произвольной задержки дыхания при нырянии

Установлено, что запасы кислорода в организме человека обеспечивает его автономную жизнедеятельность приблизительно в течение 6 минут при “стандартном” метаболизме (энерготраты в состоянии покоя), или основном обмене [А.М. Чарный, 1961]. Во время физической нагрузки средней интенсивности резервы его способны поддерживать достаточную оксигенацию артериальной крови только 60-70 с [P. Laval, J.M. Feliciano, R. Chrestian, R. Poirier, 1977].

Спортсмен, недостаточно тренированный в нырянии, прекращает произвольное апноэ задолго до развития острого кислородного голодания, подчиняясь императивному желанию возобновить дыхание, обусловленному возбуждением нейронов дыхательного центра ствола мозга нарастающей гиперкапнией.

С помощью целенаправленной тренировки в нырянии с задержкой дыхания удается несколько снизить порог переносимости ощущения нарастающего удушья, так как углубляется процесс торможения, обусловленный доминантным двигательным очагом возбуждения. Вместе с этим нарастает емкость буферных систем крови, чувствительность дыхательного центра к сдвигам рН понижается [M.F. Coetsee, S.E. Terblanohe, 1988]. Так, например, “ама” (профессиональные ныряльщицы) менее чувствительны к накоплению СО₂ в организме, чем нетренированный человек [S.K. Hong et al., 1963]. Это помогает им задерживать дыхание под водой на более длительное время и полнее использовать имеющийся резерв кислорода.

В результате этого кровью начинают снабжаться преимущественно головной мозг и миокард, тогда как другие органы (например, скелетные и дыхательные мышцы) почти выключаются из кровоснабжения [J. Gooden, 1972]. Брадикардия с одновременным увеличением интервала R-R до 6-8 с [S.B. Strome, D. Kerem, A. Elsen, 1970] уменьшает минутный объем сердца, однако сопутствующая периферическая вазоконстрикция сохраняет высокое давление в аорте, коронарных и мозговых артериях. Таким образом, сужение артериальных сосудов в периферических тканях, значительно снижая приток крови к тканям, менее нуждающимся в кислороде, сберегают его для жизненно важных органов.

Развитие отрицательной хронотропной реакции сердца при нырянии обусловлено, по-видимому, проявлением тормозящих рефлекторных воздействий с прессорецепторов на сердце.

Одним из механизмов вагусного торможения сердца в период ныряния может явиться и увеличение кислотности крови, наступающее вследствие снижения рН при произвольном апноэ во время мышечной деятельности, приводящей к гипоксемии и гиперкапнии [M. Patti, G. Tatarelli, 1957].

Особенно хорошо сердечно-сосудистые реакции выражены у профессиональных ныряльщиков (ловцы губок, собиратели жемчуга и др.). Так, у искателей жемчуга, находившихся на глубине 6-7 м около 60 с, в течение первых 20-30 с частота сердечных сокращений падала с 70-65 до 50-40 ударов в минуту [S.R. Olsen, D.D. Fanestil, P.F. Scholander, 1962; P.F. Scholander, H.T. Hammel, H. Messurier, 1962]. Изредка у отдельных лиц пульс под водой замедлялся до 13 ударов в 1 мин. [R. Elsner, O. Franklin, R. van Gitters, D. Kenney, 1966]. Погружение под воду только лица уже приводило к резкому понижению кровотока в конечностях и появлению брадикардии [R. Elsner, O. Franklin, R. van Gitters, D. Kenney, 1966; I. Brick, 1966]. Таким образом, отрицательная хронотропная реакция сердца и перераспределение кровотока наблюдаются во время ныряния у тренированных людей.

Нужно подчеркнуть, что при произвольном апноэ на суше подобные сердечно-сосудистые реакции также наблюдаются у человека, но они менее выражены, чем при нырянии [R. Elsner, O. Franklin, R. van Gitters, D. Kenney, 1966].

Исследования показали, что брадикардия развивается и у нетренированных людей. Между тем, латентный период этой реакции был весьма значителен (до 5-7 с и более) [В.И. Галанцев, 1977]. Если у ныряющих млекопитающих брадикардия развивается очень резко с момента погружения, то у нетренированных людей снижение частоты сердечных сокращений начинается позже, идет постепенно и обусловлено, видимо, развивающейся гипоксемией.

Пробы крови, взятые у ловцов жемчуга во время ныряния, показали, что в период погружения содержание молочной кислоты в них не наблюдалось или было незначительным, после подъема на поверхность концентрация ее резко возрастала и сохранялась на высоком уровне 2-4 мин. Отсюда был сделан вывод, что, благодаря многолетней тренировке этих людей, запас кислорода, находящийся в альвеолярном воздухе, стал расходоваться экономно, и некоторые ткани перешли на анаэробный обмен веществ (конечными продуктами его являются пировиноградная и молочная кислоты). Это значительно увеличило время пребывания человека под водой.

Сразу после выхода на поверхность у ныряльщиков развивалась, как и у ныряющих млекопитающих, тахикардия с последующим восстановлением нормальной частоты сердечных сокращений. Эти и другие данные позволили авторам высказать предположение, что нырятельный рефлекс, так ярко выраженный у водных млекопитающих, свойственен, хотя и в меньшей степени, человеку [P.S. Scholander, 1963; H. T. Andersen, 1966].

Но нужно заметить, что в реакциях человека (даже профессионального ныряльщика) на погружение имеются некоторые отличия от подобных реакций у ныряющих млекопитающих. Обычно исследователи не заостряют на них своего внимания.

По данным Шоландера (P.F. Sholander, 1963), во время свободного погружения частота сердечных сокращений и артериальное давление у человека изменяются так же, как у ныряющих млекопитающих. Между тем, в его же работе и представленных в ней иллюстрациях наглядно показано, что у ныряльщиков брадикардия развивается постепенно, с длительным латентным периодом. А в отдельных случаях вслед за нырянием отмечалось даже временное увеличение частоты сердечных сокращений.

Подводя итог сказанному, необходимо отметить: хотя у ныряльщиков-профессионалов и отмечаются известные функциональные изменения в сердечной деятельности и циркуляции крови, отождествлять уровень их адаптации к нырянию с таковой у водных млекопитающих, как это делают некоторые исследователи [P.F. Sholander, 1963] вряд ли правомочно.

Такой вывод подтверждают и сравнительно недавно проведенные исследования [J.A. Sterba, C.E.G. Lundgren, 1985, 1988]. Авторы решили экспериментально проверить, оказывает ли влияние нырятельный рефлекс на время произвольной задержки дыхания у человека. Они исходили из того, что у ныряльщика он вызывает брадикардию и периферическую вазоконстрикцию, которая способствует перераспределению крови в организме, обеспечивая ему благоприятные условия для работы сердца и ЦНС. Таким образом, даже слабо выраженный нырятельный рефлекс должен был бы обеспечивать заметное увеличение произвольного апноэ. Между тем было установлено, что он не оказывает сколь-либо заметного влияния на время задержки дыхания у человека.

В обычных условиях на суше в состоянии относительного покоя максимальное апноэ на вдохе у мужчин-спортсменов, тренировка которых связана с развитием выносливости, достигает 200-215 с [Л.Я. Евгеньева, 1974].

Тот факт, что произвольная задержка дыхания, начатая в положении вдоха, длится дольше, объясняется не только тем, что создается большой запас воздуха в альвеолах. В данном случае немаловажную роль играет также импульсация из механорецепторов органов дыхания. По этой же причине дыхательные и глотательные движения, осуществляемые при закрытой голосовой щели, тоже удлиняют время апноэ, но не предотвращают развития гиперкапнии и гипоксемии [М.Е. Маршак, 1961; S. Godfrey, 1969].

Изменяет время задержки дыхания и температура (t°) воды, в которую погружается человек. При t° воды 32°C продолжительность апноэ у испытуемых, находящихся в покое под водой, было таким же, как на суше. При t° воды 20°С время задержки дыхания снижалось на 35%. Продолжительность апноэ во время погружения в термонейтральную (t° = 35°С) воду увеличивалось [J.A. Sterba, C.E.G. Lundgren, 1985]. По мнению указанных авторов, укорочение времени задержки дыхания при нахождении человека в прохладной воде обусловлено сильным побуждением к дыханию, которое вызвано раздражением кожных холодовых рецепторов и быстрым накоплением хеморецепторной стимуляции вследствие терморегуляторного увеличения метаболизма. Увеличение апноэ в термонейтральной воде объясняется некоторым (на 16%) снижением потребления кислорода организмом испытуемых.

Отмечается определенная зависимость во времени задержки дыхания от глубины погружения. На глубине 27 м продолжительность пребывания под водой колеблется от 1,5-2 мин., а на глубине 30 м может достигать 3 мин. [A. Dubois, 1955]. Объясняется это тем, что во время ныряния с поверхности в глубину рО₂ в альвеолярном воздухе нарастает в результате компрессии, что и позволяет человеку дольше пребывать под водой без явлений гипоксии.

Мышечная деятельность резко сокращает время задержки дыхания, что связано с резким усилением обменных процессов в организме.

Как уже отмечалось, человек с помощью тренировок способен приобрести необходимую выносливость к факторам нарушения газового гомеостаза: сдвигу рН крови и гипоксемии. Постепенно его организм адаптируется, и довольно легко переносит предельное снижение кислорода в крови.

Однако человеку необходимо уметь дифференцировать приближение предела, за которым последует потеря сознания в результате острого кислородного голодания головного мозга. Известно, что подавляющее большинство людей этой способностью обладает, но встречаются и такие (3-4%), у которых данное качество отсутствует [В.П. Пономарев, 1971]. Занимаясь нырянием, они постоянно подвергают свою жизнь опасности потерять сознание и утонуть. Это свидетельствует о том, что при нырянии необходимо уделять особое внимание тщательной страховке и своевременному выявлению людей, не способных к самооценке.

Произвольная гипервентиляция легких

Возможно, что гипервентиляция увеличивает время задержки дыхания и чисто механически. При ее проведении у человека раздражаются механорецепторы легких, а это снижает чувствительность дыхательного центра к хеморецепторным влияниям.

В литературе есть напоминание об опасности продолжительной гипервентиляции легких, которая может привести к непроизвольному апноэ и потере сознания [C.R. Bainton, R.A. Michell, 1966; D.J.C. Cunningham, 1974; А.М. Коровин, 1971, 1973]. Между тем ряд исследователей отмечает, что после произвольной гипервентиляции легких остановки дыхания у здоровых людей обычно не наступает [И.С. Бреслав, 1975, 1984; И.С. Бреслав, В.Д. Глебовский, 1981].

Возникновение непроизвольного апноэ и потери сознания при гипервентиляции связываются, главным образом, с быстрым падением напряжения СО₂ и увеличением рН в артериальной крови. Установлено, что функциональные нарушения в ЦНС появляются, как правило, при снижении рСО₂ в альвеолярном воздухе, а, следовательно, и в артериальной крови ниже 25 мм рт. ст. Это соответствует изменениям рН крови в пределах 7,56-7,62 [G. Weimann, 1976]. Наиболее быстрое падение рАСО₂ отмечается в течение первых 5-20 дыхательных движений [I.S. Meyer, F. Goton, 1960]. Даже сравнительно непродолжительная гипервентиляция приводит к сужению кровеносных сосудов головного мозга и, тем самым, вызывает уменьшение церебрального кровотока на 35%, что имеет немаловажное значение в усилении гипоксических состояний и предрасположенности к развитию обморока.

При гипокапнии изменяются также кривая диссоциации оксигемоглобина влево, и из-за повышенного сродства гемоглобина к кислороду затрудняется переход О₂ из крови капилляров в ткани. Так как гипервентиляция представляет некоторую опасность, время ее проведения должно быть строго лимитировано и не превышать 60 с. К тому же более длительная гипервентиляция почти не увеличивает продолжительность апноэ, так как эффективность ее по снижению СО₂ в альвеолярном воздухе и артериальной крови ограничена.

Данные обследования спортсменов показали, что гипервентиляция, проводимая в течение 60 с, снижает концентрацию СО₂ в воздухе легких с 5,5 до 3,4% (35,7-24,2 мм рт. ст.). Увеличение времени ее проведения практически не имеет смысла, так как спустя 120 с содержание СО₂ падает до 3,2% (22,8 мм рт. ст.), то есть уменьшается всего на 0,2%, а через 180 с достигает 2,7% (19,2 мм рт. ст.) и, таким образом, снижается еще на 0,5% [В.П. Пономарев, В.Т. Ступак, 1973].

Таким образом, усиленная вентиляция легких, по мнению указанных авторов, проводимая спортсменом более 60 с, оказывает отрицательное влияние на способность его к самооценке уровня снижения кислородного резерва во время апноэ и может вызвать судороги мышц конечностей, особенно при нахождении в воде.

Предварительная гипервентиляция, увеличивая продолжительность задержки дыхания, приводит к большей утилизации кислорода и, соответственно, более низкому его содержанию в артериальной крови к концу апноэ [A.B. Craig, 1963].

При нырянии такая ситуация может стать опасной, так как “критическое” напряжение кислорода в артериальной крови, при котором еще возможно нормальное функционирование ЦНС, как уже отмечалось, составляет 27 мм рт. ст. Вслед за этим пределом человек может внезапно потерять сознание в результате острой гипоксии головного мозга. На данное обстоятельство указывал Крейг (Craig, 1976, цит. по D.D. Hickey, C.E.G. Lundgren, 1984), который обобщил данные о 58 случаях обмороков при нырянии, 23 из которых закончились гибелью людей.

Физиологические возможности человека при нырянии на глубину

О физиологических возможностях человека при нырянии на глубину дают представления глубины, на которые опускаются профессиональные ныряльщики и спортсмены.

Промысел жемчуга, кораллов, губок, различных видов съедобных животных существует в странах с жарким климатом около 6000-7000 лет. Индейцы племени Лукаян, ловцы жемчуга, в прошлом славились прекрасными ныряльщиками. Из литературных источников известно, что они опускались на глубины до 30 м и умели задерживать дыхание на 12-15 минут.

Знаменитые японские “ама” трудятся уже свыше 2000 лет на глубинах от 15 до 30 м.

Ловцы жемчуга с островов Тихого океана ныряют на 42-45 м. Однако самыми глубоководными ныряльщиками в мире, по-видимому, являются греческие охотники за губками. Они достигают глубины 56 метров. Выдающимся ныряльщиком прошлого считается грек Георгиос Хаджи Статти. В 1913 году, чтобы спасти якорь итальянского судна “Реджина Маргарита”, ему пришлось нырять на глубины 60-80 метров.

Таким образом, водолаз при достижении глубины 30 м после осуществленного максимального вдоха будет иметь в легких такой же объем воздуха, как при максимальном выдохе на поверхности. Такая глубина считается физиологическим пределом ныряния. Дальнейшее погружение неизбежно приведет к нарушению функций организма.

Очевидно, что каждый индивид имеет свой физиологический предел ныряния под воду, зависящий главным образом от ОЕЛ, определяемой на поверхности перед спуском. Между тем многие хорошо подготовленные спортсмены свободно ныряют на «запредельные» глубины без каких-либо видимых последствий. Рассмотрим один показательный пример.

Чем меньше становится объем газа в легких, тем значительнее выражается присасывающий эффект грудной клетки и приток крови к легким, следствием чего является переполнение кровеносных сосудов, шунтирование и застой крови, растяжение и разрыв сосудов. Результатом гемодинамических нарушений, интраальвеолярного и интрабронхиального пропотевания жидкой части крови и серозной жидкости является набухание легочной ткани, развитие отека легких. После подъема на поверхность и возобновления дыхания через поврежденные сосуды в кровеносную сеть может проникнуть воздух, вызывая развитие газовой эмболии.

Члены исполнительного комитета Всемирной конфедерации подводной деятельности (CMAS) 5 декабря 1970 года также приняли решение о запрещении регистрации спортивных рекордов по нырянию на глубину.

Руководство CMAS постановило, что оно может проводиться специально подготовленными людьми под строгим медицинским контролем только в исключительных случаях, в рамках научных экспериментов.

Свободное всплытие с глубины

Более широкое распространение получило свободное всплытие после предварительного вдоха, им пользуются легководолазы и спортсмены в различных аварийных ситуациях под водой, возникших в результате неисправности дыхательного аппарата.

Свободное всплытие после полного вдоха производится при максимально расслабленной скелетной и дыхательной мускулатуре. Однако в связи с тем, что на глубине человек вдыхал сжатый воздух, во время выдоха на поверхность он должен постоянно выдыхать, так как по мере снижения гидростатического давления объем воздуха в легких будет возрастать. При этом нужно помнить: ускоренный выдох может привести к потере сознания в результате кислородного голодания головного мозга, а слишком быстрый подъем способен вызвать баротравму легких.

Практика показала, что при целенаправленной тренировке свободное всплытие можно осуществлять с довольно больших глубин.

Возможные патофизиологические состояния при нырянии

Рассматриваемые в данном разделе изменения физиологического порядка, происходящие в организме ныряльщика, будут неполными без перечня возможных серьезных патологических последствий свободного ныряния.

При нырянии могут возникнуть следующие специфические заболевания и патологические состояния: острое кислородное голодание головного мозга (результат длительного пребывания под водой или следствие резкого падения парциального давления кислорода в легких за счет уменьшения общего давления при всплытии); нарушение сердечного ритма; баротравма уха и околоносовых полостей; боль в кариозных зубах, имеющих закрытую полость; острая сердечная недостаточность от чрезмерного растяжения правого желудочка кровью; баротравма легких в результате разрежения воздуха; обжатие грудной клетки; потеря сознания в результате наркотического действия СО₂ и гипоксии; головокружение и дезориентирование (следствие раздражения вестибулярного аппарата холодной водой); холодовый шок при вхождении в зону температурного скачка или при погружении в холодную воду; расстройство гемодинамики при резком снижении наружного давления во время всплытия; утопление. В последнее время этот список пополнила декомпрессионная болезнь, возникающая в результате частых повторных ныряний на значительные глубины. Впервые симптомы декомпрессионной болезни были зарегистрированы исследователем (Paulev, 1965, цит по: Вуд, 1979). Автор, совершив подряд несколько погружений на глубину 20 м в учебном бассейне, ощутил симптомы декомпрессионного заболевания. Позже он же исследовал влияние на организм частых повторных ныряний на глубину 18-35 м и отмечал увеличение парциального давления азота в альвеолярном воздухе до значений, которые могут вызвать образование в организме газовых пузырьков при всплытии [P.F. Paulev, 1967]. При помощи ультразвуковой установки, работающей по принципу Доплера, у «ама» по окончании серии из 30 последовательных погружений на глубину 16 м были зафиксированы «немые» газовые пузырьки [D.D. Hickey, C.E.G. Lundgren, 1984].

Специалисты считают, что таравана связана как-то с режимом дыхания. Это заболевание неизвестно ныряльщикам острова Мангарева, они отдыхают между погружениями по 12-15 минут. Искатели жемчуга с островов Туамоту, ныряющие на те же глубины и страдающие от этого заболевания, гипервентилируют легкие частыми глубокими вдохами между погружениями в течение 3-10 минут [Ф.Г. Вуд, 1979]. Избежать накопления избыточного количества азота в крови ныряльщикам с острова Мангарева, по-видимому, позволяют длительные интервалы отдыха между погружениями, в течение которых полностью восстанавливается нормальная концентрация азота в организме.

автор: Александр Потапов
Статья добавлена: 2016-11-04

Источник

• ← Что такое гипервентиляция головного мозга
• Что такое гипервентиляция легких симптомы →