парциальное давление - частичное давление газа сек. - секунда
ЦНС - центральная нервная система ЧСС - частота сердечных сокращений
Автор выражает искреннюю благодарность друзьям за ценные советы: Валере Радченко, Оле Шулаковой, Андрею Воловику, Жене Бутову, Саше Журавлеву, Алине Поборчей и Олегу Мелихову. И детям ??? Оксане и Алеше, держащим в тонусе.
Введение
Фридайвинг - это ныряние с задержкой дыха??ния в длину или в глубину.
Фридайвинг весьма интересен с точки зрения переключения внимания с суеты на поверхности вселенских событий на внутреннее растворение в покое воды. Расслабленное плавание гармонизиру??ет отношения между безумной активностью моз??га и засидевшимся телом, вызывая мышечную ра??дость. Комфортная задержка дыхания мягко встря??хивает организм, активизируя обменные процессы после ее окончания.
Фридайвинг предполагает минимизацию уси??лий и является чудесным методом релаксации и ле??карством от стресса.
Фридайвинг дает возможность наслаждаться легким скольжением в воде, где в невесомости тело наполняется пленительной энергией, вызывая ощу??щение парения.
Фридайверу открывается безмолвный таин??ственный мир без времени и пространства, здесь разрушается граница, разделяющая тело и душу, и наступает необычайное умиротворение.
С изумлением наблюдает фридайвер подводную жизнь, расслабленно зависнув в толще воды. С рав??нодушием проплывают рядом подводные жители, не ощущая исходящей от него угрозы. С наслажде??нием замирает фридайвер, очарованный перелива??ми солнечных лучей в синеве.
С отрешением погружается он в глубину, учась спокойствию и смирению. Он не борется со време??нем и с глубиной, не ищет победы над собой, а по??стигает ??внутреннюю пустоту?? и познает Предел.
1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЫРЯНИЯ С ЗАДЕРЖКОЙ ДЫХАНИЯ
Плавучесть
Фридайвер во время ныряния в глубину испы??тывает три состояния плавучести: положительную (сначала с ней борется, потом радуется), нейтраль??ную (очень приятную) и отрицательную (страшно??ватую). Ибо, согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкиваю??щая сила, направленная вверх и равная весу вытес??ненной жидкости.
При
При
При
Если нырять в длину
Для ныряющих
После разворота на всплытие, темп и мощность движений фридайвера должны быть достаточно вы??сокими, чтобы преодолеть зону отрицательной пла??вучести. По мере увеличения плавучести при всплы??тии фридайвер постепенно снижает мощность и темп гребков, и включает в цикл движений фазу скольже??ния. Последние 5-8 м при положительной плавуче??сти фридайвер скользит вверх без движений.
При увеличении глубины погружения квали??фицированные фридайверы увеличивают и глуби??ну нейтральной плавучести путем уменьшения ко??личества груза. И это правильно, так как, идя вниз, надо побеспокоиться о дороге наверх.
Существуют 5 основных факторов, влияющих на плавучесть:
1)
Плотность пресной воды меньше, чем плот??ность морской из-за наличия в последней - мор??ских солей. Соответственно, по вкусу воды можно попробовать определить необходимое количество груза, навешиваемое фридайвером на себя. Чем больше соли, тем больше груза.
2)
Состоит из объема вдоха и остаточного объема легких. Остаточный объем трудно изменить, он яв??ляется достаточно консервативным показателем, а вот объем вдоха можно менять легко. Чем больше вдох, тем больше плавучесть.
3)
Чем больше толщина костюма и меньше коли??чество груза, тем больше плавучесть, и тем труднее занырнуть и легче вынырнуть.
4)
Тоже легко определить: чем больше давит, тем меньше плавучесть. Под действием давления объе??мы легких и костюма уменьшаются, поэтому умень??шается вес вытесненной ими жидкости.
5)
Понятия атмосферного, гидростатического и абсолютного давлений
На фридайвера, погружающегося в глубину, действует давление, состоящее из:
- атмосферного давления, которое вызвано ве??сом атмосферы. Это давление обозначают как 1 ат??мосфера;
- гидростатического давления, которое вызвано весом воды над фридайвером. Каждые 10 м глубины увеличивают давление приблизительно на 1 атм.
Таким образом, давление окружающей среды, т.е. абсолютное давление, представляет собой сум??му атмосферного давления на уровне моря и гидро??статического давления, которое изменяется на 1 ат??мосферу каждые 10 м глубины.
Следовательно, давление, которое испытывает фридайвер на глубине 10 м равно 2 атмосферам, на глубине 30 м - 4 атм., а на глубине 100 м - 11 атм. Герберт Ницш испытывал давление 22,5 атм. на глу??бине 214 м и хочет испытать еще больше.
Воздействие изменения давления на ткани организма
Когда в школе на уроках физики мы изучали скучные законы Бойля-Мариотта, Дальтона и Генри, то и представить себе не могли, какое практическое значение они могут иметь для фридайвинга.
Итак,
Во время погружения организм фридайвера подвергается изменениям, связанным с воздей??ствием гидростатического давления. Это действие обусловлено свойством газа изменять свой объ??ем при изменении давления, и малой сжимаемо??стью тканей организма. Если бы все органы и тка??ни сжимались, то и писать было бы дальше не о ком. Когда изменения, возникающие в сжимаемых органах, не чрезмерно велики, то они обратимы, и при прекращении давления организм фридайве- ра возвращается, как правило, в исходное состоя??ние.
При погружении с увеличением гидростатиче??ского давления объем воздуха в воздушных поло??стях организма человека (легких, полостях чере??па, желудочно-кишечном тракте) и в подмасочном пространстве стремится уменьшиться обратно про??порционально действующему на него давлению. Пузырьки воздуха в неопреновом костюме тоже сжимаются под давлением, и он становится тонь??ше и холоднее.
Просвещенный фридайвер, проникшись тай??ной данного закона, открытого для него Бойлем и Мариоттом, использует его для предотвращения ба??ротравм.
Чаще всего затруднения, связанные с необходи??мостью выравнивания давления при погружении, возникают в полостях среднего уха, так называе??мых ??барабанных полостях??. Полости сообщаются с носоглоткой посредством узких и длинных слухо??вых труб, наименованных медицинскими светила??ми ??евстахиевыми?? по фамилии ученого анатома. Отверстия труб, обращенные в барабанные поло??сти, фиксированы костными стенками и постоянно открыты. А части труб, примыкающие к носоглот??ке, имеют мягкие спавшиеся стенки. Фридайвер должен уметь открывать свои слуховые трубы, вы??равнивая давление при погружении.
При всплытии (со снижением гидростатическо??го давления) выравнивание давления в барабанной полости осуществляется относительно легко, т.к. слуховые трубы раскрываются без участия фридай- вера расширяющимся воздухом.
Газы в легких обмениваются между кровью и альвеолярным воздухом в соответствии с тем, как изменяется давление отдельных газов. Давление га??зов в легких фридайвера будет меняться при изме??нении давления окружающей среды, а также в зави??симости от степени потребления тканями кислоро??да и выделения углекислого газа.
На поверхности в воздухе содержится кисло??рода- 20,94% (в альвеолах в среднем 14,5% из-за мертвого пространства - носоглотки, гортани, тра??хеи, бронхов, где выдыхаемый воздух смешивается с вдыхаемым), азота 78,02%, углекислого газа- 0,04% (в альвеолах в среднем 5%) и инертных га??зов менее 1 %.
На глубине 10 м давление этих газов в легких удвоится, на глубине 20 м давление утроится. При погружении это неплохо - диффузия кислорода на глубине из легких в кровь улучшается, но при всплытии фридайверу бывает невесело - парциаль??ное давление кислорода падает, и очень быстро.
Из-за этого закона фридайвинг из чудесного вида активного отдыха иногда превращается в вид экстремальной деятельности. Доверчивый фридай- вер во время ныряния в глубину не ощущает фоку??сов с газами, он во власти внутреннего покоя, кото??рый может и обмануть.
Во время погружения увеличивается раствори??мость газов и растет их концентрация в крови и тка??нях. Таким образом, кислороду на глубине вдвойне неплохо: в условиях повышенного давления он не только легко связывается с гемоглобином и разно??сится по всему организму, но и, будучи растворен??ным в плазме крови, быстро диффундирует (прони??кает) в ткани.
Азот при нахождении фридайвера на поверхно??сти Земного шара циркулирует в кровяном русле в незначительном количестве. А в глубине морских вод азот активно насыщает собой это же кровяное русло. Чувствительный фридайвер может ощутить опасно-приятное чувство азотного наркоза.
При быстром всплытии (уменьшении давления) азот может ??вспениваться?? в крови, как газирован??ная вода при открывании бутылки, и вызывать де- компрессионное заболевание.
Легкая форма декомпрессионного заболевания заключается в довольно неожиданных ощущениях разбитости (не жизни, конечно, только организма).
1.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА ФРИДАЙВЕРА К НЫРЯНИЮ
Энергообеспечение организма во время ныряния
Человек наслаждается процессом жизни благо??даря энергии, которая образуется в его организме в результате окисления кислородом различных пи??щевых веществ, проникающих в организм посред??ством перемещения из окружающего пространства в ротовую полость. Окисляющий их кислород диф??фундирует (проникает) из альвеолярного воздуха в кровь и далее в ткани благодаря градиенту его пар??циального давления (то есть стремится туда, где его меньше - оттуда, где его больше).
Но, если необходимо большое количество энер??гии для кратковременной интенсивной мышечной деятельности, то включаются механизмы энергоо??беспечения без участия кислорода. Без него, ока??зывается, можно быстрее получить энергию, прав??да, очень ненадолго. Клетки помнят времена, ког??да кислорода и в помине не было в атмосфере. Но не все: клетки головного мозга совсем молодые и этих доисторических времен не застали, поэтому они без кислорода никак не обойдутся.
Во время ныряния с задержкой дыхания энерге??тическое обеспечение организма фридайвера про??исходит аэробным (с участием кислорода) и анаэ??робным (без его участия) путем. И других способов получения энергии во время нахождения над и под водой нет.
В начале ныряния в длину аэробные механиз??мы преобладают, т.к. мощность работы невысока. Вообще-то и в начале ныряния в глубину аэробные механизмы тоже преобладают, хоть мощность ра??боты там повыше будет - надо же с положитель??ной плавучестью справиться. Но законы Дальтона и Генри исправно работают, и кислород под давлени??ем быстро-быстро переходит в клетки.
По мере же нарастания дефицита кислоро??да организм, не ожидавший такого подвоха, су??дорожно включает аварийное энергообеспечение, и в конце дистанции начинает преобладать анаэ??робный гликолиз (расщепление глюкозы в бескис??лородных условиях) в общей энергетике работы. ??Прекрасно!?? - воскликнет фридайвер, и съест пе??ред нырянием 10 булочек, содержащих углеводы, которые превращаются в довольном животе фри- дайвера в глюкозу. Но расщепляется эта глюко??за в бескислородных условиях с выделением не только желанной энергии, но и нежеланных по??бочных продуктов обмена. Наиболее знаменитой из них является молочная кислота. Ее концентра??ция в мышечных волокнах и в крови повышается и фридайвер может испытывать тяжесть в работа??ющих мышцах. Особенно во время выныривания из глубины. Один из вариантов разрешения ситу??ации, к примеру, если ноги фридайвера притоми??лись - сменить конечности, и подняться по тросу на руках.
Изменения газообмена в организме во время ныряния
Основным фактором, ограничивающим дли??тельность ныряния с задержкой дыхания, является дефицит кислорода -
Наиболее чувствительна к недостатку кислоро??да центральная нервная система (ЦНС) - в ней на??рушения деятельности наблюдаются в первую оче??редь. Во время выполнения статической задерж??ки дыхания или ныряния в длину состояние в на??чальной стадии гипоксии субъективно ощущает??ся как вполне комфортное - фридайвер испыты??вает удовольствие от безмолвия вокруг и в себе. Желательно на этой высокой ноте всплыть к све??ту Потому что если продолжать, то содержание кислорода в артериальной крови все уменьшается и уменьшается, а углекислый газ, который образу??ется в клетках во время обменных процессов, все накапливается и накапливается. При достижении порогового уровня содержания углекислого газа в крови происходит раздражение рецепторов, реаги??рующих на изменение химического состава крови, и возбуждение нервных клеток дыхательного цен??тра. И тогда фридайвер испытывает желание сде??лать вдох. Желание сначала слабенькое, только на??мекающее. Но постепенно, (или очень быстро) оно становится насущной необходимостью, потому что гипоксическое состояние становится острым. В этом состоянии нервные клетки от чрезмерной раз??дражительности сильно нервничают - фридайвер откровенно мучается. Когда преодолеть желание сделать вдох становится невозможно, фридайвер всплывает и радуется воздуху, который вообще-то бесплатный.
Кстати, с этим состоянием связан один из основ??ных эффектов занятий фридайвингом: повышает??ся ценность жизни как таковой и понижается цен??ность потребительской корзины.
Если фридайвер будет упрямничать, то незамет??но происходит исчерпание резервов организма. При превышении индивидуальной нагрузки развивается запредельное торможение в деятельности нервной системы. Проявляется торможение опасным чув??ством засыпания, которое завершается потерей со??знания.
Существует индивидуальная чувствитель??ность нервных клеток дыхательного центра к действию углекислого газа. При повышении тре??нированности эта чувствительность снижается и терпеть дискомфортные состояния становится все легче. Соответственно, увеличивается доля риска во время статики и ныряния, и возрастает значение не только самоконтроля, но и контро??ля со стороны страхующего фридайвера. Партнер становится значимым и желанным - зарождает??ся дружба.
Степень гипоксии зависит от мощности и про??должительности работы с задержкой дыхания. Чем мощнее и продолжительнее работа, тем ак??тивнее происходит потребление кислорода тка??нями для обеспечения мышечной деятельности. Следовательно, нырять следует с оптимально низ??кой мощностью рабочих движений и психическим расслаблением. Эмоциональная реакция на слож??ные ситуации, возникающие во время ныряния (на??пример, трудности с компенсацией давления в об??ласти среднего уха на глубине), вызывает повыше??ние ЧСС. Очень важно стараться отрешенно от??носиться к сложностям в жизни (не стоит ругать уши - обидятся, а ЧСС - увеличится).
Во время ныряния в глубину изменения газооб??мена в организме фридайвера связаны еще и с из??менениями гидростатического давления. Во время погружения легкие сжимаются давлением воды, и парциальное давление кислорода в них возраста??ет, даже несмотря на потребление кислорода тка??нями во время активной работы в зоне преодоле??ния положительной плавучести. На глубине, на??пример, 20 метров объем воздуха в легких в 3 раза меньше в соответствии с законом Бойля-Мариотта и парциальное давление кислорода в легких при??мерно в 3 раза выше, чем на поверхности. В хи??тром организме фридайвера кровь быстро насы??щается на глубине кислородом и легко достав??ляется всем органам и тканям. Поэтому в глуби??не фридайвер может чувствовать себя вполне ком??фортно, у него обычно не возникает нестерпимо??го желания вдохнуть. Впрочем, желаний в глуби??не не много. При условии тотального расслабле??ния происходит скачок в иное измерение. Как буд??то бы. Игры мозга.
Не стоит забывать, что при всплытии парци??альное давление кислорода в легких уменьшает??ся не только потому, что организм потребляет кис??лород, но, в первую очередь, вследствие того, что легкие расширяются из-за падения гидростатиче??ского давления. Особенно резко, в 2 раза, гидроста??тическое давление падает на последних 10 метрах. Соответственно, также резко падает и парциаль??ное давление кислорода в легких. Когда фридайвер всплывает вовремя, то кислорода ему хватает для спокойного подъема на поверхность. Но если фридайвер подзадержался в глубине, то на послед??них метрах всплытия парциальное давление кисло??рода в легких иногда может стать даже ниже, чем в крови. Тогда, в соответствии с законом Генри, кислород начинает переходить из крови в легкие. Парциальное давление кислорода в крови резко снижается, и мозг лишается возможности нормаль??но функционировать.
Парциальное давление углекислого газа в крови при всплытии также падает из-за уменьшения ги??дростатического давления. Вследствие этого рецеп??торы, реагирующие на содержание углекислого газа в крови и ??заставляющие?? человека сделать вдох, раздражаются слабо. Нервные клетки дыхатель??ного центра возбуждаются в недостаточной степе??ни - не так, как при нырянии в длину. Фридайвер хоть и испытывает желание вдохнуть, но сила этого желания кажется не опасной. Поэтому трудно объ??ективно оценить свое состояние на всплытии: сиг??нализация о критическом состоянии может не сра??ботать и нужна осторожность при увеличении глу??бины погружений.
Процессы срочной адаптации организма к нагрузке
Во время ныряния в результате гипоксии под влиянием гипоксемии (низкого содержания кисло??рода в крови) в организме возникают изменения, которые носят функционально-приспособительный характер: организм пытается всеми силами выжить, когда его ввергают в непривычную для него подво??дную среду.
Наиболее типичные реакции организма на ны??ряние с задержкой дыхания:
При анализе ЧСС во время ныряния в длину в начале дистанции в фазе срочной адаптации орга??низма к нагрузке отмечается снижение ЧСС, приво??дящее к ограничению использования кислорода и его сбережению. Субъективно состояние в этой фазе ощущается как комфортное (приятное) и может иметь название стадии комфорта (удовольствия).
Удовольствие в жизни не может длиться бес??конечно и подкрадывается серая полоса - физио??логическая критическая точка, связанная с воздей??ствием гипоксии, гиперкапнии и ацидоза (закисле- ние внутренней среды организма продуктами обме??на). Предположительно, в этот момент для поддер??жания гомеостаза (равновесия) в организме вклю??чаются всякие-разные компенсаторные механизмы, в том числе и в виде увеличения ЧСС. Субъективно эта часть фазы срочной адаптации организма к на??грузке ощущается как фаза преодоления, так как связана с дискомфортным дыхательным состояни??ем и может иметь название стадии дискомфорта (уровень приятного удовольствия резко снижается и переходит в неприятное неудовольствие).
У фридайверов, желающих поразительного ре??зультата и двигающихся еще дальше (и все ближе к своему Пределу) наступает фаза дезадаптации ор??ганизма к нагрузке, когда ЧСС вновь начинает сни-
жаться. Но теперь уже в результате развития охра??нительного торможения в ЦНС и ослабления всех функций из-за дефицита кислорода. Заканчивается фаза наступлением психической критической точ??ки, когда преодолеть желание сделать вдох стано??вится невозможно. Или печальнее - наступлением черной полосы - потерей сознания, когда воля по??беждает тело.
2)
Во время задержки дыхания селезенка сокра??щается и выбрасывает эритроциты в кровяное рус??ло, тем самым повышая кислородную емкость кро??ви: большее количество гемоглобина (который жи??вет в эритроцитах) может присоединять большее количество кислорода. Но это одна сторона меда??ли. А вторая - увеличивается вязкость крови, и в связи с этим замедляется скорость кровотока. Тут еще низкая ЧСС добавляется и - пожалуйста: ухуд??шается транспорт и доставка в голодные ткани пи??тательных веществ (глюкозы) и кислорода, а так??же вывод продуктов обмена. Поэтому во время про??должительной тренировки неплохо было бы перио??дически пить воду.
3)
Во время ныряния происходит перераспреде??ление крови в организме. В состоянии гипоксии кровеносные сосуды кожных покровов сужаются - фридайвер замерзает. В органах с более интенсив??ным обменом, таких, как сердце и головной мозг, преобладает местная сосудорасширяющая реакция и увеличивается их кровоснабжение (и это просто замечательно).
Величина физиологического уменьшения размеров грудной клетки ограничена ее объе??мом при максимальном выдохе. Во время ныря??ния компенсаторная реакция организма заключа??ется в увеличении притока крови в сосуды легких. Дополнительное количество крови в сосудах по??зволяет заместить объем сжимающегося под дей??ствием гидростатического давления воздуха в аль??веолах и предотвратить возникновение отрицатель??ного давления в легких. Легочный сурфактант (по??верхностно активное вещество), выстилающий аль??веолы, также удерживает их объем, снижая вероят??ность развития баротравмы.
Здесь и ответ на вопрос, почему же не разру??шается грудная клетка вместе с легкими под давле??нием: а потому что организм хитрит и выворачива??ется. Пока может. А когда уж сил у него не остает??ся бороться с давлением и фридайвером, пожалуй??те, баротравмы.
Процессы долговременной адаптации к гипоксической работе
Гипоксическая тренировка вызывает целый спектр изменений в организме человека, невидимых внешне, однако повышающих выживаемость в уело- виях подводной среды. При ее
В процессе формирования долговременной адаптации к гипоксии и гиперкапнии организм ис??пользует свои широкие пластические возможно??сти, основанные на структурных изменениях в ор??ганах и тканях. В результате повышается качество доставки кислорода, снижаются критические уров??ни парциального давления кислорода.
А. 3. Колчинская в своих исследованиях наблюда??ла следующие изменения, происходящие в организ??ме испытуемых после гипоксических тренировок:
- Увеличивается жизненная емкость легких и коэффициент утилизации кислорода из вдыхаемо??го воздуха;
- Увеличиваются функциональные возможности сердца за счет увеличения емкости его сосудов;
- Увеличивается кислородная емкость крови за счет увеличения содержания гемоглобина;
- Изменяются свойства клеточных мембран и увеличивается способность клеток утилизировать кислород вследствие роста концентрации митохон??дрий (клеточных энергостанций) и ферментов тка??невого дыхания;
- Увеличивается функциональная мобильность сосудистого русла легких (чисто фридайверское из??менение).