Работа сердечно-сосудистой и дыхательной систем в условиях дайвинга

Во время занятий дайвингом сердечно-сосудистая и дыхательная системы продолжают функционировать, однако им также приходится реагировать изменение условий окружающей среды.

Это справедливо как в случае погружения с аквалангом, так и если вы погружаетесь на задержке дыхания. Вы имеете возможность погружаться только по причине того, что ваше тело способно реагировать на увеличение окружающего давления и уплотнение дыхательных газов.

Реакция организма на дыхание из комплекта подводного снаряжения. Воздух, вдыхаемый из комплекта подводного снаряжения или через трубку, влияет на деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, поскольку он содержит большее количество углекислого газа и оказывает большее сопротивление дыханию. Это происходит из-за увеличения объема «мертвых» воздушных пространств, образования турбулентности, а также увеличения плотности газов на глубине.

Мертвые воздушные пространства. Мертвые воздушные пространства (или просто «мертвые» пространства) представляют собой часть остаточного объема, не принимающую прямого участия в газообмене. Если вы не используете подводное оборудование, мертвые пространства включают придаточные пазухи носа (синусы), трахею и бронхи. Если вы дышите из комплекта подводного снаряжения, к этому пространству добавляется объем трубки, регулятора, или другого дыхательного оборудования. (Обратите внимание на то что, хотя пространство и называется «воздушным», описанные явления также будут происходить при использовании для дыхания любого другого газа или смеси).

Когда вы делаете вдох, в первую очередь в альвеолы устремляется газ, оставшийся в дыхательных путях после предыдущего выдоха. Содержание углекислоты в этом газе выше, чем во вдыхаемом, поэтому смесь, попадающая в альвеолы, содержит несколько большее количество углекислоты, чем свежий вдыхаемый газ. Использование трубки, регулятора или других дыхательных приспособлений увеличивает количество «мертвого» воздуха, который вы вдыхаете. Кроме того, когда вы находитесь под водой, рабочий объем легких уменьшается на 15-20% (в вертикальном положении это явление более выражено, чем в горизонтальном), поскольку повышение окружающего давления вызывает сжатие грудной клетки.

В условиях уменьшения рабочего объема легких и увеличения объема мертвых воздушных пространств, «мертвый» газ начинает занимать значительную част ь объема каждого вдоха, что ведет к увеличению концентрации углекислого газа в альвеолах. То, насколько увеличится количество углекислого газа, зависит от рабочего объема легких и объема мертвых пространств. Это количество может изменяться от незначительного до существенного. Повышение содержания углекислоты может до определенного предела компенсироваться произвольными и непроизвольными механизмами.

Увеличение содержания углекислого газа в альвеолах ведет к увеличению его содержания в крови, но не снижает при этом количество кислорода. Тем не менее, из-за увеличения содержания углекислого газа в крови, рефлекторный дыхательный центр стимулирует дыхание, повышая его частоту и глубину. Физиологи выявили, что у некоторых людей рефлекторный дыхательный центр может приспосабливаться к повышению уровня углекислоты. Этот эффект наиболее выражен у спортсменов, совершающих длительные погружения на задержке дыхания, например у подводных охотников и фридайверов (далее мы коротко рассмотрим то, как наш организм реагирует на погружения на задержке дыхания). Таким образом, с приобретением опыта, непроизвольная реакция, вызывающая учащение и увеличение глубины дыхания, может ослабляться до определенного уровня.

Другой механизм адаптации (произвольная реакция, осуществляемая сознательно) - увеличение глубины дыхания с целью увеличения рабочего объема. Сознательно увеличивая объем каждого вдоха до максимума, вы можете уменьшить процентное содержание «мертвого» воздуха в ваших альвеолах. Это является одной из причин, по которой вас учат во время погружения дышать медленно и глубоко.

Рассмотрим другую реакцию, связанную с использованием оборудования. Производители создают подводное дыхательное оборудование таким образом, чтобы минимизировать воздействие мертвых воздушных пространств. Как уже говорилось в третьей главе, это является одной из причин того, почему в наше время производители подводного снаряжения почти не создают чрезмерно длинные трубки - они увеличивают мертвые воздушные пространства. Многие полнолицевые маски и шлемы для коммерческого дайвинга снабжены носоротовой маской или карманом, изолирующим носоротовую зону от остального объема маски. Это делается для того, чтобы уменьшить объем мертвых воздушных пространств и уменьшить накопление углекислого газа под маской. Обычная вторая ступень регулятора имеет настолько маленький объем, что она содержит меньше мертвого воздушного пространства, чем обычная трубка.

Плотность газов. Во время погружений с аквалангом глубокое дыхание требует дополнительной произвольной адаптации, поскольку на глубине плотность воздуха (или другого дыхательного газа) возрастает. Чем плотнее становится газ, тем менее плавно он движется при постоянной скорости. При прочих равных условиях, при увеличении скорости сопротивление дыханию повышается неравномерно. Таким образом, чтобы вдохнуть вдвое большее количества газа, требуется более чем удвоенное количество энергии.

Так происходит потому, что в идеальных условиях газ проходит через ровную трубу в виде непрерывного, или ламинарного потока. Это значит, что газ в основном движется ровной струей. К несчастью, мы дышим не через ровную трубу, а через оборудование для подводного плавания, трахею и бронхи. В этих неровных ходах поток приобретает турбулентное течение из-за трения между газом и стенкой хода. Трение становится причиной того, что в центре потока газ движется быстрее, чем на периферии, образуя завихрения, направленные против движения потока, прерывая гладкое течение и увеличивая сопротивление. Чем плотнее газ, тем большее сопротивление возникает при заданной скорости потока.

Положительной стороной возникновения этого сопротивления (даже на поверхности) является небольшое увеличение давления в бронхиолах и альвеолах при выдохе. Это препятствует спаданию дыхательных путей после выдоха, хотя некоторое их количество все равно спадается при каждом дыхательном цикле, как под водой, так и на поверхности. Мы рассмотрим влияние процесса спадания дыхательных путей на дыхание в процессе погружения в разделе «Физиологические реакции на изменение давления в воздушных полостях тела».

Так или иначе, сопротивление воздушному потоку, возникающее во время погружений, влечет за собой некоторые проблемы, поскольку с увеличением скорости движения газа, увеличением его плотности, а также изменением регулярности дыхания, увеличиваются энергозатраты на преодоление сопротивления, вызванного турбулентностью. Это в большей мере относится к глубокому техническому дайвингу, но может также иметь значение при относительно неглубоких погружениях в случае, если вы утомлены. Вот почему вас учат дышать медленно и глубоко, а также расслабляться, чтобы экономить энергию во время погружения.

Квалифицированные технические дайверы также применяют такие газы, как гелий, который, среди прочих достоинств, уменьшает плотность вдыхаемого газа.