Глубинный семинар AIDA Freediver 4* в Дахабе :: 29 октября - 4 ноября 2017

Horen Stalbe фотография подводная фридайвинг Аквалибриум Красное море ДахабОчень много исследований выполнено на тему нырятельного рефлекса у человека в ответ на задержку дыхания. Мы хотим поделиться с вами исследованием выполненном коллективом авторов Johan P. A. Andersson, Mats H. Liner, Elisabeth Runow, and Erika K. A. Schagatay, опубликованном в журнале Medicine & Since in sport, в котором было изучено влияние апноэ на воздухе и с погружением лица в холодную воду (10°C) на изменение насыщения артериальной крови кислородом и нырятельный рефлекс у фридайверов. Восемь тренированных фридайверов выполняли тест на велоэргометре при нагрузке 100 Вт. В течение тренировки каждый спортсмен выполнял 30-секундные задержки дыхания на воздухе и с погружением лица в воду. В течение апноэ частота сердечных сокращений и насыщение артериальной крови кислородом снижались, а артериальное давление возрастало. В сравнении с задержкой дыхания на воздухе, при задержке дыхания с погружением лица в воду наступает более выраженное снижение пульса (21 и 33% соответственно (P < 0.001)) и увеличение артериального давления (34 и 42% (P < 0.05)). Снижение насыщения артериальной крови кислородом по сравнению с нормальным дыханием составило 6,8% при задержке дыхания на воздухе и 5,2% при задержке дыхания с погружением лица в воду (P < 0.05)). Результаты показывают, что выраженность нырятельного рефлекса замедляет истощение запаса кислорода в легких, возможно, это связано с более выраженным снижением периферического венозного запаса кислорода и усилением анаэробиоза. Этот механизм отодвигает снижение альвеолярного и артериального парциального давления кислорода, и, следовательно, развитие гипоксии в жизненно важных органах. Следовательно, авторы делают вывод, что нырятельный рефлекс у человека имеет кислород сберегающий эффект при физической нагрузке.


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Погружения на задержке дыхания активизируют упомянутые физиологические реакции как у животных, так и у людей. Брадикардия во время задержки дыхания – широко изучаемое явление в физиологии фридайвинга. Помимо брадикардии к нырятельному рефлексу человека относятся снижение минутного объема крови, периферическая вазоконстрикция и увеличение артериального давления. Брадикардия обусловлена повышением влияния вагуса, тогда как вазоконстрикция –повышением симпатической активности адресованной к сосудам мышц. Нырятельный ответ человека частично инициируется задержкой дыхания и усиливается несколькими факторами: погружение лица в холодную воду и гипоксия. Во время выполнения упражнения нырятельный рефлекс достаточно силен, чтобы преодолеть тахикардию физической нагрузки на период задержки дыхания. Сердечный выброс снижается на протяжении задержки дыхания во время нагрузки, в основном благодаря брадикардии, тогда как системное сосудистое сопротивление растет. Погружение лица в холодную воду усиливает брадикардию как в покое, так и при физической нагрузке.


Несмотря на то, что существование нырятельного рефлекса у человека установлено, он не является синонимом сберегания кислорода. Некоторые ранние исследования показывают кислород сберегающий эффект, другие – нет. Тесная связь между выраженностью нырятельного рефлекса и временем задержки дыхания наблюдалась у людей с разным спортивным стажем во фридайвинге. Андерссон и Шагатай показали, что более выраженный нырятельный рефлекс, наблюдался в статике с погружением лица в воду, и сопровождался более высокими значениями насыщения артериальной крови кислородом по сравнению с апноэ на воздухе. Они сделали вывод, что это отражает эффект сберегания кислорода в рамках нырятельного рефлекса у человека.
Целью этого исследования было изучение нырятельного рефлекса и насыщения артериальной крови кислородом при задержках дыхания на воздухе и с погружением лица в холодную воду во время физической нагрузки. Исследователи предположили, что с более выраженным нырятельным рефлексом при погружении лица в холодную воду низшая точка насыщения артериальной крови кислородом – выше, чем эта же точка при апноэ на воздухе.

Методика
В эксперименте принимали участие 8 добровольцев. Их средний возраст составил 26 лет (от 18 до 29), рост 183 см (от 173 до 195), вес 82 кг (от 73 до 108) и жизненная емкость легких 6,1 литров (от 5,6 до 6,7). Семеро из группы были тренированными фридайверами или игроками подводного регби, погружающимися на задержке дыхания по крайней мере 2 часа в неделю. Восьмой участник не практиковал фридайвинг с такой интенсивностью. Все исследуемые были некурящими. Все они воздерживались от тяжелой пищи или кофеин-содержащих напитков по крайней мере в течение 2 часов до начала исследования.

Организация исследования
Все измерительные приборы присоединялись к участникам, сидящим на велоэргометре. Контейнер с водой для погружения лица был установлен на полке перед эргометром. Испытуемые могли погрузить лицо, просто наклонив голову. Во время задержек дыхания на воздухе голова была наклонена так, что кончик носа был над поверхностью воды – это позволяло сохранять практически одинаковую позу на протяжении всех задержек дыхания.
После двух минут отдыха на эргометре участник выполнял работу на велоэргометре с постоянной нагрузкой 100 Вт на протяжении порядка 50 минут. В течение всей тренировки он делал всего 8 задержек дыхания по 30 сек попеременно – апноэ с погружением лица и «сухое» апноэ. Задержки производились каждые 5 минут. Четверо испытуемых начинали с апноэ с погружением лица в воду, другие четверо – с апноэ на воздухе. Температура воды в контейнере были 10°С, окружающего пространства 24,3°С.

Методы
Испытуемым была проведена спирометрия стандартным методом. Непрерывное измерение частоты сердечных сокращений производилось с помощью кардиомонитора Polar. Артериальное давление непрерывно измерялось фотоплетизмографическим методом с манжетой на среднем пальце левой руки. Левая рука располагалась на одном уровне с сердцем в течение всего эксперимента. Поток крови в капиллярах кожи большого пальца левой руки измерялся флоуметром. Насыщение артериальной крови кислородом (SaO2) постоянно измерялось пульсоксиметром на мочке уха. Все параметры записывались, начиная за 2 минуты до начала выполнения физической нагрузки и заканчивая через 2 минуты после ее завершения.

Анализ данных
Контрольная величина для каждого параметра была вычислена как средняя за период 90-30 сек перед каждой задержкой дыхания. Для ЧСС, среднего артериального давления и кровотока в капиллярах кожи средняя величина вычислялась для каждого периода в 5 секунд каждой задержки, а также для последних 10 сек апноэ. Для SaO2 средняя величина вычислялась для каждого периода в 5 сек с начала задержки дыхания до 30 сек после ее окончания, а также для периода в 10 сек, заканчивающегося наименьшей величиной SaO2. Величины полученные во время апноэ сравнивались с контрольными, а также сравнивались задержки дыхания на воздухе и с погружением лица в воду – с использованием t-критерия Стьюдента.

 

Результаты
Частота сердечных сокращений постепенно снижается от исходного уровня в течение всех задержек дыхания, как на воздухе, так и с погружением лица в воду, но при апноэ на воздухе снижение происходит медленнее. К концу задержки на воздухе ЧСС была выше, чем к концу задержки с погружением лица в воду: 82±6 к 70±6 (P < 0.001) ударов в минуту. Среднее снижение ЧСС от исходного уровня в последние 10 сек апноэ на воздухе составило -21±4%, тогда как при погружении лица в воду -33±4% (P < 0.001). При физической нагрузке перед началом задержек дыхания контрольная ЧСС была немного ниже перед апноэ на воздухе, 107±2 ударов в минуту, по сравнению с апноэ с погружением лица в воду 110±2 ударов в минуту (P < 0.05).
Артериальное давление росло в течение апноэ (P < 0.001), и изменение от исходного уровня было более выражено при задержках дыхания с погружением лица в воду. Рост среднего артериального давления в последние 10 сек задержек дыхания было 34±4% для апноэ в воздухе против 42±6% для апноэ с погружением (P < 0.05). Среднее артериальное давление перед апноэ статистически значимо не различалось (111±4 ммрт.ст. перед «сухим» апноэ и 112±5 ммрт.ст. перед апноэ с погружением лица в воду). Кровоток в капиллярах снижался в течение всех задержек дыхания. Среднее снижение кожного кровотока в последние 10 с апноэ было -29±6% при апноэ на воздухе и -39±6% при апноэ с погружением лица в воду (P < 0.05). Исходный уровень кровотока перед началом задержек дыхания статистически значимо не различался перед «сухим» апноэ и перед апноэ с погружением лица в воду.
SaO2 начинало снижаться к концу апноэ и достигало минимальных значений через ~15 секунд после выхода из апноэ при обоих условиях (P < 0.001). Наименьшее значение SaO2 соотносится с концом задержки дыхания, но с небольшим опозданием – на время прохождения крови от легких к мочке уха с оксиметром. Величина SaO2 для 10 секунд перед наименьшей точкой соотносится, следовательно, с последними 10 секундами апноэ. Снижение SaO2 в течение этого периода было больше для задержек дыхания на воздухе, -6,8 ±0,8%, чем при апноэ с погружением лица в воду -5,2±0,5% (P < 0.05). Исходные значения SaO2 были 97±0,2% перед апноэ и статистически значимо не различались.

 

Обсуждение
Данное следование показывает, что при физической нагрузке у тренированных фридайверов нырятельный рефлекс инициируется задержкой дыхания и усиливается при погружении лица в холодную воду. Усиленные нырятельного рефлекса сопровождается меньшим снижением SaO2. Это означает, что нырятельный рефлекс у человека может замедлять истощение запаса кислорода в легких и, следовательно, иметь кислород сберегающий эффект при апноэ в динамике.

breathing

Снижение ЧСС более выражено при апноэ в комбинации с погружением лица в холодную воду – в результате стимуляции рецепторов холода на областях, иннервированных глазным нервом, то есть на лбу и вокруг глаз. Этот эффект наблюдается и в статике, и при нагрузке. Немного более высокий пульс перед апноэ с погружением лица в воду приписывается предвосхищающему ответу.


Задержка дыхания при физической нагрузке вызывает снижение минутного объема кровообращения, который тесно связан со снижением пульса. Следовательно, минутный объем кровообращения был ниже при апноэ с погружением лица в воду, чем на воздухе. Маловероятно, что увеличение ударного объема могло скомпенсировать снижение пульса и сохранить минутный объем кровообращения в данном исследование. Скорее, показано, что при задержке дыхания на полном вдохе увеличение объема легких приводит к увеличению внутригрудного давления, которое препятствует венозному возврату и уменьшает ударный объем крови и, следовательно, минутный объем кровообращения. Тогда повышенное артериальное давление и сниженный кровоток капилляров кожи при апноэ в настоящем исследовании служат признаком интенсивной артериальной вазоконстрикции. Кровоток в мышцах конечностей особенно снижается благодаря вазоконстрикции и последующему перераспределению крови. Поскольку увеличение среднего артериального давления было больше при апноэ с погружением лица в воду, периферическая вазоконстрикция, похоже, усиливается при погружением лица в холодную воду. Исследователи Стерба и Лундгрен также показали более выраженные изменения минутного объема кровообращения, артериального давления и кровотока в предплечье при апноэ c физической нагрузкой в холодной воде (20°C), чем в термонейтральной (35°C).
SaO2 уменьшалась более выраженно при апноэ на воздухе, чем при апноэ с погружением лица в воду. Эту разницу также можно отнести и к альвеолярному PO2, и к запасу кислорода в легких, таким образом, будет больше при апноэ с погружением лица в воду. Так, меньшее снижение SaO2 показывает, что утилизация кислорода в легких была медленнее при апноэ с погружением лица в воду. Вероятно, это обусловлено снижением минутного объема кровообращения и перераспределением периферического кровотока.


Было показано, что при задержке дыхания изменение минутного объема кровообращения приводит к соответствующему изменению скорости утилизации кислорода в легких. Также и при нормальном дыхании уменьшение минутного объема кровообращения ассоциируется с замедлением утилизации кислорода и, следовательно, с увеличением артериовенозной разницы по кислороду и с уменьшением венозного запаса кислорода. Как бы там ни было, периферическая вазоконстрикция и перераспределение венозного объема крови, последнее обусловлено высоким внутригрудным давлением, сопровождающееся падением минутного объема кровообращения при апноэ. Этот механизм замедляет время снижения запаса кислорода в тканях. Вместе снижение минутного объема кровообращения и перераспределение периферического кровотока сберегают запас кислорода в легких за счет запаса кислорода в тканях (в периферической венозной крови). Этот механизм замедляет падение альвеолярного и артериального PO2, таким образом отсрочивая развитие гипоксии в сердце и в головном мозге. Так что при выраженном нырятельном ответе возможны более длительные задержки дыхания.


При постоянном потреблении кислорода в тканях при апноэ с погружением лица в воду венозный запас кислорода меньше и, соответственно, запас кислорода в легких больше, чем при «сухом» апноэ. Тем не менее, поскольку нырятельный ответ характеризуется периферической вазоконстрикцией, которая уменьшает кровоток в тканях, потребление кислорода в тканях может быть также снижено, что приведет к замедлению истощения венозного и легочного запасов O2. В какой-то мере ткани могли бы извлекать энергию из высокоэнергетических фосфатов, из запаса кислорода в тканях при аэробном метаболизме и из анаэробного метаболизма с образованием молочной кислоты. Ферретти и другие обнаружили аккумуляцию молочной кислоты у элитных фридайверов при погружениях, требующих мощность метаболизма ~20–30% от индивидуальной максимальной утилизации кислорода. Несколько участников этого эксперимента также заявляли о наличии симптомов накопления молочной кислоты, например, слабость в ногах, в конце задержек дыхания в обоих условиях. Низкие метаболические потребности в более ранних и в настоящем исследовании обычно не связываются с накоплением молочной кислоты при апноэ. Следовательно, накопление молочной кислоты поддерживает точку зрения, что при апноэ наблюдается устойчивая периферическая вазоконстрикция, и демонстрирует добавочный эффект сберегания кислорода за счет усиления анаэробиоза. Смещение от аэробного метаболизма к анаэробному наблюдается при длительных погружениях ныряющих млекопитающих и, похоже, изменения кровообращения во многом определяют величину этого смещения. Сердечно сосудистые реакции у человека и у ныряющих млекопитающих сходны и могут иметь похожие, пусть и менее значительные, эффекты.


Заключение

При физической нагрузке у тренированных фридайверов наблюдается более выраженный нырятельный ответ при задержке дыхания с погружением лица в воду, чем при задержке на воздухе, что связанно с более высокой SaO2. Это демонстрирует замедление истощения легочного запаса кислорода при выраженном нырятельном ответе, тем самым кислород сберегается для жизненно важных органов. Таким образом, авторы данного исследования предполагают, что нырятельный ответ человека имеет эффект сберегания кислорода, благодаря уменьшению минутного объема кровообращения и периферического кровотока, замедляя утилизацию кислорода в легких.

 

Источник: Medicine & Science in sport



© 2016 AQUALIBRIUM 2009-2017. All Rights Reserved.