Глава 4. КАК ДОЛГО МОЖНО ПРОБЫТЬ ПОД ВОДОЙ

 

Свободное ныряние переживают сейчас свою вторую молодость. Почти полностью вытесненное из профессиональной сферы, оно завоевывает все большую популярность у спортсменов-подводников, у многочисленных любителей подводной стрельбы по рыбам. Появились даже ныряльщики-глубиноманы. В 1966-1973 годах выдающиеся ныряльщики мира Энцо Майорка, Жак Майоль и Роберт Крофт достигли без водолазного снаряжения предельных глубин - 60-76 метров. При этом они пользовались лишь маской, чтобы лучше видеть, чугунным грузом, который увлекал их на дно, и ластами, помогавшими быстро всплывать на поверхность. Ныряние занимало у них от двух до трех минут. Скорость погружения и всплытия при этом была примерно одинаковой и равнялась 1-1,2 метра в секунду.

Наверное; не требуется доказывать, что ныряние требует крепкого здоровья, физической тренированности, специальных навыков. Поговорим о физиологических возможностях ныряльщика.

При нырянии с задержкой дыхания производится большая физическая работа: напряжение кислорода в крови быстро падает, напряжение углекислого газа быстро растет. Охлаждающее действие воды еще больше усиливает интенсивность потребления кислорода, и в организме быстро развивается кислородная недостаточность. Кроме того, при нырянии резко увеличивается давление на организм. Таким образом, возможности ныряльщика зависят прежде всего от того, как долго он способен задерживать под водой дыхание без возникновения кислородного голодания головного мозга, от того, способен ли он безболезненно переносить повышение окружающего давления со скоростью 0,1-0,12 кгс/см^2/ в секунду.

Длительность произвольной задержки дыхания у нетренированного человека невелика. У взрослых здоровых людей она в состоянии покоя после обычного вдоха составляет в среднем 54,5 секунды, а после обычного выдоха 40 секунд. Но тренировки и гипервентиляция значительно ее увеличивают.

Японские морские девы “ама” после гипервентиляции остаются под водой до 4 минут. Отдельные же ныряльщицы - ловцы губок - по данным японских исследователей Терука и Течнока находились под водой на глубине 20-30 метров до 8,5 минуты.

Еще больше увеличивает время задержки дыхания гипервентиляция кислородом. Исследования показали, что если гипервентиляция воздухом увеличивает время задержки дыхания в среднем в полтора раза, то гипервентиляция кислородом - в три раза. Шнейдером в 1930 году наблюдался случай, когда после предварительного усиленного дыхания кислородом задержка дыхания длилась 15 минут 13 секунд. По данным Одажлии (1965 год) здоровые молодые люди после дыхания кислородом могли задерживать его от 3,1 до 8,5 минуты. После 10-минутной гипервентиляции кислородом продолжительность задержки дыхания увеличивалась до 6-14 минут. Рэн считает, что после дыхания кислородом под абсолютным давлением равным 2 кгс/см² человек может выдержать остановку дыхания в течение 30 минут при условии, если предшествовавшая гипервентиляция компенсирует накопление углекислого газа.

Но нырять, не зная своих возможностей, опасно. Можно ли заранее теоретическим путем определить, на сколько времени безопасно для вас задерживать дыхание? Можно. Но предварительно давайте в общих чертах познакомимся с таким жизненно важным для организма человека процессом, как дыхание.

Состав земной атмосферы постоянен и содержит кислорода 20,95, азота 78,08, углекислого газа 0,03 процента, гелия, аргона, неона, ксенона, криптона и водяных паров около 1 процента. Но атмосферный воздух не участвует непосредственно в газообмене организма. Венозная кровь вступает в газообмен с альвеолярным воздухом легких, состав которого существенно отличается от атмосферного. Атмосферный же воздух служит лишь для так называемого внешнего дыхания, т.е. для вентиляции альвеолярного воздуха.

Таблица 1. Состав альвеолярного воздуха.

 

Наименование газов	Содержание в %	Парциальное давление в мм рт.ст.
Кислород	13,0-14,4	100-110
Углекислый газ	4,9-5,9	37-45
Азот	73,5-76,0	558-576
Водяные пары	6,2

Состав альвеолярного воздуха всегда постоянен и даже незначительное изменение в его компонентах приводит к резким сдвигам в организме, которые могут вызвать патологические состояния, например кислородное голодание при свободном нырянии. Нормальной же и естественной реакцией на изменение состава альвеолярного воздуха при нырянии с задержкой дыхания является возбуждение дыхательного центра. Возбуждение дыхательного центра происходит в первую очередь из-за определенного повышения в альвеолярном воздухе парциального давления углекислого газа. Возбуждающим образом действует и определенное понижение парциального давления кислорода. В связи с этим должно быть ясно, почему у различных людей, несмотря на значительную разницу в продолжительности задержки дыхания, газовый состав альвеолярного воздуха после задержки дыхания практически одинаков.

Таким образом, можно прийти к выводу, что длительность пребывания ныряльщика под водой зависит от максимальной емкости его легких, величины физической нагрузки и влияния внешней среды, но главное, от скорости изменения содержания в альвеолярном воздухе кислорода и углекислого газа. Обусловлена же эта скорость тренированностью организма на выносливость, т.е. его способностью экономно расходовать запасы кислорода.

Отсюда вытекает, что время пребывания под водой для ныряльщика ориентировочно можно определить по формуле:

t = К(МЕЛ/ПКМ)

где t - время пребывания под водой в минутах; К - коэффициент, определяющий количество кислорода, которое может быть использовано организмом из альвеолярного воздуха без возникновения кислородного голодания головного мозге; МЕЛ - максимальная емкость легких; ПКМ - потребление кислорода в литрах в минуту.

Сущность коэффициента К - разность между начальным процентным содержанием кислорода в альвеолярном воздухе и минимально допустимым процентом его, при котором еще не возникают явления кислородного голодания головного мозга. Этот коэффициент будет иметь различную величину в зависимости от интенсивности гипервентиляции, предварительного дыхания кислородом и индивидуальной чувствительности к понижению процентного содержания кислорода в альвеолярном воздухе.

Наши исследования, проводимые с физически здоровыми мужчинами различного возраста, показали, что предобморочное состояние возникало у хорошо тренированных людей при снижении процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе до 3,2-4,9 процента, у мало тренированных - до 5 - 7 процентов и у плохо тренированных до 7,1-10 процентов.

В альвеолярном воздухе кислорода содержится 14 процентов, и поскольку предобморочное состояние у хорошо тренированных людей возникает в среднем при снижении его содержания до 4 процентов, то для физически развитых мужчин, ныряющих без предварительной гипервентиляции, коэффициент К будет равен:

К = (14—4)/100 = 10/100 = 0.1

В случае гипервентиляции, когда альвеолярный воздух содержит до 17 процентов кислорода, коэффициент К для них будет:

К = (17—4)/100 = 0.13

Для плохо тренированных людей, у которых явление кислородного голодания развивается при 7 процентах кислорода во вдыхаемом воздухе, коэффициент К равен 0,07 ((14-7)/100 = 0.07)

Потребление кислорода в минуту (ПКМ) зависит от температуры воды, интенсивности работы и от физической тренированности организма на выносливость. Как показали расчеты, для рекордсменов-ныряльщиков Жака Майоля и Роберта Крофта, которые производят гипервентиляцию легких, ПКМ ориентировочно составляет в состоянии покоя 116,1-325 см³, а при нырянии - 216,6; 290,4; 335,6; 464,4 см³ (см. таблицу [1]).

Для менее тренированных людей, и не имеющих к тому же достаточных навыков в нырянии, величина потребления кислорода в минуту при прочих равных условиях будет, безусловно, большей, а, следовательно, время задержки дыхания будет соответственно меньше.

Если вы собираетесь заняться подводной фотоохотой или спортивной подводной стрельбой, то, зная максимальную емкость своих легких, тренированность и потребление кислорода, которое при плавании под водой составит в среднем 1 литр в минуту, сможете легко рассчитать время безопасного для себя пребывания под водой. Так, для человека, у которого МЕЛ составляет 5 литров, тренированность недостаточна и К, не превышает 0,07, время безопасного пребывания под водой после минутной гипервентиляции легких составит 21 секунду (T = 0.07(5/1) = 35/100 минут или 21 секунда).

Повышение наружного давления при нырянии в глубину сопровождается соответствующим уменьшением объема воздуха в легких. Сжатие воздуха в легких имеет свои пределы, так как естественная подвижность диафрагмы и грудной клетки имеют определенные ограничения.

До последнего времени считалось, что безопасным минимальным объемом воздуха в легких на глубине может быть остаточный воздух, т.е. воздух, остающийся в легких после максимального выдоха. Предполагалось, что дальнейшее повышение окружающего давления не будет уравновешиваться противодавлением изнутри и грудная клетка должна будет взять эту дополнительную нагрузку на себя, что приведет к ее разрушению. Отсюда вытекало, что безопасно допустимая глубина ныряния, исходя из максимальной емкости легких и величины остаточного воздуха, может быть рассчитана по формуле:

H = (МЕЛ*10)/ОВ — 10

где Н – безопасно допустимая глубина в метрах; ОВ – остаточный воздух; МЕЛ – максимальная емкость легких.

Если максимальная емкость легких будет 5 литров, а остаточный воздух принять за один литр, то, подставив цифры в формулу, найдем, что безопасно допустимая глубина ныряния составляет 40 метров. Эта формула позволяет также пересчитать, до какой степени уменьшился объем воздуха в легких на достигнутой ныряльщиком глубине.

Соответствующие расчеты[2]показывают, что при нырянии на глубину 60,35 метра у Жака Майоля воздух в легких сжался до 746 кубических сантиметров, что на 304 кубических сантиметра меньше, чем объем остаточного воздуха, имевшегося у него на поверхности, а при нырянии на глубину 70,4 метра до 653 кубических сантиметров, что на 397 кубических сантиметров меньше величины остаточного воздуха, имевшегося на поверхности, и т. д.

Таблица 2. Изменение максимальной емкости легких (МЕЛ) у рекордсменов при нырянии на различную глубину.

 

Глубина	Ж-Майоль ОВ-1050 МЕЛ-5250	Р. Крофт ОВ-1500 МЕЛ-7500	Р. Крофт[3]ОВ-8500 МЕЛ-8500	Примечание
Объем воздуха легких на глубине, см3
0				Безопасная зона ныряния
10				Ж. Майоля и Р. Крофта
20
30	1312,5
40
50			1416 Допустимая зона ныряния
60				Ж. Майоля и Р. Крофта
60,35		—	—	Рекорд Ж. Майоля, 1966 г.
64,7	—			Рекорд Р. Крофта, 1967 г.
70		937,5
70,4		—	—	Рекорд Ж. Майоля, 1968 г.
73	—	—		Рекорд Р. Крофта, 1968 г.
76	610,4	—	—	Рекорд Ж. Майоля, 1971 г.
80			944,4	Опасная зона ныряния
90				для Ж. Майоля и Р. Крофта

Достижения Жака Майоля и Роберта Крофта опровергают распространенное мнение о том, что воздух легких не может сжиматься до объема меньшего, чем имеет остаточный воздух, без опасных последствий для организма. Их достижения дают основание считать, что выравнивание давления в грудной полости с окружающим идет не только за счет сжатия воздуха в легких, но в большей степени обеспечивается соответствующими физиологическими компенсаторными реакциями (ФКР), которые во многом зависят от особенностей физического развития и тренированности ныряльщика. Но в этих условиях безопасность гарантируется лишь в том случае, если объем воздуха, находящегося в легких, на глубине будет больше или равен величине остаточного воздуха за вычетом объема легких, который заполняется кровью и лимфой за счет различных физиологических компенсаторных реакций организма (V^фкр).

МЕЛ^r ≥ ОВ — V^фкр

Основными физиологическими компенсаторными реакциями, обеспечивающими безболезненное выравнивание давления воздуха в легких с окружающим давлением на глубине, могут быть:

- хорошая подвижность и эластичность грудной клетки;

- хорошая подвижность диафрагмы;

- развитая мускулатура грудной клетки и брюшного пресса;

- хорошая эластичность легочной ткани (отсутствие обызвествленных очагов, силикоза, спаек, каверн и т. д.);

- отличное функциональное состояние сердечно-сосудистой и лимфатической систем, позволяющее переносить без вреда перенаполнение кровью и лимфой сосудов, расположенных в грудной клетке.

Резервные возможности организма очень индивидуальны, и поэтому трудно четко определить, насколько может быть уменьшен объем остаточного воздуха легких без кровоизлияний, отека и особой формы баротравмы легких от разрежения у каждого из рекордсменов, и каким будет для каждого из них последний рубеж по глубине. Но одно ясно, что они подошли вплотную к опасной зоне, в которой увеличение глубины даже на один метр при условии полного расходования резервов физиологических компенсаторных реакций может быть роковым. Дальнейшее увеличение глубины погружения может повлечь за собой не только опасное перенаполнение кровью сосудов органов грудной клетки, кровоизлияние и отек легких, но и мельчайшие разрывы самой ткани легких. Это состояние, которое может возникнуть при уменьшении давления в легких на 80-100 мм рт.ст. относительно окружающего, будет последним грозным предостережением ныряльщику. Опасность возникновения баротравмы легких от разрежения еще больше возрастает, если ныряльщик под водой сделает непроизвольный вдох из-под маски. При попытке погрузиться на большую глубину, когда давление воды уже не будет полностью уравновешиваться противодавлением воздуха внутри легких и мышцами грудной клетки и брюшного пресса, произойдет обжим грудной клетки и ее разрушение.