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 | 47 |
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 2).
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.