Оригинальное название: Manual of Freediving: Underwater on a Single Breath — Umberto Pelizzari & Stefano Tovaglieri.
Авторский перевод специально для Абырвалг.нет.
2.1 ФИЗИКА ПОГРУЖЕНИЯ
Для апноиста важно знать законы, управляющие поведением тела, погружённого в жидкость, так как это уменьшает фактор «неизвестного», помогая предотвратить стресс. Таким образом мы можем создать хорошую основу для расслабления.
Закон Архимеда
Для начала сформулируем закон: тело, погружённое в жидкость, испытывает выталкивающую силу, направленную вверх и равную весу вытесненной жидкости в объёме погружённой части тела.
Переводя это на практику, можно сказать, что если поплавок массой 400 г (сила тяжести) имеет объём 1 литр (и, следовательно, вытеснит 1 кг воды), то он получит выталкивающую гидростатическую силу в 1 кг, направленную вверх. Результирующая сила равна 600 г вверх, и поплавок будет плавать на поверхности. В этом примере гидростатическая сила больше силы тяжести, и говорят, что объект обладает положительной плавучестью.
Если мы поместим в воду грузовой пояс общей массой 7 кг, вытесняющий лишь 1 литр воды (1 кг), то результирующая сила будет 6 кг вниз, и грузовой пояс утонет. В этом случае сила тяжести больше гидростатической силы, и объект обладает отрицательной плавучестью.
Наконец, если апноист находится под водой, весит 75 кг и вытесняет 75 литров воды = 75 кг, то положительные и отрицательные силы взаимно уничтожаются. Мы говорим, что ныряльщик обладает нейтральной плавучестью, или что сила тяжести и гидростатическая сила равны, и поэтому ныряльщик не движется ни вверх, ни вниз, а остаётся на той же глубине.
Положительная, отрицательная и нейтральная — это три состояния плавучести, с которыми каждый апноист столкнётся во время фридайвинга. Поэтому необходимо применять точные стратегии разгрузки (подбора грузов), то есть использовать определённое количество балласта для нейтрализации положительной плавучести тела и любого носимого снаряжения, такого как гидрокостюм, маска, перчатки и носки. Даже планируемый тип активности должен учитываться при разгрузке. Снорклинг на мелководье, глубокий фридайвинг, статическое апноэ, подводная охота — будь то ожидание на глубине, стрельба с поверхности или охота под камнями: все эти ситуации требуют разной разгрузки для обеспечения безопасности и удовольствия.
Адаптация тела к воде
отрицательная плавучесть
положительная плавучесть
нейтральная плавучесть
Чтобы определить правильную разгрузку, важно понимать свойства воды, в которой мы ныряем. Каков вес объёма воды, вытесняемого нашим телом? Удельный вес пресной воды всегда меньше, чем солёной; следовательно, выталкивающая сила меньше. Это означает, что груз, используемый в бассейне, будет недостаточным для моря, поскольку морская вода имеет больший вес из-за присутствия растворённых солей. Плавучесть будет различаться даже при одинаковом снаряжении между Средиземным и Красным морями, где солёность достигает значений выше 4%. Поэтому нам пришлось бы использовать другое количество груза.
Изменения плавучести также влияют на мышечную работу из-за большего или меньшего сопротивления для ног при работе ластами. Следовательно, если всплытие с 30 м на поверхность в море требует определённого количества мышечной энергии, то такое же всплытие в пресной воде потребует большего её количества.
Три различных ситуации:
положительная плавучесть, вызывающая всплытие;
нейтральная плавучесть, при которой силы уравновешены,
и человек остаётся на той же глубине;
отрицательная плавучесть, вызывающая погружение.
Кратко, четыре основных фактора, изменяющих плавучесть в воде: снаряжение, количество вдыхаемого воздуха, плотность воды и гидростатическое давление, определяемое глубиной. Очевидно, что гидрокостюм толщиной 7 мм обеспечивает большую плавучесть, чем костюм толщиной 4 мм. Равным образом, максимальный вдох обеспечит несколько более положительную плавучесть, чем неполный вдох. Однако всё это зависит от рабочей глубины, которая влияет на плавучесть предсказуемым образом.
В заключение стоит упомянуть возможность использования подвижного (перемещаемого) груза, который может применяться апноистом с особыми требованиями, нуждающимся в экономии энергии во время погружения. Эта техника будет рассмотрена позже более подробно.
Давление
Графическое представление атмосферного давления (ATM), гидростатического давления (ATU) и окружающего (абсолютного) давления (ATA).
Подводная среда имеет совершенно иные физические и химические характеристики по сравнению с миром, в котором мы живём на поверхности. Вода плотнее воздуха и воздействует на организм, вызывая изменения, имеющие большое значение для апноиста. Аспект, требующий наибольшего внимания, — это давление.
Каждое погружение подвергает тело изменению давления пропорционально глубине: возрастающему при спуске, уменьшающемуся при всплытии. Как мы увидим, это повышение и понижение давления требует специфических поведенческих стратегий, которые объясняют тренировку и технику ныряния.
Физика учит нас, что жидкости практически несжимаемы, тогда как газы сжимаемы. Вода составляет около 70% массы нашего тела. Оставшиеся 30% — это либо твёрдые вещества (также несжимаемые), либо пространства, содержащие газ, которые подвергаются тем же изменениям давления, что воздействуют на нас во время погружения. Это объясняет, почему при погружении «пустые» пространства нашего тела и снаряжения подвергаются сжатию. Следовательно, уши, лёгкие и маска требуют компенсации (мы поговорим об этом подробно в Главе 7).
Давление воспринимается через явление, известное как «сжатие». В открытой воде во время фридайвинга, а иногда и в бассейне, если там есть «яма» глубже трёх метров, одним из явлений, предупреждающих о значительном изменении давления, является неприятная боль в ушах, вызванная давлением воды на барабанную перепонку, или прижатие маски к лицу, если в неё не выдохнуть воздух через нос.
В физике давление воды является результатом приложения силы, направленной вниз от поверхности, и выражается формулой:
P = F/S = 1 кг/см² = 1 АТМ = 1,013 Бар = 1013 миллибар = 760 мм рт. ст.
Применительно к дайвингу необходимо определить, что понимается под:
• Атмосферное давление (ATM)
• Гидростатическое давление (ATU)
• Окружающее (абсолютное) давление (ATA)
Атмосферное давление (ATM) — давление, оказываемое весом столба воздуха высотой 10 000 м (высота атмосферы, окружающей Землю) на квадратный сантиметр на уровне моря.
Гидростатическое давление (ATU) — давление, оказываемое высотой столба воды над каждым квадратным сантиметром погружённого тела. Каждые 10 м глубины равны 1 АТМ.
Окружающее (абсолютное) давление (ATA) — также называемое абсолютным давлением, это сумма атмосферного давления на уровне моря, которое всегда составляет 1 АТМ, и гидростатического давления, которое изменяется на 1 АТМ каждые 10 м глубины. Иными словами:
ATA = ATM + ATU
Следовательно:
на уровне моря ATA = 1 АТМ + 0 ATU = 1 ATA
на -10 метрах ATA = 1 АТМ + 1 ATU = 2 ATA
на -20 метрах ATA = 1 АТМ + 2 ATU = 3 ATA
на -90 метрах ATA = 1 АТМ + 9 ATU = 10 ATA
Следующие законы необходимы для объяснения того, какие эффекты это давление будет иметь во время погружения.
Закон Бойля-Мариотта гласит: объём газа при постоянной температуре обратно пропорционален давлению, оказываемому на него.
P × V = K, когда температура постоянна
или: P₁ × V₁ = P₂ × V₂
Это означает, что во время спуска при фридайвинге объём наших лёгких уменьшается пропорционально действующему на него давлению. На глубине 50 м апноист будет иметь объём лёгких, равный одной шестой от их объёма на поверхности.
Для лучшего понимания действия этого закона представьте, что вы берёте под воду воздушный шар, который на поверхности имеет объём 6 литров. Вот что произойдёт:
Поверхность: P = 1 ATA V = 6 л
10 м: P = 2 ATA V = 3 л
20 м: P = 3 ATA V = 2 л
Это также означает, что чем глубже вы погружаетесь и чем выше окружающее давление, тем больше уменьшается объём маски, прижимая её к лицу. Давайте проанализируем, что происходит с маской во время спуска и всплытия. Если на поверхности объём воздуха, содержащегося в маске на лице, составляет, например, 100 см³, то после погружения на глубину десяти метров внутренний объём уменьшится вдвое, до 50 см³, а давление удвоится до двух атмосфер. Таким образом, необходимо выпустить 50 см³ воздуха через нос для выравнивания с окружающим давлением. На практике воздух можно взять из дыхательного аппарата или из лёгких и выдохнуть в маску.
Адаптация тела к воде
Закон Дальтона гласит: давление смеси газов (в нашем случае воздуха) равно сумме парциальных давлений этих газов.
Как известно, наша атмосфера состоит из смеси газов, которую мы называем воздухом. Эти различные газы присутствуют в разных процентных соотношениях. Чтобы упростить объяснение, мы обобщили фактические данные следующим образом:
ВОЗДУХ = 21% Кислород (O₂)
78% Азот (N₂)
0,04% Углекислый газ (CO₂)
Как мы видели, на уровне моря атмосферное давление составляет:
1 АТМ = 1 кг/см² = 1 Бар = 760 мм рт. ст.
Парциальные давления отдельных газов, составляющих воздух, будут варьироваться пропорционально их процентному содержанию. В более практическом смысле это означает, что на уровне моря давление воздуха будет равно сумме Pp O₂ + Pp N₂ + Pp CO₂, или:
P воздуха = Pp O₂ + Pp N₂ + Pp CO₂
1 АТМ = 0,21 АТМ + 0,786 АТМ + 0,0004 АТМ
С последним вдохом перед глубоким погружением апноист вдыхает в лёгкие как можно больше воздуха, но только 21% из него — кислород. Во время спуска, любых движений на дне и всплытия все клетки дышат, чтобы выжить, а мышцы функционируют благодаря энергии, производимой в присутствии кислорода. Кислород метаболизируется в углекислый газ. Поэтому парциальное давление кислорода (Pp O₂) и парциальное давление углекислого газа (Pp CO₂) будут варьироваться в зависимости от окружающего давления, но также и от активности апноиста.
Газы в лёгких обмениваются между кровью и альвеолярным воздухом (воздухом, который достигает альвеол лёгких) как прямое следствие градиентов давления отдельных газов. Закон Дальтона позволяет нам тщательно изучать циклы кислорода и углекислого газа в зависимости от процентного содержания, с которым они составляют вдыхаемый воздух. Мы увидим позже (Диффузия, стр. 72) важность закона Дальтона для понимания того, как и почему газы обмениваются в лёгких во время дыхания.
2.2 КИСЛОРОДНЫЙ ЦИКЛ
От первых дыхательных путей в лёгкие, к альвеолам, к эритроцитам, а затем ко всем клеткам нашего тела — кислород проходит, активируя окислительные процессы, поддерживающие жизнь клеток. Чтобы говорить о дыхании и производстве энергии на мышечном уровне, необходимо понимать задействованные системы. Мы начнём с анализа дыхательной и сердечно-сосудистой систем, чтобы узнать, как мышцы апноиста преобразуют кислород в движение.
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА
Для апноиста активность сердечно-сосудистой системы — это вроде часов бегуна на марафоне. Часы задают ритм бегуну и диктуют, когда начинать и когда заканчивать. В апноэ ритм задаётся пульсацией крови, проходящей через артерии.
Сердце
Сердце — центральный орган сердечно-сосудистой системы. Имея наибольшее значение для апноиста, оно задаёт ритм для подготовки перед апноэ, для самого погружения и для восстановления между одним выполнением и следующим.
Сердце — это полая мышца, обладающая способностью функционировать как насос; расширяясь и сокращаясь, оно всасывает кровь, непрерывно поступающую по венам, и выталкивает её к периферии тела через артерии. Оно расположено в грудной полости между двумя лёгкими и опирается на диафрагму, отделяющую его от брюшной полости.
Внутренне сердце состоит из четырёх камер: двух верхних предсердий и двух нижележащих желудочков. С продольной точки зрения различают правое сердце, состоящее из правого предсердия и правого желудочка, и левое сердце, состоящее из левого предсердия и левого желудочка.
Левая и правая камеры не сообщаются друг с другом, но каждое предсердие сообщается с нижележащим желудочком через отверстие, снабжённое однонаправленным клапаном: предсердно-желудочковым клапаном. Таким образом, кровь из предсердия переходит и заполняет желудочек, вынуждая клапан закрыться, так что при сокращении желудочка кровь не возвращается обратно в предсердие.
Кровь, возвращающаяся от периферии, поступает в предсердия по венам, в то время как от каждого желудочка артерия транспортирует кровь обратно к периферии. На входе в артерию имеется ещё один клапан, который позволяет крови течь из желудочка в артерию, но не в обратном направлении.
Кровеносные сосуды
Кровеносные сосуды, ответвляющиеся от сердца к периферическим частям тела, называются артериями; обратные сосуды, сходящиеся от тканей и периферических органов обратно к сердцу, называются венами.
Артерии
Артерии, отходя от сердца, обильно ветвятся и одновременно уменьшаются в диаметре, принимая название артериол; затем они продолжаются в ещё более мелкие сосуды, называемые артериальными капиллярами, которые в свою очередь соединяются с венозными капиллярами, объединяющимися в вены возрастающего диаметра. Таким образом, капилляры представляют собой точку соединения артериальной и венозной систем.
Артерии — это система трубок с мышечными, эластичными стенками, которые проводят кровь, выбрасываемую желудочком, и распределяют её по периферии через сеть тонких сосудов, пронизывающих все ткани тела.
Две крупные основные артерии отводят кровь от сердца:
1) Аорта отходит от левого желудочка, начиная большой круг кровообращения: отсюда свежая и насыщенная кислородом кровь распределяется к периферии.
2) Правый желудочек соединён с лёгочной артерией, которая отвечает за малый круг кровообращения: кровь, собранная с периферии, транспортируется через лёгочную артерию к лёгким, где она освободится от углекислого газа и будет повторно насыщена кислородом.
Волна крови, выталкиваемая сокращением желудочка в главные артерии, распространяется их эластичными стенками со скоростью 9 метров в секунду. Однако в артериолах периферии скорость падает до одного миллиметра в секунду, чтобы облегчить газообмен между кровью и клеточными тканями.
Вены
Вены — это сосуды, которые возвращают кровь к сердцу от периферических тканей, где они начинаются как микроскопические сосуды. По своему ходу они соединяются, образуя сосуды увеличивающегося диаметра, пока не образуют два крупных ствола: верхнюю полую вену и нижнюю полую вену, которые впадают в правое предсердие. Верхняя полая вена собирает кровь от головы и верхних конечностей, в то время как нижняя полая вена отвечает за сбор крови от остальной части тела. Третья основная вена собирает кровь от лёгких и впадает в левое предсердие: это лёгочная вена, которая несёт кровь, насыщенную кислородом и очищенную от углекислого газа, обратно к сердцу.
Таким образом, было бы неточно утверждать, что все вены несут венозную кровь, а все артерии — артериальную (насыщенную кислородом). На самом деле, как мы видели, лёгочная артерия транспортирует кровь, обеднённую кислородом, тогда как лёгочная вена транспортирует свеженасыщенную кислородом кровь. Определяющее различие между артерией и веной заключается в том, что первая имеет центробежный ход, транспортируя кровь от сердца, тогда как вторая транспортирует кровь к сердцу.
Капилляры
Это микроскопически тонкие каналы, представляющие собой окончания артериол и начало венозной системы. Чтобы осознать обширность сети, образованной этими капиллярами, достаточно учесть, что капилляры одного человека могли бы покрыть поверхность около 6 300 квадратных метров.
СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ
Работа сердца состоит из двух различных фаз, которые непрерывно повторяются: фаза сокращения, называемая систолой, и фаза расслабления, называемая диастолой. Во время диастолической фазы и предсердия, и желудочки расслаблены, и кровь поступает в предсердия. По мере их постепенного заполнения создаётся разница давлений между предсердиями и всё ещё пустыми желудочками.
Верхняя полая вена
Лёгкие
Лёгочная артерия
Лёгочная вена
Предсердие
Аорта
Желудочек
Нижняя полая вена
Голова и верхние конечности
Живот и нижние конечности
Диаграмма кровообращения
Предсердно-желудочковые клапаны уступают давлению массы крови в предсердиях и открываются, позволяя желудочкам наполниться за короткое время. В этот момент предсердия сокращаются, выталкивая оставшуюся кровь в желудочки, которые затем также вступают в фазу сокращения. Давление, вызываемое этим в желудочках, закрывает предсердно-желудочковые клапаны. Кровь, содержащаяся в желудочках, выталкивается сокращением в аорту или лёгочную артерию. На этом фаза сокращения, или систолическая фаза, заканчивается, и цикл начинается снова, когда предсердия наполняются новой кровью.
В норме, в состоянии покоя сердце сокращается 50–100 раз в минуту и перекачивает около 5 литров крови за то же время. Эти количества увеличиваются во время физической активности. При интенсивном мышечном напряжении сердечный выброс значительно возрастает, достигая значений выше двадцати литров в минуту.
У хорошо тренированных апноистов частота сердечных сокращений может падать до значений значительно ниже средних — до 30–40 ударов в минуту — с большим преимуществом для апноэ. Как мы увидим в Главе 4, брадикардия (урежение частоты сердечных сокращений) также может вызываться определёнными техниками аутогенной тренировки, но в особенности это одна из наиболее интересных физиологических особенностей нырятельного рефлекса (см. Главу 3).
Кровообращение
Распределение крови осуществляется по круговой системе, имеющей одну и ту же точку отправления и прибытия: сердце. Необходимо различать лёгочное кровообращение (малый круг) и системное кровообращение (большой круг).
Лёгочное кровообращение начинается с лёгочной артерии, которая берёт начало от правого желудочка и проникает в лёгкие, где разделяется на многочисленные ветви, образующие тонкую сеть микроскопических капилляров, обволакивающих стенки лёгочных альвеол. После насыщения кислородом в капиллярах кровь затем переходит в венозные сосуды, которые, в свою очередь, сливаются в лёгочную вену, заканчивающуюся в левом предсердии.
Затем кровь проталкивается через левый предсердно-желудочковый клапан (митральный или двустворчатый клапан) в левый желудочек, откуда начинается большой круг системного кровообращения, стартуя с аорты и распространяясь по всем областям тела через артерии и артериолы. По достижении тканей артериальная кровь отдаёт питательные вещества и свой кислород, одновременно собирая клеточные отходы и углекислый газ. Затем она возвращается в правое предсердие сердца, проходит через правый предсердно-желудочковый клапан (трёхстворчатый клапан) в правый желудочек и снова направляется в лёгочное кровообращение через лёгочную артерию.
Кровь
Кровь — это жидкость, циркулирующая по всему телу посредством сердечно-сосудистой системы. Она имеет четыре основных компонента:
• плазма (50%)
• эритроциты (45%)
• лейкоциты (5%)
• тромбоциты
Плазма — это желтоватый раствор, состоящий на 93% из воды, который переносит эритроциты и лейкоциты, а также многочисленные другие вещества, распределяемые по всем клеткам тела: соли, белки, жиры, сахар, а также особые белки, такие как антитела и гормоны, и определённое количество растворённых газов.
Эритроциты выполняют функцию транспорта кислорода. Транспорт кислорода возможен благодаря веществу, называемому гемоглобином, которое содержится в этих специализированных клетках. Гемоглобин — это сложная молекула, характеризующаяся железосодержащей (Fe) концевой группой, имеющей особое сродство к кислороду: она окисляется. Когда кровь богата кислородом, она имеет ярко-красный цвет; когда содержание кислорода снижается, она становится тёмно-красной. Углекислый газ транспортируется различными механизмами: около половины растворено в плазме, а остальная часть соединяется с гемоглобином после того, как тот отдал свой кислород. Когда она достигает лёгких, гемоглобин мгновенно высвобождает углекислый газ и связывается с кислородом. Нормальный взрослый человек имеет около 5 литров крови; каждый кубический сантиметр крови содержит около 5 миллионов эритроцитов.
ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Трахея
Бронхи
Плевра
Лёгочная артерия
Кардиопульмональная система
Газообмен в альвеолах лёгкого
Артерия (неоксигенированная кровь)
Воздух входит
Воздух выходит
Вена (оксигенированная кровь)
Бронхиола
Лёгочная вена
Альвеолы
Дыхание — это процесс метаболизма O₂. Он становится возможным благодаря сердечно-сосудистой и дыхательной системам, в которых кровь, циркулирующая в теле, повторно заряжается кислородом и одновременно освобождается от углекислого газа. Как и в случае с кровообращением, хорошее знание дыхательной системы поможет в понимании техник диафрагмального дыхания и аутогенной тренировки, которые мы обсудим в Главе 4.
Органы, отвечающие за газообмен, — это лёгкие. Воздух поступает в лёгкие через первичные дыхательные пути, которые начинаются в носовых ходах и ротовой полости, продолжаются в трахею — трубку, проникающую в грудную клетку и разделяющуюся на два бронха, каждый из которых входит в одно лёгкое. Два лёгких расположены в грудной полости, которую они заполняют почти полностью; каждое имеет приблизительную форму конуса высотой 20 см. Правое лёгкое разделено двумя глубокими щелями на три доли, в то время как левое разделено одной щелью на две доли.
Бронхи, проникающие в лёгкие, разделяются на более тонкие трубки (долевые бронхи), которые, в свою очередь, делятся наподобие ветвей дерева на всё более тонкие трубки (бронхиолы), заканчиваясь концевыми бронхиолами, образующими гроздья микроскопических пузырьков, называемых альвеолами. Газообмен между кровью и воздухом происходит на уровне альвеол. Если бы мы разложили альвеолы на плоскости, они покрыли бы поверхность 60–80 квадратных метров. Стенки альвеол невероятно тонкие, так что кислород может просто диффундировать через них в кровь капилляров.
Дыхание состоит из двух различных действий: вдоха, который представляет собой поступление воздуха в лёгкие, и выдоха — изгнания воздуха из лёгких.
Механика дыхания заключается в комбинированном движении мускулатуры грудной клетки и диафрагмы, которые своим ритмичным сокращением и расслаблением увеличивают и уменьшают объём грудной полости. Это движение отвечает не только за накопление кислорода для поддержания апноэ, но также определяет изменения плавучести в воде.
Вдох включает:
а) сокращение межрёберных мышц с последующим поднятием рёбер;
б) сокращение диафрагмы (куполообразной мышцы, являющейся «дном» грудной полости).
Поднятие рёбер и опускание диафрагмы вызывают увеличение объёма грудной клетки. В соответствии с законом Бойля-Мариотта, по мере постепенного увеличения объёма грудной полости её давление уменьшается по отношению к внешнему окружающему давлению, и таким образом определённое количество воздуха извне втягивается внутрь.
Во время выдоха грудная клетка опускается, а диафрагма поднимается, уменьшая объём грудной полости и тем самым выталкивая воздух из лёгких.
Вдох
Выдох
Адаптация тела к воде
В состоянии покоя каждый дыхательный акт вводит в дыхательную систему около 500 мл воздуха (этот объём может увеличиваться до 2500 мл при форсированном вдохе).
Изменения объёма грудной клетки, необходимые для механики дыхания, вызываются движением рёбер, которое контролируется мышечными сокращениями, особенно диафрагмы. Поэтому при подготовке к апноэ необходимо применять техники диафрагмального дыхания, которые обеспечат оптимальную вентиляцию и поддержание правильного баланса кислорода и углекислого газа, избегая гипервентиляции и последующего чрезмерного снижения CO₂ в крови.
Спирометрическое исследование помогает лучше понять механизмы дыхания и даёт измерения следующих показателей:
1. Частота: количество дыхательных актов (вдохов) в минуту (13–16/мин). Частота обычно обратно пропорциональна размеру тела.
2. Ритм: последовательность дыхательных актов.
3. Дыхательный объём (tidal volume): количество воздуха, поступающего и выходящего из дыхательной системы (350–500 мл).
4. Резервный объём вдоха (inspiratory reserve volume): максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть при форсированном вдохе сверх нормального вдоха (2000–3000 мл).
5. Резервный объём выдоха (expiratory reserve volume): максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть при форсированном выдохе после нормального выдоха (1000–1500 мл).
6. Жизненная ёмкость лёгких (vital capacity): сумма дыхательного объёма и резервных объёмов вдоха и выдоха (3500–5000 мл).
7. Остаточный объём (residual volume): воздух, остающийся в дыхательной системе после форсированного выдоха (1500 мл).
8. Общая ёмкость лёгких (total pulmonary capacity): сумма жизненной ёмкости и остаточного объёма (6000 мл).
9. Мёртвое пространство (bronchial-tracheal dead space): из 500 мл воздуха при нормальном вдохе только 2/3 достигает альвеол, в то время как остаток остаётся в более крупных дыхательных путях, которые и составляют мёртвое пространство. Анатомическое мёртвое пространство соответствует полости дыхательной системы, не содержащей альвеол, а физиологическое мёртвое пространство представляет собой фактический объём газа, не вступившего в контакт с кровью. В физиологических условиях эти две переменные должны соответствовать друг другу.
Кислород, азот и водяной пар
Компонентами атмосферного воздуха, важными для дыхания, являются кислород, азот и водяной пар. Последний служит для поддержания влажности слизистой оболочки дыхательных путей. Кислород составляет 21% воздуха, а азот — оставшиеся 79%; углекислый газ присутствует в следовых количествах: 0,04%.
Состав вдыхаемого воздуха сильно отличается по процентному содержанию кислорода и углекислого газа от состава выдыхаемого воздуха. В выдыхаемом воздухе содержание кислорода снижается с 21% до 16,3%, а содержание углекислого газа увеличивается с 0,04% до 4,5%. Разница в составе обусловлена газообменом в альвеолах: часть кислорода переходит из альвеолярного воздуха в кровь, и равное количество углекислого газа переходит из крови в альвеолярное пространство.
Наблюдается небольшое увеличение концентрации азота в выдыхаемом воздухе. Это различие не является истинным, а связано просто с изменёнными пропорциями выдыхаемых кислорода и углекислого газа. Фактически атмосферный азот не участвует ни в каких химических реакциях в организме; он не метаболизируется и в дыхании служит лишь разбавителем кислорода. Тем не менее этот газ растворяется в крови и поглощается всеми тканями (особенно жировой тканью), никогда не вступая в реакцию с каким-либо компонентом.
Бронхиально-трахеальное мёртвое пространство
Дыхательный объём 500 см³
Резервный объём вдоха 2000 см³
Резервный объём выдоха 1500 см³
Остаточный объём 1500 см³
Адаптация тела к воде
Диффузия
Как мы видели, атмосферное давление на уровне моря составляет 760 мм рт. ст. Давление воздуха — это не что иное, как сумма парциальных давлений каждого составляющего газа, и парциальное давление каждого газа строго пропорционально его концентрации в смеси (закон Дальтона). Кроме того, газ будет стремиться перейти из точки с высоким давлением в точку с более низким давлением для восстановления равновесия.
Кровь, циркулирующая в капиллярах вокруг стенок альвеол, вступает в контакт с воздухом, содержащимся в альвеолах. Эта кровь поступила из лёгочной артерии и поэтому бедна кислородом. Её парциальное давление кислорода составляет 40 мм рт. ст., а парциальное давление углекислого газа — 46 мм рт. ст. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода составляет 100 мм рт. ст., а парциальное давление углекислого газа практически равно нулю.
Чтобы уравновесить эти разницы давлений, определённое количество кислорода диффундирует из альвеол в кровь, в то время как определённое количество углекислого газа диффундирует из крови в альвеолярный воздух.
Тем временем обратный процесс происходит в тканях тела: свежая насыщенная кислородом кровь из сердца вступает в контакт с клетками и жидкостями тканей, которые богаты углекислым газом и бедны кислородом, который был быстро потреблён. Здесь также происходит газовая диффузия в двух направлениях, но в этом случае кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ переходит из клеток в кровь. Именно здесь кровь теряет свои артериальные характеристики, становясь венозной кровью, которая возвращается к лёгким для пополнения кислородом.
Стимуляция дыхания
Тот факт, что мы можем сознательно изменять ритм и интенсивность нашего дыхания, демонстрирует, что оно частично находится под контролем нашей воли. Импульсы, обеспечивающие автономное дыхание, исходят из части мозга, называемой дыхательным центром, который непрерывно отправляет эти импульсы через нервы к дыхательным мышцам (межрёберным мышцам и диафрагме).
Дыхательный центр получает очень точную информацию о давлении CO₂ от химических рецепторов, анализирующих состав крови. Если концентрация углекислого газа в крови, проходящей через дыхательный центр, анализируется и обнаруживается даже слегка повышенной, то центр начинает действовать, чтобы исправить избыток газа и восстановить равновесие O₂-CO₂, стимулируя дыхательную систему и изменяя интенсивность и глубину дыхательных движений.
По этой причине невозможно прекратить дыхание дольше определённого периода времени. Диафрагмальные сокращения являются явным проявлением организма, который, по достижении высоких значений CO₂, «просит» апноиста возобновить дыхание, сокращая диафрагму: фактически «удар в живот». Это также объясняет, почему потребность в дыхании уменьшается после произвольных глубоких вдохов и выдохов, которые снижают концентрацию углекислого газа в крови.
Мышечная ткань
Почему один спортсмен достигает высоких результатов в постоянном весе, а другой — только в переменном? В конце концов, оба тренировались непрерывно в течение многих лет до рекорда, следуя аскетическому режиму жизни, основанному на упражнениях, отдыхе, негибкой диете и немногом другом. Ответ сложен и зависит от множества мелких деталей, таких как психическое состояние или даже форма карманов для ног или лопастей ласт. Однако в рекорде в постоянном весе, который зависит преимущественно от личных ресурсов силы и выносливости, одним из главных факторов, определяющих победу, является физиология: мышечные волокна ног, и особенно бёдер, должны генерировать определённую мощность в течение пары минут или, может быть, немного дольше, сохраняя при этом низкое потребление кислорода по сравнению с ныряльщиком в переменном весе.
Исследования позволили нам проанализировать, как мышцы адаптируются к нагрузке — или её отсутствию — и в какой степени мышцы могут быть модифицированы для адаптации к различным потребностям разных дисциплин, таких как длительное усилие в динамическом апноэ или погружении в постоянном весе, или потребность в расслаблении в статическом апноэ. Эта информация помогает нам понять, почему рекордсмены мира торжествуют, но также позволяет лучше понять возможности среднего человека.
Скелетная мускулатура — это наиболее обильная ткань в человеческом теле и одна из самых адаптируемых. Интенсивные силовые тренировки могут удвоить или утроить мышечную массу, в то время как полное прекращение использования после травмы может уменьшить эту массу на 20 процентов за две недели.
Мышца представляет собой пучок клеток, или волокон, скреплённых соединительной тканью. Одиночное волокно образовано внешней мембраной, множеством ядер, расположенных вдоль волокна непосредственно под мембраной, и тысячами внутренних нитей — миофибрилл, находящихся в цитоплазме. Крупнейшие мышечные волокна человека достигают длины 30 сантиметров и диаметра 0,05–0,15 миллиметра и содержат тысячи ядер.
Миофибриллы имеют ту же длину, что и волокно, и образуют часть клетки, способную сокращаться в ответ на нервный импульс. Двигательные нервные клетки, или мотонейроны, простираются от спинного мозга к группе мышечных волокон, образующих двигательную единицу. В мышце ноги один мотонейрон может иннервировать более тысячи мышечных волокон. Там, где требуется большая точность, например, в управлении пальцем или глазным яблоком, мотонейрон будет контролировать меньше волокон, возможно, даже одно.
Сокращение миофибриллы осуществляется её мельчайшими компонентами — саркомерами, которые соединены своими концами, образуя миофибриллы. Каждый саркомер состоит из двух белковых нитей — актина и миозина, которые взаимодействуют, вызывая сокращение. Мышечное сокращение включает своего рода телескопическое укорочение саркомера: нити актина на концах центральной миозиновой нити скользят к её центру.
САРКОМЕР
Актиновая нить
Миозиновая нить
Пучок волокон
Мышечная клетка (волокно)
Соединительная ткань
Ядра
Мембрана
Миофибрилла
Компонент молекулы миозина, так называемая тяжёлая цепь, определяет функцию мышечного волокна. У взрослого человека эта цепь существует в трёх разновидностях, или изоформах, обозначаемых как I, IIa и IIb: волокна, содержащие их, получают те же названия. Волокна типа I также называются медленно сокращающимися (slow twitch), в то время как IIa и IIb называются быстро сокращающимися (quick twitch): максимальная скорость сокращения одиночного волокна типа I составляет около одной десятой скорости волокна типа IIb, а скорость типа IIa находится между ними.
Помимо трёх различных типов волокон, существуют гибриды, содержащие две изоформы миозина в переменных пропорциях. Функциональные характеристики гибридных волокон схожи с характеристиками доминирующих типов.
Скорость сокращения мышечного волокна зависит от того, как волокно использует аденозинтрифосфат (АТФ) для извлечения энергии в тяжёлой цепи миозина. Медленно сокращающиеся волокна основаны на относительно эффективном аэробном механизме, в то время как быстро сокращающиеся в основном зависят от анаэробиоза.
Таким образом, медленно сокращающиеся волокна важны для деятельности, требующей выносливости, такой как бег по пересечённой местности, велоспорт и плавание, в то время как быстро сокращающиеся волокна преобладают там, где требуется сила, как в тяжёлой атлетике, спринте или в начале глубокого фридайвинга и отталкивании от дна, где требуется мощная мускулатура для преодоления неблагоприятных гидростатических сил.
Средний взрослый человек имеет примерно одинаковое количество быстро и медленно сокращающихся волокон, но, как и другие виды, люди имеют большие вариации. Есть люди, у которых четырёхглавые мышцы на 19 процентов состоят из медленно сокращающихся волокон, а у других — на 95 процентов. Последний мог бы стать хорошим марафонцем, но не добился бы успеха как спринтер и тем более как апноист; обратное справедливо для человека только с 19 процентами медленно сокращающихся волокон.
Быстро или медленно сокращающиеся?
Набор мышечной массы
Важно отметить, что мышечные волокна не могут размножаться: с возрастом мы теряем мышечные волокна, но восстановить их невозможно. Таким образом, мышца может расти только за счёт увеличения толщины своих волокон.
Это утолщение вызвано созданием дополнительных миофибрилл. Механическое воздействие, которое тренировка оказывает на сухожилия и другие соединительные структуры мышцы, запускает синтез белковых мессенджеров, которые активируют гены, побуждающие мышечное волокно производить больше сократительного белка. Эти белки, в основном актин и миозин, необходимы для больших количеств дополнительных миофибрилл, производимых волокном.
Чтобы стимулировать производство нового белка при сохранении адекватного соотношения между клеточным объёмом и количеством ядер, необходимо также синтезировать последние. Мышечное волокно имеет множественные ядра, но они не могут делиться внутри волокна; новые ядра должны поставляться так называемыми сателлитными клетками (стволовыми клетками). Расположенные между многочисленными ядрами на поверхности скелетной мышечной клетки, эти сателлитные клетки отделены от мышечных клеток и имеют только одно ядро, которое может размножаться делением. После слияния с мышечным волокном они служат источником ядер для снабжения растущего волокна.
Сателлитные клетки размножаются в ответ на стимул, вызванный тренировкой. Популярная теория утверждает, что интенсивные упражнения наносят микроразрывы мышечных волокон. Повреждённые участки затем привлекают сателлитные клетки, которые включаются в мышечную ткань и начинают производить белок для заполнения пробелов. По мере постепенного размножения этих клеток некоторые остаются сателлитами, в то время как другие входят и сливаются с волокном. Их ядра становятся неотличимы от ядер мышечной клетки, и с этими дополнительными ядрами волокно получает возможность секретировать больше белка и создавать больше миофибрилл.
Трансформация мышц
Чтобы произвести белок, мышечная клетка (как и все другие клетки тела) должна иметь «чертёж», определяющий порядок, в котором должны быть собраны аминокислоты, таким образом указывая, какой белок будет создан. Этот чертёж содержится в различных генах клеточного ядра, и процесс, посредством которого его информация покидает ядро и попадает в цитоплазму, где синтезируется белок, начинается с транскрипции. Транскрипция происходит в ядре, когда информация в гене (закодированная в ДНК) копируется в информационную РНК (мРНК).
Затем мРНК транспортирует информацию из ядра к рибосоме, которая собирает аминокислоты в белок, указанный мРНК, например актин или одну из изоформ миозина. Этот процесс называется трансляцией.
Преобразование мышечного волокна возможно. На самом деле, если мышцы многократно подвергаются избранным тренировочным стимулам, таким как тренировка с отягощениями с большими весами, то количество быстро сокращающихся волокон типа IIb уменьшается по мере их трансформации в быстро сокращающиеся волокна типа IIa. Ядра перестают экспрессировать гены IIb и начинают экспрессировать гены IIa.
Если интенсивные упражнения продолжаются (больший вес, медленнее выполнение, меньшее количество повторений) в течение месяца или более, то волокна типа IIb полностью трансформируются в тип IIa. В то же время волокна увеличивают производство белка, становясь толще.
Преобразование между двумя типами быстрых волокон, IIa и IIb, является естественным следствием тренировки или её прекращения. Но что можно сказать о преобразовании между медленными и быстрыми волокнами, типами I и II? Здесь результаты менее ясны. Многие эксперименты, проведённые за последние 20 лет, не смогли доказать, что такое преобразование возможно. Однако в начале девяностых были получены доказательства того, что строгий режим тренировок может преобразовывать медленно сокращающиеся волокна в быстрые типа IIa.
Если определённый тип упражнений может преобразовывать тип I в IIa, было бы справедливо спросить, могут ли другие типы упражнений осуществить обратное. Это кажется возможным, хотя до сих пор ни одно исследование на людях не продемонстрировало этого с уверенностью. Мы знаем, что элитные спортсмены на выносливость обычно имеют более высокие пропорции медленно сокращающихся волокон (до 95 процентов) в своих основных группах мышц, например, в ногах.
Однако до сих пор неясно, рождаются ли эти спортсмены с более высоким процентом типа I и затем находят свой путь в виды спорта, где могут использовать свой врождённый потенциал, или же они постепенно повышают процент этого типа волокон через длительные тренировки. Мы знаем, что если волокна типа IIa могут быть преобразованы в тип I, то время, необходимое для этого, определенно больше, чем то, что требуется для преобразования типа IIb в IIa.
Возможно, великие марафонцы действительно «родились другими». То же самое можно сказать о самых быстрых спринтерах. Применительно к фридайвингу, спринтеры, очевидно, будут иметь преимущество в виде сниженного процента волокон типа I. Однако начинающий фридайвер со слишком большим количеством волокон типа I не должен сдаваться: было доказано, что гипертрофия, вызванная силовыми тренировками, увеличивает волокна типа II в два раза быстрее, чем типа I. Таким образом, силовые тренировки могут увеличить поперечное сечение мышцы, состоящей из быстрых волокон, не изменяя соотношения между медленными и быстрыми волокнами в мышце.
Мышцы апноиста
Теперь мы рассмотрим, какие волокна важны для апноиста, чтобы знать, как их тренировать, а также какой тип силы (выносливость, скорость, взрывная и т.д.) необходимо развивать.
До сих пор не было исследований, проясняющих, должен ли фридайвер в постоянном весе или подводный охотник иметь мускулатуру с преобладанием волокон типа I или II. Гипотезы, сформулированные на основе тестов на элитных спортсменах, проведённых медицинскими специалистами в этой области, противоречивы. Пока мы ограничиваемся наблюдением, что во время глубокого погружения в постоянном весе спортсмен задействует свои мышцы в быстром и мощном действии (идеальная скорость спуска превышает 1 м/с) для преодоления сопротивления плавучести.
Адаптация тела к воде
Это сопротивление постепенно уменьшается, пока не исчезает полностью в точке нейтральной плавучести; затем апноист продолжает в условиях отрицательной плавучести, переходя в свободное падение. Таким образом, мы можем предположить, что если в начале есть необходимость в быстром и мощном движении ластами, поддерживаемом быстрыми волокнами (IIa и IIb), то последующая фаза свободного падения будет характеризоваться фазой мышечного расслабления, во время которой источник энергии (АТФ) регенерируется в условиях дефицита кислорода, чтобы обеспечить новую мощность и скорость после разворота и во время всплытия к поверхности. Отталкиваясь от дна, апноист должен преодолеть отрицательную плавучесть; однако во время всплытия уменьшение гидростатического давления благоприятно, и плавучесть увеличивается к поверхности, снижая нагрузку на ноги.
В заключение, сбалансированное развитие мышечной массы, характеризующееся равным соотношением волокон типа IIa и IIb, должно быть выгодным для производительности апноиста.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МЫШЦ
Апноист должен быть знаком с энергообеспечивающими механизмами, поддерживающими мышечную активность, по двум причинам: чтобы планировать свои тренировки и чтобы экономить энергию, распределяя свои усилия в воде.
Способность мышц непрерывно сокращаться и расслабляться создаёт движение: чем дольше эта активность продолжается во времени, тем больше выносливость нашего организма.
Сокращение мышцы является следствием двух факторов: нервного стимула и химической реакции, требующей энергии для функционирования. Важно понимать природу реакции, позволяющей мышечное сокращение, и прежде всего то, как необходимая энергия может быть получена для поддержания мышечной активности в течение длительного периода. Основным источником энергии, который мышца может использовать для сокращения, является химическая энергия, высвобождаемая при расщеплении аденозинтрифосфата (АТФ).
АТФ обладает особым свойством: после расщепления он может быть восстановлен посредством других химических реакций. Это важное свойство, поскольку количество АТФ, присутствующее в мышечной клетке, очень мало и достаточно лишь для ограниченного числа сокращений. После первых 8–10 секунд интенсивной активности он должен быть воспроизведён другими путями. Истощённый АТФ может быть восстановлен нашим организмом двумя способами: аэробной или анаэробной системами.
Аэробная система
В аэробной системе (см. рисунок на стр. 63) кислород, доставляемый кровью, является окислителем, в то время как соответствующим образом преобразованные пищевые вещества играют роль топлива.
Эту систему можно сравнить с двигателем внутреннего сгорания. В этой аналогии есть машина (мышца = мотор), в которой топливо (гликоген = бензин) и окислитель (кислород в обоих случаях) смешиваются (процесс окисления) для производства химической энергии, которая преобразуется (сгорание) в механическую энергию, или движение. В нашем случае движение — это сокращение мышечного волокна, которое двигает мышцу, а она в свою очередь двигает конечность.
АНАЭРОБНАЯ СИСТЕМА
Гликоген
Вода
Гликоген
Вода
Жир
Белок
АЭРОБНАЯ СИСТЕМА
Анаэробная система
В анаэробной системе (см. рисунок на стр. 63) резервные источники энергии мышцы преобразуются без использования кислорода. Использование этой системы создаёт проблемы в восстановлении энергии, поскольку требуется определённое количество времени, чтобы кислород окислил пищевые источники и транспортировал их к клетке для производства новой энергии.
Аэробный механизм используется, когда мышечная активность требует ограниченной интенсивности усилия. У организма будет достаточно времени для преобразования пищевых источников с помощью кислорода, и вырабатывается достаточно химической энергии для восстановления АТФ. В этом состоянии мышечная работа может поддерживаться в течение длительного времени, даже несколько часов. Таким образом, для этой системы энергоснабжения очень важна способность дыхательной и кровеносной систем организма получать кислород из воздуха и транспортировать его через кровь к задействованным мышцам.
Это становится невозможным во время фридайвинга. Единственный воздух, к которому апноист имеет доступ, — это тот, который содержится в лёгких, и, более того, при глубоком погружении явление сдвига крови (см. Главу 3) вызывает избирательную вазоконстрикцию, так что через периферические ткани протекает меньше крови и, следовательно, меньше кислорода.
Наш организм обычно использует аэробную систему в действиях большей продолжительности, таких как бег на длинные дистанции, плавание или беговые лыжи, где действие должно продолжаться часами.
Гипотеза, подтверждённая наблюдениями и экспериментами на элитных апноистах, заключается в том, что аэробная система вмешивается только в определённый момент во время спуска при фридайвинге, сразу после прохождения точки нейтральной плавучести на глубине около 12 метров. На этой глубине сдвиг крови ещё незначителен, но усилие не должно быть таким же интенсивным, как на поверхности, где необходимо преодолевать гидростатическую силу. Мышечная работа становится легче и более плавной, нет необходимости развивать мощность, уровень кислорода всё ещё хорош, и приток крови к периферии всё ещё значителен.
Анаэробный механизм вмешивается, когда организм должен произвести максимальное усилие за короткое время. В этом случае задействована высокая мощность, требующая высокого потребления энергии за короткий промежуток времени. Анаэробиоз, безусловно, является наиболее важным энергообеспечивающим механизмом для апноиста. При выполнении такого рода деятельности мышцы будут в основном использовать запасённые источники энергии, преимущественно сахар.
Этот тип активности — вотчина спринтеров, прыгунов, метателей и тяжелоатлетов. Такие формы использования энергии развивают различные химические реакции в мышцах, вызывающие совершенно разные телесные ощущения/сигналы. Важно уметь распознавать эти ощущения/сигналы, чтобы осуществлять разумное поведение, которое может поддерживать и облегчать происходящее в организме. Например, когда нашему организму необходимо восстановить запасы энергии, он будет использовать не только кислород, но и повышенное количество воды.
По этой причине длительная активность вызывает жажду, как бы странно это ни казалось — терять жидкость, находясь в воде! Потоотделение нельзя винить в этой потере — она обусловлена другими факторами, зависящими от выработки гормонов, стимулирующих диурез. Поэтому организм необходимо пополнять жидкостью как для регидратации, так и для восстановления материального запаса энергии, необходимого после длительной активности.
2.3 ПОДВОДНОЕ ЗРЕНИЕ
Если вы когда-нибудь открывали глаза под водой, то знаете, что видеть под водой — совсем не то же самое, что видеть над ней. Без маски мы не имеем чёткого зрения; предметы кажутся размытыми и затуманенными. Глаза приспособлены видеть сквозь воздух — газ со свойствами, сильно отличающимися от физических свойств воды. Показатель преломления у жидкости иной, чем у газовой смеси, поэтому световые лучи претерпевают изменения в воде.
Глаз — это орган, предназначенный для восприятия световых впечатлений. Следовательно, он отвечает за чувство зрения — один из каналов, через который мы познаём мир. Он состоит из главной структуры — глазного яблока — и различных вспомогательных элементов.
Глазное яблоко представляет собой сферу, расположенную в глазничной впадине, образованную тремя концентрическими оболочками, называемыми склерой, сосудистой оболочкой и сетчаткой, а также жидкостями и полужидкими веществами.
Склера — это толстый, прочный, белый слой, который становится тоньше и прозрачнее в передней части глазного яблока, чтобы пропускать свет; здесь он называется роговицей.
Сосудистая оболочка очень богата кровеносными сосудами; спереди, в области роговицы, она меняет свой вид и цвет, образуя мышечную диафрагму — радужку. В центре радужки находится круглое отверстие — зрачок. Радужка — это цветная часть глаза, и её цвет обусловлен наличием пигментированных клеток, плотность которых определяет градации цвета, разные у разных людей.
Отверстие зрачка кажется чёрным, потому что это апертура, через которую проходит свет (подобно диафрагме фотоаппарата). Если бы мы могли заглянуть в глаз, разрезанный поперёк, мы бы обнаружили большое пространство между роговицей и радужкой, называемое передней камерой, заполненное прозрачной, бесцветной, преимущественно водянистой жидкостью; свет проходит через эту жидкость, прежде чем достичь зрачка. Задача радужки, окружающей зрачок, — регулировать размер зрачкового отверстия в зависимости от интенсивности окружающего света.
Продвигаясь внутрь, за радужкой находится сам хрусталик — двояковыпуклый, преломляющий световые лучи, попадающие в глаз. Хрусталик очень прозрачен и эластичен, поэтому может постоянно менять свою форму. Он заключён в эпителиальную капсулу и прикреплён к остальной части глаза крошечными мышечными волокнами. Когда эти мышцы неактивны, натяжение уменьшается, и хрусталик становится более выпуклым. Посредством небольших изменений натяжения хрусталика можно менять его кривизну, фокусируя глаз вблизи или вдали. Эта регуляция называется аккомодацией.
После хрусталика свет проходит через заднюю камеру, заполненную полужидким веществом — стекловидным телом. Задняя часть глаза, за стекловидным телом, выстлана сетчаткой — светочувствительной плёнкой этой «камеры».
Клетки сетчатки организованы в девять слоёв, из которых наиболее интересным и важным является слой, содержащий палочки и колбочки — чувствительные клетки, отвечающие за феномен зрения. Вместе они образуют очень тонкий слой, улавливающий свет.
Если преломляющие среды глаза перед сетчаткой не повреждены, изображение формируется идеально сфокусированным на сетчатке. Зрительный нерв, соединённый с сетчаткой, затем передаёт нервные импульсы в зрительную кору. Это веская причина держать глаза закрытыми, когда это возможно, во время апноэ, чтобы свести нервную стимуляцию к минимуму и тем самым экономить кислород.
Зрение через воздух
Колбочки сетчатки чувствительны к оптическим стимулам и отвечают исключительно за восприятие цвета. При дневном свете световые лучи проходят через роговицу, водянистую влагу, зрачок, хрусталик и стекловидное тело, чтобы достичь сетчатки. Хрусталик фокусирует световые лучи на центре сетчатки (жёлтом пятне), где колбочки особенно обильны. В этой точке формируется чёткое изображение наблюдаемого объекта, обеспечивающее отчётливое зрение. Колбочки, расположенные за пределами жёлтого пятна, дают нечёткое зрение — поэтому, когда мы концентрируем взгляд на определённом объекте, другие объекты вокруг него видны менее детально.
В вечернее и ночное время уровень света слишком низок, чтобы стимулировать колбочки, но достаточен для стимуляции палочек, которые, в отличие от колбочек, не чувствительны к частотам света, дающим цветоощущение.
Палочки содержат красное вещество — родопсин, который разлагается и обесцвечивается в присутствии света, но восстанавливается в темноте. Это объясняет, почему, когда мы переходим из освещённой комнаты в тёмную, мы чувствуем себя словно ослепшими. Как только родопсин восстанавливается, палочки возвращают свою функцию, и становится возможным видеть объекты даже в условиях слабого освещения.
Зрение через воду
Вода, как мы уже обсуждали, имеет иной показатель преломления, чем воздух, что означает, что световые лучи преломляются иначе. Вследствие этого фокусная точка оказывается за сетчаткой, и изображение, считываемое нервной системой с сетчатки, оказывается не в фокусе. Зрение предметов становится нечётким. Маска выполняет корректирующую функцию. Надевая маску, мы по сути помещаем перед глазами пузырёк воздуха — ту среду, через которую наши глаза привыкли видеть. Это позволяет чётко видеть предметы, хотя у системы есть небольшой недостаток. Световые лучи, попадающие в глаза ныряльщика, сначала проходят через воду, затем через стекло маски (имеющее иной показатель преломления, чем и вода, и воздух), и наконец через воздух, содержащийся в маске. В результате конечное изображение, считываемое на сетчатке, отличается от реальности: оно на 33% крупнее и на 25% ближе.
Помимо преломления света, вода также поглощает его. Это явление изменяет цвета спектра, поскольку разные длины волн поглощаются в зависимости от глубины: в первых десяти метрах исчезают красный и оранжевый цвета, между десятью и двадцатью метрами блёкнут жёлтый и зелёный, а после двадцати метров остаётся только синий свет.
Таким образом, при погружении глубже двадцати метров окружающий свет становится преимущественно синим, и подводный фонарь необходим, чтобы видеть все истинные цвета. Фонарь освещает морское дно как по волшебству, являя его в истинном и необыкновенном многоцветии: любой, кто в детстве поднимал с глубины даже в один метр коричневую морскую звезду, помнит, как извлекал из воды ярко-красное создание, но вряд ли знал, что только что провёл настоящий научный эксперимент.
2.4 ТЕПЛО
Каждому знакомо ощущение холода при входе в воду — будь то бассейн, озеро или море. Причина в том, что тепло тела рассеивается в воде в двадцать пять раз быстрее, чем в воздухе.
Несмотря на это, организму требуется всего несколько минут для адаптации. Сужение периферических кровеносных сосудов уменьшает поток крови и замедляет рассеивание тепла тела; это состояние способствует поддержанию постоянной температуры тела около 36 °C, необходимой для жизненно важных функций.
Однако если тело остаётся в воде достаточно долго, рассеивание тепла становится таковым, что организм реагирует сокращением мышц (дрожью) в попытке выработать тепло: однако этот механизм требует энергии, которая за короткое время истощится. Поэтому если тело теряет тепло в течение длительного периода, температура тела также начинает падать, а дрожь становится более интенсивной и продолжительной; в таком состоянии руки и ноги немеют, что увеличивает риск других несчастных случаев.
Если температура тела падает ниже 35 °C, наступает гипотермия; при 32 °C отказывает способность рассуждать, а ниже 32 °C возникает непосредственная угроза жизни.
В холодной воде следует тщательно продумать выбор перчаток, носков и шапочки adequate толщины, учитывая также изменение плавучести, которое повлечёт за собой это снаряжение. Если холод застал вас врасплох — даже если вы его ожидали, — не колеблясь выходите из воды и согревайтесь. Ответственность хорошего апноиста проявляется в умении признать, когда следует отказаться от погружения, если условия окружающей среды неблагоприятны. Помните: апноэ — для удовольствия и радости, а не для страданий!
АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К АПНОЭ
ГЛАВА 3
Хотя человеческое тело эволюционировало для жизни на суше, в специально созданной среде технологической цивилизации, человек, как это в его природе, осмелился бросить вызов «шестому континенту», и сделал это из позиции уязвимости по сравнению со многими другими млекопитающими. Тем не менее, несмотря ни на что, он достиг результатов, которые, мягко говоря, необычайны.
На протяжении тысячелетий путь был медленным, но поступательным: сначала сбор пищи на мелководье, затем ныряние за губками и жемчугом и подъём затонувших сокровищ — всё на всё возрастающих глубинах. Однако в последние десятилетия прогресс апноэ зафиксировал значительный рост.
Человек атаковал стену якобы непреодолимых медицинских барьеров; многочисленные вопросы давления, потери тепла и тому подобного. Человеческое тело по большей части состоит из воды, а плод живёт в амниотической жидкости. Новорождённый, возможно, появившийся на свет под водой, как миниатюрный китообразный, может быть погружён в тёплый бассейн и оставаться там с открытыми глазами, не глотая воду и не испытывая беспокойства, и плыть брассом, словно получал уроки в утробе: короче говоря, младенец чувствует себя восхитительно комфортно именно потому, что привык жить в жидкой стихии. Однако с течением месяцев, если эта естественная предрасположенность не культивируется должным образом и постоянно, она угасает и теряется в неуклюжих попытках плавать, взмахах рук, крике и заглатывании воды — и всему придётся учиться заново.
Апноэ — это временная и произвольная остановка дыхания. У человека это преходящее состояние. Мы можем прожить недели без еды и несколько дней без питья, но лишь несколько минут без дыхания. «Акватичность» — фундаментальное качество для апноиста. Оно позволяет нам вести себя в мире, совершенно отличном от наземного, как если бы он был естественной средой обитания, и использовать те немногие доступные минуты в полной мере.
«Комфорт» в воде необходимо осваивать медленно и постепенно: в бассейне, на поверхности, затем в погружении. Чтобы создать хорошую основу, апноист должен внимательно изучать своё поведение, прислушиваясь и ощущая контакт с жидкой стихией без помощи какого-либо снаряжения, которое используется только по завершении этой базовой подготовки. Сейчас всеми школами апноэ признаётся, что тот, кто благодаря силе воли способен контролировать свои инстинкты выживания или сдерживать негативные мысли и импульсы (которые являются причиной почти всех несчастных случаев), достиг высокого уровня акватичности.
Готовясь к апноэ, необходимо помнить, что все чувства, настороженные и развитые в наземной среде, под водой изменятся. Если эти изменения не будут хорошо поняты, они могут вызвать серьёзные проблемы. По этой причине в Главе 2 мы рассмотрели перцептивные изменения, которым подвергается наше тело при погружении; мы изучили, как способы мышления, видения и различения цветов меняются под воздействием воды. В этой главе мы рассмотрим изменения, вызванные погружением в состоянии апноэ. Мы начнём с некоторых важных наблюдений о водной природе человека, чтобы понять, как нырятельный рефлекс является общим для многих других млекопитающих, и через изучение кроветока проанализируем кардиореспираторные изменения и их корреляцию с нервной системой.
3.1 ВОДНАЯ ПРИРОДА ЧЕЛОВЕКА
Сходство между человеком и морем невероятно — будь то с точки зрения химии или физиологических функций. Наше тело в основном состоит из воды: у взрослого человека она составляет 60% общей массы, у младенца — 80%, а у человеческого эмбриона — невероятные 97%. Как говорил Жак Майоль: «В каждом из нас — настоящий океан».
Океан внутри нас
С химической точки зрения море настолько схоже с внутренними жидкостями его обитателей, что почти составляет их внешнюю «кровь» и «лимфу». Кровь человека также имеет солевой состав, сравнимый с составом моря в прошлые эпохи, когда животная жизнь только начала проявляться на нашей планете. Однако и сегодня концентрация хлорида натрия (обычной поваренной соли) в крови выше, чем в море.
Но аналогия на этом не заканчивается. Кровь питает все ткани тела через транспорт кислорода и белков, необходимых для клеточного дыхания и питания. В определённом смысле море действует так же, неся с собой планктон, составляющий основу пищевой цепи различных морских видов.
Подобно крови, море также выполняет дыхательную функцию: большинство морских животных способны дышать благодаря кислороду, растворённому в морской воде. Как писал доктор Брукс: «Жизнь, родившаяся в море, не могла бы выбраться на сушу, если бы одновременно силы эволюции не создали организм, способный нести с собой частицу океана». По мере выхода из моря жизнь индивидуализируется, но сохраняет «крошечный кусочек моря. В древнейших генетических воспоминаниях человек всё ещё хранит память о своём водном прошлом».
Если это верно для взрослого человека, то что можно сказать о новорождённом, который только что провёл девять месяцев в жидкой среде? Плод растёт в утробе, питаемый и полностью окружённый амниотической жидкостью — в этой фазе новорождённый фактически живёт в воде. Его лёгкие «закорочены»: они существуют, но не функционируют и начнут дыхание только после рождения, как рефлекс на перерезание пуповины. Кислород, необходимый миллионам крошечных клеток, составляющих плод, поставляется кровообращением, питаемым плацентой через пуповину. Плацента — это своего рода «вторая мать», посредник между ребёнком и матерью. В последние недели беременности плод начинает практиковать дыхательный рефлекс, вдыхая амниотическую жидкость. Ещё одна впечатляющая амфибийная характеристика человеческого плода заложена в сердце. В течение девяти месяцев внутриутробной жизни сердечная мышца эволюционирует, трансформируясь из сердца с двумя камерами, как у рыбы, в сердце с тремя камерами, как у рептилии, и наконец, в четыре камеры, что характерно для млекопитающих.
Легко представить себе глубокую связь и прочные узы между новорождённым и жидкой стихией — «первичным бульоном», из которого мы вышли. Именно поэтому младенцы, погружённые в воду, не находят это полностью неприятным. Словно существует преемственность между водой матери и водой, в которую погружён ребёнок: новорождённый оказывается в своей стихии, как будто никогда её не покидал.
Есть ещё одно водное качество человека, связанное с первыми днями жизни: в первые три месяца гемоглобин новорождённого имеет большее сродство к кислороду, чем у взрослого, но после трёх месяцев эта особенность постепенно уменьшается. Это означает, что даже с физиологической точки зрения младенец предрасположен к апноэ в первые сто дней жизни.
Роды в воде
Роды в воде с замечательным успехом практикуются уже много лет во многих странах. Они стали считаться современной техникой, хотя во многих «примитивных» культурах практика погружения женщины в воду в трудные моменты схваток и родов берёт начало в древнейшей традиции. Примерами служат популяции пигмеев, живущие в лесах вдоль реки Итури в Конго, некоторые племена, населяющие перуанскую часть Амазонии, и аборигены западного побережья Австралии. Отдельные случаи родов в воде были задокументированы также у древнего народа маори в Новой Зеландии и индейцев Панамы.
Эта техника позволяет избежать травмы резкого перехода от знакомой жидкой вселенной материнского живота к сухой и совершенно незнакомой вселенной наземной жизни.
Было проведено очень сложное исследование психоаналитическим методом на выборке детей от 4 до 10 лет, все из которых родились под водой. Выяснилось, что процент детей, проявляющих заметную экстраверсию, коммуникабельность и оптимизм, был примерно на 70% выше, чем среди их сверстников, рождённых обычным способом. По мнению психологов и врачей, это объясняется тем, что первая сила, воспринимаемая новорождённым, — это не сила гравитации, violent и направленная вниз, а сила воды: мягкая, однородная и направленная вверх.
Покойный профессор Луиджи Одоне, преподаватель клинической психологии в Генуэзском университете, долгие годы занимался психодинамическими аспектами и психологическим профилем способностей апноиста. Он утверждал, что в апноэ под водой человек возвращается к своим истокам, поскольку во время пренатальной жизни он переживал водное существование, которое впоследствии никогда полностью не забывает. Бессознательное человека кое-что знает о его происхождении и его связи с природой, стихиями и вселенной.
Мы рождаемся морскими животными — как в онтогенетическом смысле (рождение индивида), так и в филогенетическом (рождение вида). По мнению профессора Одоне, процесс психологического развития человека — это не что иное, как повторение предшествующего процесса биологического развития. Больше чем уровень памяти, это уровень интуиции: где память не может достичь сознательно, мы преуспеваем с помощью бессознательного.
Авторский перевод специально для Абырвалг.нет
