Олег Гаврилин
Гиперкапния
За последние годы было написано множество статей на тему рекреационных и оздоровительных аспектов фридайвинга. Как только его ни называли, и с чем только ни сравнивали. Фридайвинг – это и йога в воде, и гимнастика в невесомости, и спа-процедуры для экстремалов. И все в один голос говорят (точнее, пишут) о том, что, дескать, фридайвинг благотворно влияет на здоровье физическое и психическое исключительно потому, что он «полезен». Множество восторгов и восхвалений, но маловато фактов.
Давайте попробуем добавить чуть больше науки и реальных фактов в дискуссию о таком, без сомнения, интересном и весьма динамично развивающемся виде досуга как фридайвинг.
Сразу хочу заметить, что данная статья отнюдь не рассказывает о каких-либо научных исследованиях, целенаправленно проведенных по данному вопросу, а представляет собой анализ фридайвинга исключительно с точки зрения физиологии. Так как тема достаточно обширная, в этом обзоре будет рассмотрен лишь один аспект задержки дыхания – изменение парциальных давлений кислорода и углекислого газа в крови во время нырка.
Итак. Что же происходит в организме, когда человек задерживает дыхание?
В первую очередь следует отметить развитие выраженной гипоксии (снижение парциального давления кислорода) и гиперкапнии (рост парциального давления углекислого газа). Парциальное давление кислорода в артериальной крови (PaО2) падает до 75-60 мм рт. ст. /норма – 88-110 мм рт. ст./ (хотя классическая физиология видит эти цифры несколько иными). В частности в основополагающем труде «Патологическая физиология» (под ред. А.Д. Адо и Л.М. Ишимовой) нормой считаются показания в пределах 117-159 мм рт. ст., а напряжение углекислого газа (PaСО2) повышается до 43-50 мм рт. ст. /норма – 37-42 мм рт. ст./. Рассмотрим сначала по отдельности влияние гипоксии и гиперкапнии на организм человека, а затем в комплексе – влияние гипоксической гиперкапнии (т.е. повышения углекислого газа в крови, возникающего вследствие задержки дыхания).
Напряжение углекислого газа в крови – основной стимул для регуляции дыхания. Т.е. повышение концентрации углекислого газа в крови оказывает тонирующее воздействие на дыхательный центр – стимулирует вдох.
Вентиляторный (дыхательный) ответ на изменение PaСО2 более выражен, чем на изменение PaО2. При увеличении концентрации СО2 во вдыхаемом воздухе легочная вентиляция может повышаться в 8-10 раз. На протяжении всей задержки дыхания происходит непрерывное увеличение концентрации СО2. Увеличение напряжения СО2 в крови приводит к улучшению кровообращения во внутренних органах, влияет на состояние гладкой мускулатуры внутренних органов, сосудов и нервной системы. Опять же, нужно помнить, что различные варианты гиперкапнических (т.е. с повышением концентрации углекислого газа в крови) тренировок уже давно и вполне успешно применяются в спортивной медицине для повышения физической выносливости.
Умеренная гиперкапния оказывает благоприятное влияние на кровоснабжение сердца и мозга, повышает возбудимость дыхательного центра.
Гипоксия является мощным сосудорасширяющим фактором для коронарных сосудов (сердечных, т.е.). Объём коронарного кровотока значительно возрастает при снижении в крови содержания кислорода до 8-9%. Вместе с тем суживаются сосуды мышц и органов брюшной полости. Кровоток через ткани регулируется наличием кислорода: чем ниже его концентрация, тем больше крови притекает к этим тканям. Соответственно улучшается их питание.
Сосудорасширяющим действием также обладают различные продукты распада АТФ (АденозинТриФосфат), а также CO2, H+/- ионы, молочная кислота.
При нарастании состояния гипоксии их количество также возрастает. Что, в свою очередь, оказывает благотворное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека.
Еще одним явлением, сопровождающим фридайвера во время нырка, является сдвиг кислотно-щелочного баланса в «кислую» сторону. Особенно ярко это выражено во время нырков в глубину.
В условиях ацидоза («закисления» организма вследствие накопления СО2) понижается возбудимость адренорецепторов (их возбуждение способствует сужению, спазму сосудов) по отношению к КТА (катехоламинам), что также способствует расширению сосудов. Приспособительные реакции организма на уровне испытывающих кислородное голодание тканей выражаются в активации процесса гликолиза, за счёт которого в течение короткого времени могут удовлетворяться энергетические потребности клеток. При гликолизе повышается содержание в тканях молочной кислоты, возникает ацидоз, который способствует диссоциации оксигемоглобина в капиллярах (т.е. улучшается «отдача» кислорода в капиллярах). За счет чего повышается общая транспортная способность крови и улучшается снабжение кислородом тканей тела.
Углекислота является важнейшим ингредиентом окисления, образующимся в окислительном цикле Кребса (Цикл трикарбоновых кислот).
Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) – центральная часть общего пути катаболизма (катаболизм – процесс метаболического распада (деградации) сложных веществ на более простые или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ), циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии – АТФ.
После своего образования молекула CO2 в клетках соединяется с калием, в плазме крови с натрием, в костях с кальцием. В крови около 5% от общего количества углекислоты находится в растворённом состоянии в виде CO2 газа (99% и H2CO3 1%). Основное количество углекислоты входит в состав бикарбоната натрия. В эритроцитах 2-10% CO2 находится в непосредственной связи с аминогруппами гемоглобина. Реакция отщепления CO2 происходит очень быстро, без участия ферментов.
Другими словами, цикл Кребса – это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
Продолжение следует…
