Главная » Статьи » Гипервентиляция – за и против

Гипервентиляция – за и против

Гипервентиляция это понятие знаковое. Еще с “дремучих” советских времен для всех нас, начинавших тогда заниматься подводной охотой, она была неким волшебным словом, паролем, золотым ключиком, открывающим дверь в таинственное подводное царство. «И как это вам удается так здорово нырять?» – восхищенно вопрошали мы, новички, встреченных на водоеме или в бассейне корифеев. «Гипервентиляция, однако» - торжественно и важно подняв указательный палец, изрекал «старший» товарищ. И ежели был благосклонно настроен, передавал непосвященным это тайное знание. Несколько поколений отечественных подводных охотников, как «дважды два четыре» были уверены, что частое глубокое дыхание перед погружением существенно увеличивает время пребывания под водой, и без этой предварительной процедуры, ставшей непременным обрядом, краеугольным камнем ныряния без акваланга, о длительной задержке дыхания не стоит и думать. Однако, в последние годы, под влиянием заграничных школ обучения фридайвингу, появилось прямо противоположное мнение, прямо покушающееся на эту «священную корову» подводников старой школы: «гипервентиляция не только ничего не дает, но и вредна». И поклонников этой теории становиться все больше. Сторонники обеих теории свято убеждены в своей правоте и обычно приводят в качестве аргумента собственный опыт ныряния: «Я гипервентилируюсь и в результате очень долго сижу под водой – А я нет и сижу еще дольше». Кто прав и как все-таки стоит вентилировать легкие перед нырком? Попробуем разобраться. Для этого посмотрим, что же такое гипервентиляция с научной точки зрения, как она влияет на организм человека и постараемся сделать полезные для нас выводы. Для того, чтобы ясно понимать о чем идет речь начнем с определений:

«Гипервентиляция – это глубокое, учащенное дыхание, при котором вентиляция легких существенно превышает необходимую для нормального обмена веществ в данный момент времени». Иными словами, значительное увеличение «прокачиваемого» через легкие объема воздуха по сравнению с обычным считается гипервентиляцией. Для количественной оценки легочной вентиляции используют следующие понятия:

  • Дыхательный объем (ДО) – объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в одном дыхательном цикле.
  • Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – это объем воздуха, который человек способен выдохнуть после максимального вдоха. То, что остается у нас в легких после этого называют остаточным объемом.
  • Минутный объем дыхания (МОД) определяют умножением ДО на частоту дыхательных циклов за 1 минуту.
  • Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – объем воздуха, который может быть провентилирован через легкие за 1 минуту при максимальной работе дыхательной системы.
  • Резерв дыхания (РД) определяют по формуле МВЛ-МОД. Эта величина отражает функциональные возможности дыхательной системы при увеличении нагрузки.

Таким образом, по сути, гипервентиляция осуществляется за счет РД. В спортивной медицине принято считать гипервентиляцией уже 2-х кратное увеличение МОД. У здоровых людей РД превышает МОД в 15-20 раз и, приблизительно, равен 85% МВЛ. Т.е. объем дыхания при гипервентиляции может увеличиться более чем в 10 раз.

Как мы видим объем воздуха, проходящий через легкие в единицу времени (т.е. МОД) при гипервентиляции может лежать в достаточно широких пределах. При этом, возрастание легочной вентиляции может осуществляться как за счет увеличения частоты дыхания, так и его глубины (т.е. ДО), или же достигаться совмещением обоих процессов. Получается, что когда ныряльщики спорят о влиянии гипервентиляции на организм, они должны как минимум договориться о том, что они при этом имеют в виду. Мы же в нашей статье попробуем разобраться, вредна или полезна гипервентиляция для задержки дыхания и, если полезна, то каким именно образом лучше ее выполнять перед нырком.

Вначале рассмотрим процессы, происходящие в организме при нормальном дыхании вообще и гипервентиляции в частности.

Всем известно, что в процессе дыхания человек поглощает из вдыхаемого воздуха кислород и выделяет углекислый газ. Остальные газы, входящие в состав воздуха, в химических процессах, происходящих в организме практически не участвуют. Газообмен в легких осуществляется на поверхности альвеол – микроскопических пузырьков, составляющих основную массу легочной ткани, которые оплетает густая сеть из мельчайших кровеносных сосудов – капилляров. Кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь, где связывается гемоглобином и разноситься по сосудам ко всем органам и тканям. В обратном направлении - из капилляров в альвеолы - переходит углекислый газ. Этот обмен газов обусловлен разностью их концентраций между капиллярной кровью и альвеолярным воздухом. Кислород (процентное содержание которого больше в альвеолах) направляется в кровь, а углекислый газ (которого, напротив, больше в крови) переходит в альвеолы. Многие из нас не знают, что концентрации кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе (т.е. внутри легких) отличаются от содержания этих газов в атмосфере. Атмосферный воздух, который мы вдыхаем, содержит 20,1% кислорода и 0,03% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе кислорода содержится уже только 16,3%, а углекислого газа целых 4%! Иными словами, при нормальном дыхании кислорода в легких находится всегда меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере.

При дыхании количественный состав газов в легких меняется, и чем и чаще и глубже мы дышим, тем больше эти изменения. Чем интенсивнее гипервентиляции, тем больше в альвеолярном воздухе окажется кислорода и меньше углекислого газа. При этом, главным образом в легких снижается концентрация углекислого газа, а содержание кислорода возрастает в значительно меньшей степени. Для примера, при обычном дыхании, парциальное давление кислорода в крови составляет 100 мм.рт.ст, а углекислого газа 40 мм.рт.ст. В результате гипервентиляции содержание кислорода повышается до 120 мм.рт.ст., а содержание углекислого газа снижается до 20 мм.рт.ст. Разумеется, здесь приведены средние величины, т.к. в зависимости от интенсивности гипервентиляции и индивидуальных особенностей человека они могут существенно отличаться.

Такое изменение содержания кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе в легких вызывает аналогичные изменения содержания этих газов и в крови. И как мы видим, в результате гипервентиляции изменение концентрации кислорода в крови будет гораздо менее значительно, чем концентрации углекислого газа. Естественно встает вопрос: концентрация какого из этих газов наиболее важна с точки зрения задержки дыхания. Как это не покажется удивительным, наш организм в большей степени реагирует на увеличение концентрации углекислого газа, чем на уменьшение содержания кислорода. Именно углекислый газ, а не кислород вызывает раздражение дыхательного центра в головном мозге. По мере задержки дыхания в крови, поступающей к дыхательному центру накапливается углекислый газ и, как следствие, нарастает интенсивность нервных импульсов побуждающих нас сделать вдох.

Таким образом, можно сделать вывод, что гипервентиляция, которая многократно уменьшает содержание в крови углекислого газа теоретически должна быть полезна для увеличения задержки дыхания. К сожалению, как показывают результаты научных исследований, не все так просто. В чем же могут проявляться негативные последствия гипервентиляции как физиологического процесса в целом и снижения концентрации углекислого газа в частности?

Повышенная чувствительность организма к углекислому газу связана с тем, что при его растворении в жидкостях на водной основе, в том числе и в крови он образует химические соединения, повышающие кислотность среды (как мы помним из школьного курса химии для ее количественной оценки используется так называемый показатель рН). Соответственно, чем больше углекислого газа будет в крови, тем более кислой станет внутренняя среда организма. И наоборот, чем меньше в крови углекислого газа, тем больше реакция среды сдвигается в щелочную сторону. Учитывая, что большинство химических процессов, на которых основана вся жизнедеятельность нашего организма, возможна в очень узком диапазоне показателя рН, то его существенный сдвиг в ту или иную сторону крайне нежелателен. В этом кроется одна из опасностей чрезмерной гипервентиляции: при резком вымывании из легких и соответственно по цепочке из крови большого количества углекислого газа, рН реакция крови становится чрезмерно щелочной. Организм начинает защищаться и чтобы снизить поступление «вредной» крови к жизненно важным органам сужает подходящие к ним сосуды. В первую очередь сужаются сосуды головного мозга. Этот процесс может оказаться сильно выраженным, поступление крови окажется слишком слабым и приведет к кислородному голоданию (гипоксии) тканей мозга. Степень гипоксии может быть такова, что человек потеряет сознание. Учитывая, что концентрация углекислого газа падает сначала в легких, а уже затем, через какое то время, в крови, потеря сознания, что самое неприятное, может произойти уже после погружения под воду. Здесь важно отметить еще и то, что реакция организма на снижение концентрации углекислого газа в крови обусловлена в большей степени скоростью ее изменения, а не абсолютной величиной. Следовательно, резкая, интенсивная гипервентиляции может привести к потере сознания с большей вероятностью. Таким образом, негативный результат от чрезмерной гипервентиляции налицо.

Как мы видим у гипокапнии (так “по-научному” называется пониженное содержание в организме углекислого газа) есть и отрицательные моменты. В чем же еще, кроме возможности потери сознания могут проявляться негативные последствия снижения концентрации углекислого газа в организме?

Наряду с сужением сосудов, питающих кровью головной мозг, при гипокапнии сужаются сосуды доставляющие кровь к сердечной мышце, происходит некоторое падение артериального давления, возрастает частота сердечных сокращений, а сосуды скелетной мускулатуры оказываются значительно расширенными. Вспомним, что у человека существуют некоторые приспособительные реакции к задержке дыхания, которые способствуют увеличению времени пребывания под водой. Вероятно, это отголоски тех времен, когда предки наземных животных жили в воде. Так, при погружении человека под воду у него рефлекторно снижается частота сердечных сокращений, повышается артериальное давление, кровоток перераспределяется в сторону увеличения снабжения мозга и сердца, а кровеносные сосуды мышц, наоборот, сужаются. Получается, что изменения в состоянии организма возникающие от снижения концентрации углекислого газа при гипервентиляции противоположно направлены к эффектам от приспособительной реакции человека на погружение.

Кроме этого, гипокапния увеличивает напряженность мышц, их скованность, крайним проявлением чего могут быть судороги. Одновременно, снижается мышечная работоспособность. Отметим, что скованность мышц так же вредна с точки зрения экономии кислорода при задержке дыхания.

Помимо чисто физиологических проявлений последствий гипокапнии, при гипервентиляции происходит изменения в центральной нервной системе: возникает различной силы возбуждение, нарушается равновесие между ее парасимпатической и симпатической частями. В отдельных случаях нервная импульсация становиться настолько сильной, что вместо задержки дыхания преобладает желание сделать вдох. Естественно и повышенная возбудимость, и нарушение «душевного» равновесия не способствуют увеличению времени пребывания под водой.

Следовательно, гипервентиляция может быть не только полезна, но и вредна для подготовки к нырянию. Однако, задача понижения уровня углекислого газа в легких и крови, все-таки очень важна для ныряльщика на задержке дыхания. Чем меньше будет в начале задержки концентрация углекислого газа, тем теоретически дольше в течение нырка он будет накапливаться до уровня, при котором сигналы дыхательного центра на вдох станут трудно переносимыми. Добиться этого можно только при помощи гипервентиляции.

Не будем забывать, что гипервентиляция предполагает различные по частоте, глубине и продолжительности способы дыхания. Таким образом, необходимо подобрать такой режим гипервентиляции, при котором ее негативные последствия будут минимальны.

Описанные негативные эффекты проявляются тем сильнее, чем быстрее уменьшается содержание углекислого газа в организме, т.е. чем интенсивнее гипервентиляция. Отсюда, можно сделать вывод о том, что для снижения негативных последствий вентилироваться перед нырком стоит умеренно и равномерно. Тем более, что научные эксперименты показывают, что наиболее существенные изменения в составе альвеолярного воздуха происходят уже при 2-х кратном увеличении легочной вентиляции. Снижения концентрации углекислого газа в большей степени зависит не от частоты дыхания, а от объема легочной вентиляции. Получается, что вентилироваться лучше за счет увеличения объемов вдохов-выдохов, а не их количества. При частом дыхании объем вдыхаемого воздуха может быть небольшим и соответственно степень «обновления» воздуха в легких будет мала, т.к. большая доля придется на «мертвое» пространство дыхательных путей, которое не участвует в газообмене.

Не менее важно и то, что быстрые, резкие вдохи и, особенно, выдохи характеризуются большой скоростью воздушного потока. При этом в соответствие с законом Бернулли (вспоминаем школьную физику!) в дыхательных путях снижается давление. И если трахея и крупные бронхи, стенка которых содержит жесткие хрящевые кольца, почти не меняют свою геометрию, то имеющие мягкую стенку более мелкие бронхи и бронхиолы спадаются, существенно уменьшая свой просвет. Как следствие, работа дыхательной мускулатуры при этом значительно возрастает, а вентиляция легких наоборот резко уменьшается. Учитывая, что работа мышц требует повышенного расхода кислорода и сопровождается образованием углекислого газа, чрезмерно интенсивное дыхание для его последующей задержки может принести больше вреда чем пользы – расход кислорода может оказаться больше, чем его приход за счет увеличения вентиляции.

Получается, что с точки зрения науки для подготовки к нырку выгоднее глубокое, равномерное дыхание «смешанного типа» (когда на вдохе и выдохе работают и межреберные мышцы и мышцы диафрагмы), тем более, что при этом абсолютное падение уровня углекислого газа и увеличение уровня кислорода происходят опять же в наибольшей степени.

Таким образом, при выработке «стиля» дыхания между нырками можно руководствоваться следующими соображениями: сразу после всплытия, когда организму в первую очередь остро требуется кислород, дыхание должно быть более интенсивным. В этот момент его не нужно контролировать и можно дышать так как “хочется” организму. Из тех же научных данных известно, что наибольшее изменение в количествах углекислого газа и кислорода в легких происходят в течение первой минуты гипервентиляции. Поэтому затем в фазе «отдыха» стоит приступить к глубокому равномерному дыханию. При этом идет насыщение кислородом органов и тканей, и доокисление тех продуктов обмена веществ, которые образовались при длительной задержке дыхания в анаэробных условиях (в частности, молочной кислоты). В то же время происходит восстановление и отдых всех систем организма, снятие нервного возбуждения. А равномерное ритмичное дыхание хорошо этому способствует. Остается фаза непосредственно перед нырком. Собственно то, что нас больше всего интересует. Из рассмотренных нами фактов получается, что делать частые глубокие вдохи и выдохи, тем более в большом количестве непосредственно перед самой задержкой дыхания нецелесообразно. Последние 2-3 вдоха и выдоха стоит сделать спокойными и глубокими. Кажется все ясно и понятно. Впрочем, оговоримся: может оказаться нецелесообразно большинству людей. Во-первых, выявлены существенные отличия в реакциях различных людей на гипервентиляцию. И хотя большинство реагирует именно так, как мы описали выше, встречаются значительные индивидуальные разнообразия. И что интересно вплоть до прямо противоположных явлений. Поэтому, как любили говорить при Советской власти – «практика критерий истины». Степень частоты дыхания перед нырком нужно подбирать индивидуально опытным путем. И лучше это делать в бассейне под контролем опытного тренера и страховкой товарищей. Хотя, скорее всего, учитывая собственный опыт, не изнурять себя до одурения резкими вдохами-выдохами будет лучше.

Внимание! Злоупотребляющих гипервентиляцией ныряльщиков подстерегает одно коварное явление, которое в практических условиях подводной охоты может стать смертельно опасным. Известно, что зачастую охота происходит на значительных глубинах. Те из нас, кто давно и серьезно занимается подводной охотой знают, что даже на Черном море иногда приходится часами охотится на значительном расстоянии от берега, совершая десятки и сотни нырков на глубину более 15 метров. Естественно, что перед нырком на такую глубину охотник старается отдохнуть и хорошо провентилировать легкие. При этом, парциальное давление углекислого газа в крови значительно снижается, а содержание кислорода увеличивается, вызывая чувство легкой эйфории. На глубине объем наших легких уменьшается прямо пропорционально возрастанию внешнего давления. Так на глубине 10 метров объем легких уменьшается в 2 раза, а на глубине 20 метров  в 3 раза. При этом в альвеолярном воздухе в той же степени возрастает и парциальное давление кислорода. А мы перед нырком еще и от углекислого газа кровь очистили. Вроде бы неплохо?

Здесь важно помнить, что если позывам на вдох мы обязаны углекислому газу, то внезапные потери сознания (т.н. блэкауты) связаны с быстрым падением парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и крови. На большой глубине парциальное давление кислорода в легких существенно повышено и мы немного дольше не ощущаем позывов на вдох. Это происходит потому, что после гипервентиляции углекислый газ не успевает накопиться в крови до того количества, которое вызывает уже нестерпимое желание вдохнуть. А сжатый внешним давлением кислород исправно продолжает поступать из легких в кровь, усыпляя нашу бдительность. Но что происходит при всплытии? Легкие быстро расширяются и парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе и в крови резко падает. Его, кислорода, и там, на глубине было уже мало, мы просто не ощущали этого! Ведь перед нырком мы от души пррровентилировались, освободились от нашего верного сторожевого пса углекислого газа и на глубине ничто не напоминало нам что пора всплывать! И что самое неприятное, по мере всплытия чувство удущья почти не нарастает. Потеря сознания, вызванная резким падением парциального давления кислорода всегда наступает внезапно, без предвестников, как правило на последних 10 метрах или у самой поверхности, где относительный перепад давления наибольший. И если мы охотимся в одиночку и рядом никого нет, или приятель отвернулся, или он просто в стороне, всего в 50 метрах от нас… . Все, как говорится, пишите письма!

Охота дело азартное и каждый из нас в глубине души, считает себя великим охотником! “Вот они, ну, помните, в той статье во 2-ом (3-ем, 5-ом, 50-ом номере МПО) охотились на такой глубине!” Значит и я могу! Многие так рассуждают. Ну что можно сказать по этому поводу?

Авторы подобных статей хорошо подготовленные спортсмены, которые круглогодично охотятся и регулярно тренируются в бассейне. И так десятки лет своей жизни! Профессионалы не только хорошо тренированы, они на собственном опыте смогли установить и проверить, какие нагрузки способен перенести их организм.

Лично мне (А.Б) приходилось в одиночку, по много часов охотится на расстоянии 1-2 километра от берега на глубинах более 20 метров (горбыль знаете ли, зубарь…. На Черном море есть и такие места), прибегая при этом и к гипервентиляции. Как врач и охотник с 25-летним стажем могу сказать, что это сильно напоминало русскую рулетку. Живым я, по-видимому, остался только потому, что постоянно, старался контролировать свое физическое и психологическое состояние и был максимально собранным. И никакого азарта! Давно известно, что охотники бывают двух категорий смелые и живые!

Именно об этом стоит помнить, прибегая к такому неоднозначному способу удлинить время нырка, как ГИПЕРВЕНТИЛЯЦИЯ.