Влияние задержки дыхания на мозг и мышцы

Всем известно ощущение нехватки кислорода. Одышка появляется при задержке дыхания, выполнении тяжелых упражнений или подъеме на высоту. Ученые установили, что ее возникновение в большей степени связано с избыточным количеством углекислого газа в крови, нежели с недостатком кислорода. Влияние задержки дыхания на мозг человека исследовалось не только у обычных людей, но и у дайверов. Профессионалы могут задерживать дыхание более чем на 11 минут, и это не предел.

Содержание

• Проведенные исследования
• Что происходит в мышцах ног
• Изменения в головном мозге
• Зачем все это

Проведенные исследования

Ученых уже давно интересует, что происходит в организме дайверов, когда они задерживают дыхание, что определяет пределы возможного и как эти навыки можно использовать в других условиях.

Недавно в Европейском журнале прикладной физиологии было опубликовано исследование, в котором принимали участие люди, не имеющие специальной подготовки, то есть не тренирующие задержку дыхания. Суть эксперимента проста — человек задерживает дыхание, а специалисты измеряют частоту сердечных сокращений и уровень кислорода. Это показывает как организм справляется с гипоксией и что в это время происходит.

Данный эксперимент проводился в Бельгии, в Гентском университете. Специалисты отобрали 31 добровольца — 14 женщин и 17 мужчин. Испытуемые задерживали дыхание три раза подряд с двухминутным перерывом. Было отмечено, что при повторных задержках результаты были лучше. В какой-то мере это связано с тем, что при гипоксии селезенка начинает продуцировать большее количество эритроцитов, функция которых перенос кислорода. Во время последней задержки дыхания у испытуемых были проведены дополнительные замеры — определяли не только частоту сердечных сокращений и оксигенацию в мозге, но и концентрацию кислорода в мышцах ног.

Испытуемые третий раз задерживали дыхание на 37 секунд. Это достаточно хороший показатель для нетренированных людей. Ниже представлена диаграмма того как при этом выглядела средняя частота пульса. На графике изображены первые 60 секунд (слева) и последние 60 секунд (справа). Серым показано время, когда человек начал и прекратил задержку дыхания.

Синие точки — это средние значения, их количество увеличивается по мере того, как человек готовится задержать дыхание. Возможно это связано с опасением или возбуждением, а может быть это результат нескольких глубоких вдохов подряд. Испытуемым было запрещено гипервентилировать легкие перед задержкой дыхания, чтобы из организма не удалилось большое количество углекислого газа — это бы позволило задержать дыхание на более продолжительное время. Испытуемых предупредили за 30 секунд, а за 10 секунд был начат обратный отсчет.

Через 10 секунд после задержки дыхания частота сердечных сокращений у испытуемых замедлилась, и в итоге снизилась на 27 ударов в минуту. Максимально низкая частота пульса отмечалась на 83 секунде.

Если кровообращение человека резко прекращается, он в течение 30 секунд может потерять сознание, а мозг получит необратимые повреждения в течение 2–10 минут. В процессе исследования один человек потерял сознание, а у второго стала сильно кружиться голова — их результаты на графике отмечены серией красных и белых точек.

Что происходит в мышцах ног

Как и у других млекопитающих, у людей имеется реакция ныряния, она появляется в момент задержки дыхания. Она улучшается, если лицо человека погружено в воду. Кровеносные сосуды, которые ведут к мышцам, сужаются, и кровь перенаправляется в мозг. Подобие этой реакции происходит и на суше.

Оксигенация тканей мышц ног проводилась с помощью ближней инфракрасной спектроскопии — через кожу проходит инфракрасный свет, что позволяет измерить насколько мышцы насыщены кислородом. Результат исследования — уровень кислорода в мышцах уменьшается уже на 5 секунде задержки дыхания, и продолжает падать до тех пор, пока дыхание не восстанавливается. То есть и на суше сосуды крови сужаются, чтобы перенаправить больше крови в мозг.

Изменения в головном мозге

Оксигенация мозга тоже проводилась при помощи спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне. Результаты оказались очень интересными.

Как видно на графике уровень кислорода в головном мозге сначала снизился. Возможно это связано с падением артериального давления. Однако, через 5 секунд начал возрастать, а через 60 секунд стал на 4% больше исходного. Это демонстрация самозащиты мозга — человек задерживает дыхание, но получает при этом больше кислорода.

Такое положение вещей продолжается недолго. Постепенно концентрация кислорода уменьшается и продолжает снижаться до тех пор, пока человек не сделает вдох. По результатам исследования после вдоха испытуемых уровень кислорода в мозге сократился на 5%.

У дайверов такое происходит через 2,5 минуты. Это значит, что они не лучше поддерживают уровень кислорода в мозге, а просто преодолевают естественное желание сделать вдох.

Вернемся к двум испытуемым, которые не смогли долго задерживать дыхание. Как видно на графике, их показатели отличаются от других людей. У них уровень кислорода резко падает, затем некоторое время происходит компенсация, после чего снижается до критических отметок, что и влечет за сбой головокружение и потерю сознания. Кроме того, на графике видно, что у этих людей была слабая реакция на перекачивание крови из мышц к головному мозгу (красные точки). Что касается белых точек — видно, что произошли нарушения, а результат был тем же — недостаток кислорода в мозге.

Зачем все это

Данные исследования преследовали много целей, одна из них — усовершенствование рекомендаций к тренировкам с задержкой дыхания для повышения спортивных и высотных показателей. В предыдущих исследованиях принимали участие профессиональные дайверы, и было непонятно какими именно будут результаты обычных неподготовленных людей. Обморок и головокружение говорят о том, что в дальнейшем необходима осторожность. Важно знать предупреждающие признаки обморока и никогда не проводить тренировки по задержке дыхания в одиночку.