Как надолго задержать дыхание под водой: упражнения. Дыхание водой
Дыхание водой. Опыты Д. Килстра — КиберПедия
Перевод с английского Н. Познанской.
источник: http://www.rusdolphin.com
Отправлено 04 Октябрь 2013 - 22:34
Привет всем! Хороший обзор о дыхании. Рекомендую.
Легкое дыхание под водой.
В обычных условиях мы не задумываемся о собственном дыхании - это непроизвольный рефлекторный процесс. Но дышать естественным образом на поверхности не тоже самое, что во время погружения под воду с аквалангом: дыхание через регулятор - неестественный акт, но погружение с аквалангом без него невозможно. Следует уделить особое внимание этой "неестественной" составляющей подводных приключений. Погружение на небольшую глубину в теплой воде - это погружение для отдыха в комфортных и в известной степени безопасных условиях. В случае погружения, например, к затонувшему объекту на глубину порядка 40 м приводит к увеличению физической нагрузки, а дыхание через регулятор может вызвать значительное изменение уровня кислорода, двуокиси углерода и азота в различных тканях организма. Подобные перемены в свою очередь могут вызвать резкое изменение в функционировании дыхательной системы. Отсюда вывод: при погружении с аквалангом вы должны осознанно регулировать свой дыхательный процесс, с тем, чтобы избежать возникновения панических состояний и потери самоконтроля, если вдруг вы почувствуете нехватку воздуха или изменения в вашем самочувствии. Человек в состоянии паники совершает необдуманные спонтанные действия, которые могут привести к эмболии или декомпрессионным состояниям, а в случае потери сознания вы рискуете просто утонуть.
Причины возникновения панических состояний или потери сознания под водой часто трудно точно определить, но природа травм и медицинские заключения, сделанные по поводу несчастных случаев под водой косвенно подтверждают, что регуляция дыхания в этих случаях играет важную роль. К сожалению, сведения о глубинных механизмах влияния дыхания на психическое и эмоциональное состояние человека далеко не полные, т.к. исследования, по понятных причинам, проводятся достаточно редко.
Дыхание в обычных условиях осуществляется рефлекторно, такой механизм заложен природой, чтобы обеспечить физиологически необходимое содержание кислорода и двуокиси углерода в крови и тканях. Мы не задумываемся как это делается - просто дышим. Отличные от обычных уровни кислорода, двуокиси углерода и азота могут оказывать на организм независимое, кумулятивное или интерактивное влияние, которое обостряется глубиной погружения, уровнем физической нагрузки, задержкой дыхания и повышением плотности вдыхаемого газа. Ни в коем случае не следует под водой терять контроль над дыханием.
Несчастные случаи, травмы и безопасность.
Прямые доказательства причинно-следственной связи между нарушением дыхания возникновением паники и неоправданно быстрого всплытия встречаются редко, однако, данные, опубликованные в отчете DAN "Декомпрессионные состояния и несчастные случаи при погружении с аквалангом" за 2000 год позволяют предположить, что именно неоправданно быстрое всплытие часто сопровождает несчастные случаи с получением травм вплоть до смертельного исхода. На рисунке 1 приведены сравнительные данные о том, как часто неоправданно быстрое всплытие сопровождало погружения с получение тяжелых травм, смертельным исходом и благополучные погружения без последствий для здоровья. Итак, неоправданно быстрое всплытие зафиксировано в 38 % погружений со смертельным исходом, в 23 % погружений, повлекших травмы и в 1 % благополучных, с точки зрения несчастных случаем, погружений.
Причин неоправданно быстрого всплытия может множество, в том числе потеря контроля за плавучестью или нехватка воздуха для дыхания. На рис. 2, например, приведены данные о том, что нехватка воздуха была зафиксирована в 24 % случаях со смертельным исходом, в 5 % случаев, повлекших травмы, и лишь в 0,3 % благополучных погружений.
Глубокое дыхание
Дыхание водой. Опыты Д. Килстра
http://www.divingworld.ru/forum/?showtopic=356
Отправлено 07 Сентябрь 2013 - 10:41
Зарождение жизниЖизнь на нашей планете зародилась, по-видимому, в воде — в среде, где запасы кислорода весьма скудны. При атмосферном давлении содержание кислорода в воздухе на уровне моря составляет 200 миллилитров на литр, а в литре поверхностного слоя воды растворено меньше семи миллилитров кислорода.
Первые обитатели нашей планеты, приспособившись к водной среде, дышали жабрами, назначение которых — экстрагировать максимальное количество кислорода из воды. В ходе эволюции животные освоили богатую кислородом атмосферу суши и начали дышать легкими. Функции дыхательных органов остались прежними.
Как в легких, так и в жабрах кислород через тонкие мембраны проникает из окружающей среды в кровеносные сосуды, а углекислый газ выбрасывается из крови в окружающую среду. Итак, и в жабрах и в легких протекают одни и те же процессы. Отсюда возникает вопрос: смогло бы животное с легкими дышать в водной среде, если бы в ней содержалось достаточное количество кислорода?
Ответ на этот вопрос заслуживает внимания по нескольким причинам. Во-первых, мы смогли бы узнать, почему дыхательные органы сухопутных животных так отличаются по строению от соответствующих органов водных животных.
Кроме того, ответ на этот вопрос имеет и чисто практический интерес. Если бы специально подготовленный человек смог дышать в водной среде, то это облегчило бы и освоение глубин океана и путешествия к далеким планетам. Все это и послужило основанием к постановке ряда экспериментов по изучению возможности дыхания сухопутных млекопитающих водой.
Проблемы при дыхании водойЭксперименты проводились в лабораториях Нидерландов и США. Дыхание водой связано с двумя основными проблемами. Об одной уже говорилось: при обычном атмосферном давлении в воде растворено слишком мало кислорода. Вторая проблема заключается в том, что вода и кровь — жидкости с очень различными физиологическими свойствами. При «вдохе» вода может повредить ткани легких и вызвать фатальные изменения объема и состава находящихся в организме жидкостей.
Предположим, мы приготовили специальный изотонический раствор, где состав солей такой же, как и в плазме крови. Под большим давлением раствор насыщают кислородом (его концентрация примерно такая же, как в воздухе). Сможет ли животное дышать таким раствором?
Первые подобные эксперименты были проведены в Лейденском университете. Через шлюз, подобный спасательному шлюпу подводной лодки, мышей вводили в камеру, заполненную специально подготовленным раствором, и который под давлением был введен кислород. Через прозрачные стенки камеры можно было наблюдать за поведением мышей.
В первые несколько мгновений животные пытались выбраться на поверхность, но им мешала проволочная сетка. После первых волнений мыши успокаивались и, казалось, не очень страдали в подобной ситуации. Они совершали медленные, ритмичные дыхательные движения, по-видимому, вдыхая и выдыхая жидкость. Некоторые из них прожили в таких условиях в течение многих часов.
Главная трудностьПосле ряда опытов стало ясно, что решающим фактором, определяющим продолжительность жизни мышей, является не недостаток кислорода (который мог быть введен в раствор в любом нужном количестве простым повышением его парциального давления), а трудность выделения из организма углекислого газа в необходимой степени.
Мышь, прожившая самое длительное время — 18 часов,— находилась в растворе, в который было добавлено небольшое количество органического буфера, трис(оксиметил)аминометана. Последний сводит к минимуму неблагоприятный эффект накопления углекислого газа в организме животных. Снижение температуры раствора до 20 С (примерно половина нормальной температуры тела мыши) также способствовало продлению жизни.
В данном случае это обусловливалось общим замедлением процессов обмена веществ.
Обычно в литре выдыхаемого животным воздуха содержится 50 миллилитров углекислого газа. При прочих равных условиях (температура, парциальное давление углекислого газа) в одном литре солевого раствора, идентичного по своему солевому составу крови, растворяется только 30 миллилитров этого газа.
Значит, чтобы выделить необходимое количество углекислого газа, животное должно вдыхать воды вдвое больше, чем воздуха. (А ведь для прокачивания жидкости через бронхиальные сосуды требуется в 36 раз больше энергии, так как вязкость воды в 36 раз превышает вязкость воздуха.) Отсюда очевидно, что даже при отсутствии турбулентного движения жидкости в легких для дыхания водой необходимо в 60 раз больше энергии, чем для дыхания воздухом.
Поэтому нет ничего удивительного в том, что подопытные животные постепенно ослабевали, а потом — вследствие истощения и накопления в организме углекислого газа — дыхание прекращалось.
Результаты экспериментаНа основании проведенных опытов нельзя было судить о том, какое количество кислорода поступает в легкие, насколько насыщена им артериальная кровь и какова степень накопления в крови животных углекислого газа. Постепенно мы подошли к серии более совершенных экспериментов.
Они проводились на собаках в большой камере, снабженной дополнительным оборудованием. Камера наполнялась воздухом под давлением в 5 атмосфер. Здесь же находилась ванна с солевым раствором, насыщенным кислородом. В нее погружали подопытное животное. Перед экспериментом, чтобы снизить общую потребность организма в кислороде, собак анестезировали и охлаждали до 32°С.
Во время погружения собака совершала бурные дыхательные движения. Струйки воды, поднимающиеся с поверхности, ясно показывали, что она прокачивала раствор через легкие. По окончании эксперимента собаку вытаскивали из ванны, удаляли из легких воду и вновь наполняли их воздухом. Из шести животных, подвергшихся испытанию, одно выжило. Собака дышала в воде 24 минуты.
Результаты эксперимента можно сформулировать следующим образом: в определенных условиях животные, которые дышат воздухом, в течение ограниченного промежутка времени могут дышать водой. Главный недостаток водного дыхания — накопление углекислого газа в организме.
Во время опыта давление крови выжившей собаки было несколько меньше нормального, но оставалось постоянным; пульс и дыхание были медленными, но равномерными, артериальная кровь насыщена кислородом. Содержание углекислого газа в крови постепенно увеличивалось. Это означало, что бурная дыхательная деятельность собаки была недостаточной для удаления необходимых количеств углекислого газа из организма.
Новая серия опытовВ Нью-Йоркском государственном университете я продолжил работу совместно с Германом Рааном, Эдвардом X. Ланфиром и Чарльзом В. Паганелли. В новой серии опытов были применены приборы, позволившие получить конкретные данные по газообмену, происходящему в легких собаки при дыхании жидкостью. Как и прежде, животные дышали солевым раствором, насыщенным кислородом под давлением в 5 атмосфер.
Газовый состав вдыхаемой и выдыхаемой жидкости определяли на входе и выходе раствора из легких собак. Насыщенная кислородом жидкость попадала в организм находящейся под наркозом собаки через резиновую трубку, вставленную в трахею. Поток регулировался клапанным насосом.
При каждом вдохе раствор под действием силы тяжести стекал в легкие, а при выдохе жидкость по такому же принципу поступала в специальный приемник. Количество кислорода, поглощенного в легких, и количество выделенного углекислого газа определяли как разность соответствующих величин в равных объемах вдыхаемой и выдыхаемой жидкости.
По окончании эксперимента, продолжительность которого доходила до сорока пяти минут, воду из легких собаки удаляли через специальное отверстие в трахее. Легкие продували несколькими порциями воздуха. Дополнительных процедур по «оживлению» не проводили. Шесть из шестнадцати собак перенесли эксперимент без видимых последствий.
Взаимодействие трех элементовДыхание и рыб и млекопитающих основано на сложном взаимодействии трех элементов:
1) потребности организма в газообмене,
2) физических свойств окружающей среды и
3) строения органов дыхания.
Чтобы подняться выше чисто интуитивной оценки значения строения органов в процессе приспособления, необходимо точно понимать все эти взаимодействия. Следует, очевидно, поставить такие вопросы. Как молекула кислорода попадает из окружающей среды в кровь? Каков ее точный путь? Ответить на эти вопросы куда более сложно, чем можно предположить.
При расширении грудной клетки в легкие животного попадает воздух (или вода). Что же происходит с жидкостью, попавшей в пограничные воздушные мешочки легких? Рассмотрим это явление на простом примере. Если в частично заполненный водой шприц медленно вводить через иглу небольшое количество чернил, то они сначала образуют тоненькую струйку в центре сосуда. После прекращения «вдоха» чернила постепенно распространяются по всему объему воды.
Если же чернила вводить быстро, так, чтобы поток был турбулентным, смешивание произойдет, конечно, гораздо быстрее. На основании полученных данных, а также учитывая размер бронхиальных трубок, можно заключить, что вдыхаемый поток воздуха или воды входит в воздушные мешочки медленно, без турбулентности.
Следовательно, можно предположить, что при вдохе свежего воздуха (или воды) молекулы кислорода сначала сосредоточатся в центре воздушных мешочков (альвеол). Теперь им предстоит преодолеть посредством диффузии значительные расстояния, прежде чем они достигнут стенок, через которые попадут в кровь.
Эти расстояния во много раз больше толщины мембран, отделяющих в легких воздух от крови. Если вдыхаемой средой является воздух, это не имеет большого значения: кислород распределяется равномерно по всей альвеоле за миллионные доли секунды.
Скорость распространения газов в воде в 6 тысяч раз меньше, чем в воздухе. Поэтому при дыхании водой возникает разность парциальных давлений кислорода в центральной и периферийной областях. Вследствие малой скорости диффузии газов давление кислорода в центре альвеолы с каждым циклом дыхания становится выше, чем у стенок. Концентрация же углекислого газа, уходящего из крови, больше у стенок альвеолы, чем в центре.
Газообмен в легкихТакие теоретические предпосылки возникли на основании изучения газового состава выдыхаемой жидкости во время экспериментов на собаках. Воду, вытекающую из легких собаки, собирали в длинную трубку. При этом оказалось, что в первой порции воды, поступившей, по-видимому, из центральной части альвеол, кислорода больше, чем в последней, поступившей от стенок. При дыхании собак в воздушной среде ощутимой разницы в составах первой и последней порций выдыхаемого воздуха не наблюдалось.
Интересно отметить, что газообмен, происходящий в легких собаки при дыхании водой, очень напоминает процесс, протекающий в простой капле воды, когда на ее поверхности осуществляется обмен: кислород — углекислый газ. На основании такой аналогии была построена математическая модель легких, а в качестве функциональной единицы выбрана сфера с диаметром примерно в один миллиметр.
Расчет показал, что легкие составляют около полумиллиона таких сферических газообменных ячеек, передача газа в которых осуществляется только при помощи диффузии. Вычисленное количество и размер этих ячеек близко совпадают с количеством и размером определенных структур легких, называемых «первичными дольками» (лобулями).
По-видимому, эти дольки и являются главными функциональными единицами легких. Аналогично—с привлечением анатомических данных — можно построить математическую модель жабр рыб, первичные газообменные единицы которых будут иметь соответственно другую форму.
Построение математических моделей позволило провести четкую грань между органами дыхания млекопитающих и рыб. Оказывается, главное заключается в геометрической структуре дыхательных ячеек. Это становится особенно очевидным при исследовании зависимости, связывающей потребность рыбы в газообмене, а свойства окружающей среды с формой органов дыхания рыб.
В уравнение, выражающее данную зависимость, входят такие величины, как доступность кислорода, то есть его концентрация, скорость диффузии и растворимость в окружающей животное среде.
Объем вдыхаемого воздуха или воды, число и размер газообменных ячеек, количество кислорода, поглощаемого ими, и, наконец, давление кислорода в артериальной крови. Предположим, что рыбы имеют в качестве органов дыхания не жабры, а легкие. Подставив в уравнение реальные данные газообмена, протекающего при дыхании рыбы, мы обнаружим, что рыба с легкими не сможет жить в воде, так как расчет показывает полное отсутствие кислорода в артериальной крови вашей модели рыбы.
Значит, в предположении была ошибка, а именно: выбранная форма газообменной ячейки оказалась неверной. Рыбы живут в воде благодаря жабрам, состоящим из плоских, тонких, плотно упакованных пластинок. В такой структуре — в отличие от сферических ячеек легких — не возникает проблемы диффузии газов.
Животное с органами дыхания, подобными легким, может выжить в воде только в том случае, если потребность его организма в кислороде крайне мала. В качестве примера назовем голотурию (морской огурец).
Жабры дают рыбам возможность жить в воде, и эти же жабры не позволяют им существовать вне воды. На воздухе они разрушаются под действием силы тяжести. Поверхностное натяжение на границе воздух — вода вызывает слипание плотно упакованных жаберных пластинок.
Общая площадь жабр, доступная для газообмена, уменьшается настолько, что рыба не может дышать, несмотря на обилие кислорода в воздухе. Альвеолы легких предохраняются от разрушения, во-первых, грудной клеткой, во-вторых, выделяющимся в легких смачивающим агентом, который значительно уменьшает поверхностное натяжение.
Дыхание млекопитающих в водеИзучение процессов дыхания млекопитающих в воде дало, таким образом, новые сведения об основных принципах дыхания вообще. С другой стороны, возникло реальное предположение, что человек сможет без вредных последствий ограниченное время дышать жидкостью. Это позволит водолазам спускаться на значительно большие глубины океана, чем сейчас.
Главная опасность глубоководного погружения связана с давлением воды на грудную клетку и легкие. В результате в легких повышается давление газов, и часть газов попадает в кровь, что приводит к серьезным последствиям. При высоких давлениях большинство газов токсично для организма.
Так, азот, попадающий в кровь водолаза, вызывает интоксикацию уже на глубине 30 метров и практически выводит его из строя на глубине 90 метров благодаря возникающему азотному наркозу. (Эта проблема может быть решена использованием редких газов, таких, как гелий, которые не токсичны даже при очень высоких концентрациях.)
Кроме того, если водолаз возвращается слишком быстро с глубины на поверхность, газы, растворенные в крови и тканях, выделяются в виде пузырьков, вызывая кессонную болезнь.
Этой опасности можно избежать, если водолаз будет дышать не воздухом, а жидкостью, обогащенной кислородом. Жидкость в легких выдержит значительные внешние давления, а объем ее при этом практически не изменится. В таких условиях водолаз, опускаясь на глубину в несколько сот метров, сможет быстро, без всяких последствий вернуться на поверхность.
В доказательство того, что кессонная болезнь не возникает при дыхании водой, в моей лаборатории были проведены следующие опыты. В экспериментах с мышью, которая дышала жидкостью, давление в 30 атмосфер в течение трех секунд доводили до одной атмосферы. Признаков заболевания не наблюдалось. Такая степень изменения давления эквивалентна эффекту подъема с глубины 910 метров со скоростью 1 100 километров в час.
Человек может дышать водойДыхание жидкостью может пригодиться человеку во время будущих путешествий в космос. При возвращении с далеких планет, например, с Юпитера, возникнет потребность в огромных ускорениях, позволяющих выйти из зоны притяжения планеты. Эти ускорения значительно больше того, что может вынести организм человека, особенно легко уязвимые легкие.
Но те же нагрузки станут вполне допустимыми, если легкие будут заполнены жидкостью, а тело космонавта погружено в жидкость с плотностью, равной плотности крови, подобно тому, как плод погружен в амниотическую жидкость материнской утробы.
Итальянские физиологи Рудольф Маргариа, Т. Гволтеротти и Д. Спинелли в 1958 году ставили такой опыт. Стальной цилиндр, в котором находились беременные крысы, бросали с разных высот на свинцовую опору. Целью эксперимента было проверить, выживет ли плод в условиях резкого торможения и толчка при приземлении. Скорость торможения вычисляли по глубине вдавливания цилиндра в свинцовую основу.
Сами животные в ходе опыта немедленно погибали. Вскрытия показывали значительное повреждение легких. Однако освобожденные хирургическим путем эмбрионы были живыми и развивались нормально. Плод, защищенный утробной жидкостью, способен перенести отрицательные ускорения до 10 тысяч g.
После экспериментов, показавших, что сухопутные животные могут дышать жидкостью, резонно предположить такую возможность и для человека. В настоящее время мы располагаем некоторыми прямыми доказательствами в пользу этого предположения. Так, например, нами используется сейчас новый метод лечения некоторых заболеваний легких.
Метод состоит в промывании одного легкого солевым раствором, удаляющим патологические выделения из альвеол и бронхов. Второе легкое дышит при этом газообразным кислородом. Успешное осуществление этой операции вдохновило нас поставить эксперимент, на который добровольно вызвался мужественный водолаз – глубинник Фрэнсис Д. Фалейчик.
Под наркозом в его трахею был введен двойной катетер, каждая трубка которого доходила до легких. При нормальной температуре тела воздух в одном легком заменили 0,9-процентным раствором поваренной соли. «Дыхательный цикл» заключался в ведении солевого раствора в легкое и последующем удалении его.
Цикл был повторен семь раз, причем для каждого «вдоха» брали 500 миллилитров раствора. Фалейчик, находившийся в течение всей процедуры в полном сознании, рассказал, что он не заметил значительной разницы между легким, дышащим воздухом, и легким, дышащим водой. Он не испытывал также неприятных ощущений при входе и выходе потока жидкости из легкого.
Конечно, этот опыт еще очень далек от попытки осуществить процесс дыхания обоими легкими в воде, но он показал, что заполнение легких человека солевым раствором, если процедура выполнена правильно, не вызывает серьезных разрушений тканей и не производит неприятных ощущений.
Самая трудная проблемаВероятно, самая трудная проблема, которую предстоит разрешить, связана с выделением из легких углекислого газа при дыхании водой. Как мы уже говорили, вязкость воды примерно в 36-40 раз больше вязкости воздуха. Это значит, что легкие будут прокачивать воду, по крайней мере, в сорок раз медленнее, чем воздух.
Другими словами, здоровый молодой водолаз, способный вдыхать 200 литров воздуха в минуту, сможет вдохнуть в минуту всего 5 литров воды. Вполне очевидно, что при таком дыхании углекислый газ не будет выделяться в достаточном количестве, даже если человек целиком погружен в воду.
Можно ли разрешить эту проблему использованием среды, в которой углекислый газ растворяется лучше, чем в воде? В некоторых сжиженных синтетических фтороуглеродах углекислого газа растворяется, например, в три раза больше, чем в воде, а кислорода — в тридцать раз. Леланд С. Кларк и Франк Голлан показали, что мышь может жить в содержащем кислород жидком фтористом углероде при атмосферном давлении.
Во фтористом углероде не только содержится больше кислорода, чем в воде, но в этой среде в четыре раза выше и скорость диффузии газа. Однако и здесь по-прежнему остается камнем преткновения малая пропускная способность жидкости через легкие: фтороуглероды обладают еще большей вязкостью, чем солевой раствор.
cyberpedia.su
Дыхание под водой – возможно!
Тема жидкостного дыхания давно волнует умы людей – сначала фантастов, а затем и серьёзных учёных. Как выяснилось после долгих лет исследований, наши лёгкие всё же способны работать наподобие рыбьих жабр: для этого необходимо заполнить их специальной жидкостью, которая будет регулярно обновляться. Эти разработки являются победой человека над силами природы и законами физики, а понятие кессонной болезни скоро безнадёжно устареет.Глубоководная болезнь
Декомпрессионная, или кессонная болезнь, известна с середины 19 века. Заболевание связано с тем, что в баллонах со сжатым воздухом, которыми пользуются водолазы, находится обычный по составу воздух. В нём содержится всего 20% кислорода, который наш организм полностью использует и перерабатывает в углекислый газ. Остальные 80% составляют, в основном, азот, гелий, водород и незначительные примеси. Когда дайвер быстро поднимается из глубины моря на поверхность, давление этих балластных газов изменяется. В результате они начинают выделяться в виде пузырьков в кровь и разрушать стенки клеток и кровеносных сосудов, блокировать кровоток. При тяжёлой форме декомпрессионная болезнь может привести к параличу или смерти.
Поэтому увлечённые дайвингом люди долгое время не могли себе позволить нырять глубже 70 метров, потому что это крайне опасно. На большие глубины способны погружаться лишь уникальные специалисты — их всего несколько человек в мире. Мировой рекордсмен здесь — южно-африканец Нуно Гомес. Его погружение в 2005 году на глубину 318 метров заняло всего 14 минут, тогда как подъём продолжался около 12 часов. При этом Гомес потратил 35 баллонов (почти 450 литров) сжатого воздуха.
Группа риска включает в себя не только дайверов и рабочих, работающих в кессонах (камерах с повышенным давлением, обычно использующиеся для строительства туннелей под реками и закрепления в донном грунте опор мостов), но и пилотов на большой высоте, а так же космонавтов, использующих для выхода в открытый космос костюмы, поддерживающие низкое давление.
К сожалению, заменить дыхательную смесь чистым кислородом – тоже не вариант. Он вызывает головные боли и общую слабость, а при продолжительном использовании наступает перекисное окисление липидов и активацию свободнорадикального окисления, что приводит к истощению антиоксидантов и возникновению окислительного стресса организма. А это уже практически 100%-ный риск развития онкологических заболеваний.
Первые успехи
Первые опыты, связанные с дыханием при помощи жидкости, были проведены в 1966 году на мышах. Кларк Леланд осуществил замену воздуха в легких у подопытных животных жидкими перфторуглеродными соединениями. Результаты были вполне удачными — мыши смогли дышать, будучи погруженными в жидкость на несколько часов, а затем снова дышать воздухом.
Уже более 20 лет неонатологи используют подобные технологи для ухода за недоношенными младенцами. Лёгочная ткань таких детишек к рождению сформирована не до конца, поэтому с помощью специальных устройств дыхательную систему насыщают как раз кислородсодержащим раствором на основе перфторуглеродов.
Эти вещества представляют собой углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. Перфторуглероды обладают аномально высокой способностью растворять газы, например, кислород и углекислый газ. Они так же высокоинертны и не метаболизируются в организме, что позволяет использовать их не только для вентиляции лёгких, но даже в качестве искусственной крови. В последние год ведутся исследования по улучшению свойств дыхательной жидкости: новая формула получила название «перфлуброн» Это чистая, маслянистая жидкость, обладающая малой плотностью. Так как у нее весьма низкая температура кипения, она быстро и легко выводится (испаряется) из легких.
К погружению готов!
Арнольд Лэнди (Arnold Lande), бывший хирург, а ныне обычный американский пенсионер-изобретатель, зарегистрировал патент на водолазный костюм, оснащенный баллоном с «жидким воздухом». Оттуда он подаётся в шлем дайвера, заполняет собой все пространство вокруг головы, вытесняет воздух из легких, полостей носоглотки и ушей, насыщая легкие человека достаточным количеством кислорода. В свою очередь, углекислый газ, который выделяется в процессе дыхания, выходит наружу при помощи своеобразного подобия жабр, прикрепленных к бедренной вене ныряльщика.
Таким образом сам процесс дыхания становится попросту не нужен – кислород поступает в кровь через легкие, а углекислый газ выводится прямо из крови. Да и давление толщи воды на по-настоящему большой глубине слишком большое: пытаясь сделать вдох где-нибудь на дне Марианской впадины, водолаз рискует сломать рёбра. Так что во главе угла теперь стоит психологический момент: нужно отучить водолазов дышать, при этом не испытывая вполне понятной тревоги. Для этого дайверам потребуется проходить курс обучения, и только приобретя все необходимые навыки, из бассейна отправляться в «открытое плавание».
«Моё изобретение позволяет полностью избежать развития кессонной болезни, поскольку вдыхаемая жидкость не содержит азота, гелия и водорода, собственно и образующих пузырьки, закупоривающих сосуды и приводящих к серьезным поражениям внутренних органов», -торжествующе заявил Арнольд Лэнди, выступая на Международной конференции по прикладной бионике и биомеханике, состоявшейся в Италии.
Таким образом, изобретатель сделал ценный подарок не только одним лишь покорителям морских глубин. Предполагается, что жидкостное дыхание так же может быть успешно использовано при космических полётах и в качестве одного из средств комплексной терапии некоторых болезней. Порадоваться могли бы и защитники природы: к примеру, печально известный разрыв на нефтяной скважине в Мексиканском заливе произошёл на глубине полторы тысячи метров, что многовато даже для техники. А вот дайверы, дышащие как рыбы, смогли бы в данной ситуации быстро справиться с ремонтом.
Edwin
Метки: технологии будущего
lfha.ru
Как надолго задержать дыхание под водой: упражнения
Умение надолго задерживать дыхание позволит вам покорить морские глубины. Выполняя все упражнения и соблюдая технику, вы сможете находиться под водой на протяжении 5-10 минут. Все зависит от вашего упорства и желания раскрыть свой потенциал. Упражнения, приведенные ниже, подскажут, как правильно задерживать дыхание под водой.
Введение в тему
В древние времена у человека не было необходимого инвентаря для погружения. Вместо привычных аквалангов и кислородных масок люди использовали довольно простой атрибут: тростниковую трубочку с полостью внутри. Юные ныряльщики учились использовать кислород в легких и погружаться на глубину до 1-2 метров (насколько позволяла трубка). Сейчас же аквалангисты могут находиться под водой несколько часов.
В истории неоднократно упоминались и древние племена, которые увеличивали объем легких, чтобы нырять на глубину до 10-20 метров и добывать жемчужины, устрицы, рыбу и крабов. В наши времена нет острой необходимости учиться задерживать дыхание ради пропитания. Однако для развлечения этот навык подходит как ничто другое. В 21 веке появился уникальный вид спорта, корни которого идут из далеких времен. Фридайвинг пользуется большой популярностью, ведь главная задача этого спорта - узнать, как задерживать дыхание под водой.
Глубокий вдох
Прислушайтесь к вашему дыханию. В спокойном состоянии вы дышите равномерно и тихо, особенно если у вас нет каких-либо патологий. Попробуйте сделать глубокий вдох, максимально расширив легкие. Почувствуйте, как дыхательный орган расширяет под давлением кислорода, грудь увеличивается в размерах. В таком состоянии задержите дыхание на несколько секунд, а затем с шумом выдохните весь углекислый газ. Вы узнаете, как надолго задержать дыхание под водой, если научитесь контролировать свои легкие.
Совет: делайте это упражнение регулярно. Заведите небольшой блокнот, куда будете записывать все свои успехи и результаты ежедневных тренировок. Постепенно увеличивайте нагрузку и задерживайте дыхание на 2 секунды больше.
Забудьте о том, как дышать
Попробуйте это упражнение, и вы будете удивлены. Ваш организм не будет заставлять вас дышать 5-10 секунд. Главная задача упражнения - насытить кислородом легкие и организм в целом. Чтобы узнать, как надолго задержать дыхание под водой, четко следуйте инструкции:
- Сядьте, спину держите ровно, подбородок не прижимайте к груди.
- Сделайте несколько глубоких вдохов. Старайтесь набирать воздух медленно, чувствуя, как ваши легкие наполняются.
Как только вы сделаете 4-6 глубоких вдохов, обратите внимание на свое дыхание. Оно должно отсутствовать, а мозг не будет подавать сигналы сделать новый живительный глоток воздуха. Эту технику часто используют фридайверы перед погружением, только частота их вдохов и количество превышают число, указанное в этом упражнении.
Статичные упражнения
Такой метод научит вас, как правильно задерживать дыхание под водой. Соблюдайте технику, и все получится! Во время упражнения вам ни в коем случае нельзя двигаться, поэтому примите удобное положение (сидя или лежа), а затем можете приступать:
- Сделайте глубокий вдох и максимально задержите дыхание. Медленно выдыхайте.
- В течение минуты сделайте снова вдох и также задержите дыхание.
- Схема статичного дыхания проста: 1 минуту дышим – 10 секунд замираем – 1 минуту дышим – 15 секунд замираем – 1 минуту дышим – 10 секунд замираем.
Повторите технику 5-6 раз. Такое упражнение позволяет приучить организм правильно реагировать на стресс после погружения. Неподготовленный организм может страдать от нехватки кислорода, когда вы находитесь под водой длительное время без тренировок.
Полезные советы
Как научиться надолго задерживать дыхание под водой? Все просто! Создайте вокруг себя благоприятную обстановку. Во-первых, откажитесь от курения в любом проявлении. Если вы бросили курить, но продолжаете баловаться кальяном и вейпером, то не сможете раскрыть потенциал своих легких. Во-вторых, начинайте упражнения с небольших задержек, чтобы дыхательный аппарат начал привыкать к нагрузке. В-третьих, совершайте пешие прогулки на длительные расстояния. Посещайте парковые зоны, гуляйте по аллеям и садам. Если вы живете в горной местности, то для развития легких необходимо подниматься по возвышенности.
Водная практика
Если вы ознакомились с нашими упражнениями, но до сих пор не знаете, как надолго задержать дыхание под водой, тогда вам нужно использовать следующую технику:
- Возьмите чистый глубокий таз, наберите в него прохладную воду.
- Сделайте глубокий вдох, закройте глаза и начните погружение.
- Опустите лицо в таз с водой так, чтобы жидкость перекрывала вам доступ к кислороду.
- Максимально задержите дыхание, затем аккуратно поднимитесь и сделайте медленный выдох.
Совет: такой способ научит вас, как надолго задержать дыхание под водой. Чтобы вы могли отслеживать свои успехи, перед погружением запускайте секундомер, а результаты вносите в специальный блокнот.
Улучшаем физическую подготовку
Посещайте регулярно бассейн, чтобы улучшить свои физические показатели, такие как сила и выносливость. Научиться задерживать дыхание - одно, а вот умение использовать теорию на практике - совсем другое. Если физическая подготовка вашего тела оставляет желать лучшего, то, оказавшись в водоеме или в бассейне, вы попросту не сможете держаться. Возможно, умение не дышать на протяжении 1-2 минут может спасти вам жизнь, однако если вы хотите стать настоящим фридайвером, придется постараться:
- В любом спорте используется дыхательная система. Например, в бодибилдинге. Выполняя статичные упражнения, спортсмен должен четко следовать технике дыхания. Как правило, на вдохе идет нагрузка мышц, на выдохе - расслабление.
- Занимайтесь бегом, плаванием. Ездите на велосипеде и катайтесь на лыжах. Посещайте регулярно бассейн и занимайтесь йогой. Познайте технику медитации, ведь в ней немаловажную роль играет дыхание.
Теперь вы знаете, как надолго задерживать дыхание под водой. Упражнения, приведенные выше, помогут добиться результатов уже после первой тренировочной недели.
Если хотите познать основы фридайвинга, вам придется постараться. Во-первых, упражнения нужно выполнять не меньше трех раз в день, а именно утром, днем и вечером. Во-вторых, не делайте никаких выходных. При ответственном подходе результат не заставит себя долго ждать. В-третьих, не следите за часами и не считайте секунды. Ожидание утомляет и уж точно сбивает весь боевой настрой. Просто включите секундомер, закройте глаза и максимально расслабьтесь. Во время погружения вы должны уметь концентрироваться на своих мыслях, иначе нежданная паника может привести к катастрофическим последствиям. В-четвертых, не переживайте, если у вас случится гипервентиляция легких. Частое дыхание, особенно во время упражнений без подготовки, может вызвать легкое головокружение и помутнение в глазах. В этом случае достаточно успокоиться и привести дыхание в норму. Эти советы точно научат вас, как долго задерживать дыхание под водой.
fb.ru
Дыхание в воду – метод управления своим здоровьем
Ключевой доминантой нарушения взаимосвязи со своим телом является высокий уровень напряжения. Из физиологии мы знаем, что постоянное напряжение вызывает выработку гормона стресса – кортизола, который в длительном пребывании в крови ведет к заболеваниям иммунной системы. Метаболический синдром, ожирение, концентрация сахара в крови – результат избыточного напряжения. Можно снизить глюкозу в крови за счет лечебных препаратов – это цель всех врачей, однако причина проблемы остается. Акцептор результата действий (АРД) будет продолжать поднимать уровень глюкозы до исходного уровня, пока мы не снизим уровень напряжения, вызвавший высокий уровень сахара. Рассмотрим основные положения о здоровье.
Здоровье
По данным исследований Всемирной организации здравоохранения, основной фактор, влияющий на здоровье – это поведение и окружающая среда человека. Наше здоровье определяется состоянием здоровья окружающих! По сути, здоровье зависит не от нас. Исходя из знаний социальной физиологии, мы знаем, что функциональные системы более высокого уровня определяют действие и поведение нижестоящих систем. Поведение всех систем организма программируется целью – социально-психического уровня ФС . Все люди похожи между собой на 99,9%. Мы все представляем клетки одного организма, которые связаны очень тесными информационными связями. Так как все мы связаны, здоровое окружение делает нас здоровыми. Наличие информационных связей необходимо для общей цели. Все клетки одного организма взаимодействуют для получения результата действий. Человеческий организм постоянно работает на поддержание здоровья. Точность передачи информации без потери информационного смысла – основное условие поддержания здоровья всех функциональных систем на всех уровнях. Болезнь в организме означает, что у отдельной группы клеток цели стали другими, нежели у целого организма, что порождает любой патологический процесс. То же самое на всех уровнях жизни, в отношениях между людьми, в семье, в бизнесе, включая страны, как общий информационный организм, и отношения внутри страны. Что хорошо просматривается на примере Украины. Суть патологического процесса не в том, чтобы усилить болезнь, а в том, чтобы вернуть обратно информационную целостность самого по себе организма. Возникновение проблем, разногласий, войн напрямую показывают симптомы болезни, чтобы привлечь внимание к той зоне, где нарушена целостность. Состояния боли, могут быть острыми, чтобы привлечь наше внимание для сознательного регулирования состояния.
Итог в том, что основным синонимом здоровья является честность, как бы тяжело нам не было, правду нужно осознавать и принимать. «Честность во всех отношениях – точность передачи информации без потери информационного смысла – основной ключ к здоровью». Анохин П.К.
Вода и ее свойства. Биологически Обратная Связь
Вода не имеет форму, и ее содержание – чистый лист. Информационное состояние человека передается через воду, как механизм обратной связи отражает нам истинное состояние своего организма. Адаптивная цель организма привлекает внимание в те места, где возникает напряжение и устраняет искажения в этой зоне, чтобы вернуть информационную целостность системе. Устранение искажения – единственное, что доступно нашему сознанию, которое может сфокусировать внимание и усилить действие сил само регуляции для восстановления и поддержания здоровья, что является целью всех систем организма.
Дыхание
На физиологию нашего тела можно повлиять только одним способом напрямую – дыхательным актом. Дыхательный и сердечно-сосудистый центры в головном мозге находятся рядом синхронизированы между собой. Существует 2 группы нейронов – отвечающие за спонтанную дыхательную активность и сознательную дыхательную активность. Если не работают первые нейроны, спонтанные – человек умирает (синдром ундины), нейроны второй группы – сознательно регулируют нашу дыхательную систему. Практика ожидающего дыхания заключается в том, чтобы спокойно, молча и ждать естественного вдоха и затем выдоха, доверяя реальности, тому, что реальность за вас сделает вдох и выдох. Нейроны второй группы, сознательные, играют более важную роль над нейронами первой группы. Если мы начинаем дожидаться вдоха и выдоха – нейроны начинают синхронизироваться. Вся физиология организма получает сигнал о том, что можно расслабляться и запускается механизм восстановления: снижается уровень тревожности, восстанавливается баланс нейромедиаторов, вся система начинает восстанавливаться.
Во время выдоха в воду, из-за большего сопротивления среды ( плотность воды в 710раз больше воздуха) происходит усиленное сокращение диафрагмы, что означает сознательное управление дыханием нейронами второй группы, в то же время мы доверяем среде, не сопротивляемся, опуская расслабленное лицо в воду с длинным выдохом через нос и рот дожидаемся естественного вдоха над водой через рот, синхронизируясь с нейронами первой группы. Воздействие этого механизма запускает обновление организма на клеточном уровне. Путь к здоровью заключается в том, чтобы снизить уровень тревожности через тотальное принятие жизни, без сопротивления. Это единственный путь чтобы быть счастливым. При удовлетворении той или иной потребности появляются возможности для удовлетворения следующей потребности. Когда человек начинает доверять тому, что с ним происходит – с этого момента человек становится исполнителем Высшей воли, и работает наиболее эффективным образом и что бы ни произошло, человек не создает никаких привязок к своему предыдущему опыту и развивает чувствительность в настоящем. Интересно отметить, что женщинам, из-за особенности строения тела, рельефа, кожного покрова, меньшего удельного веса, и большей массы подкожного жира свойственна высокая чувствительность кожного анализатора. Это способствуют лучшей биологической приспособленности к передвижению в воде, и создает женщинам преимущества в адаптации к специфическим условиям водной среды. У мужчин адаптация к воде проявляется в развитии костяка и мускулатуры, пропорций тела и других особенностей конституции.
УПРАЖНЕНИЕ НА ДЫХАНИЕ «Выдохи в воду»
Вдыхать и выдыхать во время гребка – непростая задача. Вам необходимо подстроить дыхание под естественный ход гребка, дышать ритмично, продолжая при этом грести. Это сложный навык, вам потребуется терпение. Цель следующего упражнения – коснуться вопросов синхронизации процессов дыхания, движения и выравнивания положения тела, применение обычной модели дыхания, правильный расчет времени дыхания, а также научиться задействовать мышцы живота для достижения лучшей дыхательной техники. Хороший тренер будет учить вас 2-3 недели как выдыхать в воду, под водой и над водой. И если вы один раз поймете суть дыхания, то сумеете рассчитать индивидуальное время вдоха и выдоха чтобы добиться идеального быстрого движения вперед. Обычная техника дыхания состоит их вдоха над водой через рот – выдоха под воду через рот-нос . Как выполнять упражнение.
Техника в плавании – основа хорошего плавания. Зачастую сложно обнаружить проблему, просто накручивая километраж в бассейне. По этим причинам именно плавательные упражнения являются основным ключом к обучению плаванию на всех уровнях.
Ваш тренер Татьяна Хван
продолжение следует….
В избранноеmeditation-portal.com
Дыхание водой: alboros
Жизнь на нашей планете зародилась, по-видимому, в воде — в среде, где запасы кислорода весьма скудны. При атмосферном давлении содержание кислорода в воздухе на уровне моря составляет 200 миллилитров на литр, а в литре поверхностного слоя воды растворено меньше семи миллилитров кислорода.
Первые обитатели нашей планеты, приспособившись к водной среде, дышали жабрами, назначение которых — экстрагировать максимальное количество кислорода из воды.
В ходе эволюции животные освоили богатую кислородом атмосферу суши и начали дышать легкими. Функции дыхательных органов остались прежними.
Как в легких, так и в жабрах кислород через тонкие мембраны проникает из окружающей среды в кровеносные сосуды, а углекислый газ выбрасывается из крови в окружающую среду. Итак, и в жабрах и в легких протекают одни и те же процессы. Отсюда возникает вопрос: смогло бы животное с легкими дышать в водной среде, если бы в ней содержалось достаточное количество кислорода?
Ответ на этот вопрос заслуживает внимания по нескольким причинам. Во-первых, мы смогли бы узнать, почему дыхательные органы сухопутных животных так отличаются по строению от соответствующих органов водных животных.
Кроме того, ответ на этот вопрос имеет и чисто практический интерес. Если бы специально подготовленный человек смог дышать в водной среде, то это облегчило бы и освоение глубин океана и путешествия к далеким планетам. Все это и послужило основанием к постановке ряда экспериментов по изучению возможности дыхания сухопутных млекопитающих водой.
Проблемы при дыхании водой
Эксперименты проводились в лабораториях Нидерландов и США. Дыхание водой связано с двумя основными проблемами. Об одной уже говорилось: при обычном атмосферном давлении в воде растворено слишком мало кислорода.
Вторая проблема заключается в том, что вода и кровь — жидкости с очень различными физиологическими свойствами. При «вдохе» вода может повредить ткани легких и вызвать фатальные изменения объема и состава находящихся в организме жидкостей.
Предположим, мы приготовили специальный изотонический раствор, где состав солей такой же, как и в плазме крови. Под большим давлением раствор насыщают кислородом (его концентрация примерно такая же, как в воздухе). Сможет ли животное дышать таким раствором?
Первые подобные эксперименты были проведены в Лейденском университете. Через шлюз, подобный спасательному шлюпу подводной лодки, мышей вводили в камеру, заполненную специально подготовленным раствором, и который под давлением был введен кислород. Через прозрачные стенки камеры можно было наблюдать за поведением мышей.
В первые несколько мгновений животные пытались выбраться на поверхность, но им мешала проволочная сетка. После первых волнений мыши успокаивались и, казалось, не очень страдали в подобной ситуации. Они совершали медленные, ритмичные дыхательные движения, по-видимому, вдыхая и выдыхая жидкость. Некоторые из них прожили в таких условиях в течение многих часов.
Главная трудность дыхания водой
После ряда опытов стало ясно, что решающим фактором, определяющим продолжительность жизни мышей, является не недостаток кислорода (который мог быть введен в раствор в любом нужном количестве простым повышением его парциального давления), а трудность выделения из организма углекислого газа в необходимой степени.
Мышь, прожившая самое длительное время — 18 часов,— находилась в растворе, в который было добавлено небольшое количество органического буфера, трис(оксиметил)аминометана. Последний сводит к минимуму неблагоприятный эффект накопления углекислого газа в организме животных. Снижение температуры раствора до 20 С (примерно половина нормальной температуры тела мыши) также способствовало продлению жизни.
В данном случае это обусловливалось общим замедлением процессов обмена веществ.
Обычно в литре выдыхаемого животным воздуха содержится 50 миллилитров углекислого газа. При прочих равных условиях (температура, парциальное давление углекислого газа) в одном литре солевого раствора, идентичного по своему солевому составу крови, растворяется только 30 миллилитров этого газа.
Значит, чтобы выделить необходимое количество углекислого газа, животное должно вдыхать воды вдвое больше, чем воздуха. (А ведь для прокачивания жидкости через бронхиальные сосуды требуется в 36 раз больше энергии, так как вязкость воды в 36 раз превышает вязкость воздуха.)
Отсюда очевидно, что даже при отсутствии турбулентного движения жидкости в легких для дыхания водой необходимо в 60 раз больше энергии, чем для дыхания воздухом.
Поэтому нет ничего удивительного в том, что подопытные животные постепенно ослабевали, а потом — вследствие истощения и накопления в организме углекислого газа — дыхание прекращалось.
Результаты эксперимента
На основании проведенных опытов нельзя было судить о том, какое количество кислорода поступает в легкие, насколько насыщена им артериальная кровь и какова степень накопления в крови животных углекислого газа. Постепенно мы подошли к серии более совершенных экспериментов.
Они проводились на собаках в большой камере, снабженной дополнительным оборудованием. Камера наполнялась воздухом под давлением в 5 атмосфер. Здесь же находилась ванна с солевым раствором, насыщенным кислородом. В нее погружали подопытное животное. Перед экспериментом, чтобы снизить общую потребность организма в кислороде, собак анестезировали и охлаждали до 32°С.
Во время погружения собака совершала бурные дыхательные движения. Струйки воды, поднимающиеся с поверхности, ясно показывали, что она прокачивала раствор через легкие. По окончании эксперимента собаку вытаскивали из ванны, удаляли из легких воду и вновь наполняли их воздухом. Из шести животных, подвергшихся испытанию, одно выжило. Собака дышала в воде 24 минуты.
Результаты эксперимента можно сформулировать следующим образом: в определенных условиях животные, которые дышат воздухом, в течение ограниченного промежутка времени могут дышать водой. Главный недостаток водного дыхания — накопление углекислого газа в организме.
Во время опыта давление крови выжившей собаки было несколько меньше нормального, но оставалось постоянным; пульс и дыхание были медленными, но равномерными, артериальная кровь насыщена кислородом. Содержание углекислого газа в крови постепенно увеличивалось.
Это означало, что бурная дыхательная деятельность собаки была недостаточной для удаления необходимых количеств углекислого газа из организма.
Новая серия опытов дыхания водой
В Нью-Йоркском государственном университете я продолжил работу совместно с Германом Рааном, Эдвардом X. Ланфиром и Чарльзом В. Паганелли. В новой серии опытов были применены приборы, позволившие получить конкретные данные по газообмену, происходящему в легких собаки при дыхании жидкостью. Как и прежде, животные дышали солевым раствором, насыщенным кислородом под давлением в 5 атмосфер.
Газовый состав вдыхаемой и выдыхаемой жидкости определяли на входе и выходе раствора из легких собак. Насыщенная кислородом жидкость попадала в организм находящейся под наркозом собаки через резиновую трубку, вставленную в трахею. Поток регулировался клапанным насосом.
При каждом вдохе раствор под действием силы тяжести стекал в легкие, а при выдохе жидкость по такому же принципу поступала в специальный приемник. Количество кислорода, поглощенного в легких, и количество выделенного углекислого газа определяли как разность соответствующих величин в равных объемах вдыхаемой и выдыхаемой жидкости.
Животных не охлаждали. Оказалось, что в этих условиях собака экстрагирует примерно такое же количество кислорода из воды, как обычно из воздуха. Как и следовало ожидать, животные не выдыхали достаточного количества углекислого газа, поэтому содержание его в крови постепенно увеличивалось.
По окончании эксперимента, продолжительность которого доходила до сорока пяти минут, воду из легких собаки удаляли через специальное отверстие в трахее. Легкие продували несколькими порциями воздуха. Дополнительных процедур по «оживлению» не проводили. Шесть из шестнадцати собак перенесли эксперимент без видимых последствий.
Взаимодействие трех элементов
Дыхание и рыб и млекопитающих основано на сложном взаимодействии трех элементов:
1) потребности организма в газообмене,
2) физических свойств окружающей среды и
3) строения органов дыхания.
Чтобы подняться выше чисто интуитивной оценки значения строения органов в процессе приспособления, необходимо точно понимать все эти взаимодействия. Следует, очевидно, поставить такие вопросы. Как молекула кислорода попадает из окружающей среды в кровь? Каков ее точный путь? Ответить на эти вопросы куда более сложно, чем можно предположить.
При расширении грудной клетки в легкие животного попадает воздух (или вода). Что же происходит с жидкостью, попавшей в пограничные воздушные мешочки легких? Рассмотрим это явление на простом примере.
Если в частично заполненный водой шприц медленно вводить через иглу небольшое количество чернил, то они сначала образуют тоненькую струйку в центре сосуда. После прекращения «вдоха» чернила постепенно распространяются по всему объему воды.
Если же чернила вводить быстро, так, чтобы поток был турбулентным, смешивание произойдет, конечно, гораздо быстрее. На основании полученных данных, а также учитывая размер бронхиальных трубок, можно заключить, что вдыхаемый поток воздуха или воды входит в воздушные мешочки медленно, без турбулентности.
Следовательно, можно предположить, что при вдохе свежего воздуха (или воды) молекулы кислорода сначала сосредоточатся в центре воздушных мешочков (альвеол). Теперь им предстоит преодолеть посредством диффузии значительные расстояния, прежде чем они достигнут стенок, через которые попадут в кровь.
Эти расстояния во много раз больше толщины мембран, отделяющих в легких воздух от крови. Если вдыхаемой средой является воздух, это не имеет большого значения: кислород распределяется равномерно по всей альвеоле за миллионные доли секунды.
Скорость распространения газов в воде в 6 тысяч раз меньше, чем в воздухе. Поэтому при дыхании водой возникает разность парциальных давлений кислорода в центральной и периферийной областях. Вследствие малой скорости диффузии газов давление кислорода в центре альвеолы с каждым циклом дыхания становится выше,чем у стенок. Концентрация же углекислого газа, уходящего из крови, больше у стенок альвеолы, чем в центре.
Газообмен в легких
Такие теоретические предпосылки возникли на основании изучения газового состава выдыхаемой жидкости во время экспериментов на собаках. Воду, вытекающую из легких собаки, собирали в длинную трубку.
При этом оказалось, что в первой порции воды, поступившей, по-видимому, из центральной части альвеол, кислорода больше, чем в последней, поступившей от стенок. При дыхании собак в воздушной среде ощутимой разницы в составах первой и последней порций выдыхаемого воздуха не наблюдалось.
Интересно отметить, что газообмен, происходящий в легких собаки при дыхании водой, очень напоминает процесс, протекающий в простой капле воды, когда на ее поверхности осуществляется обмен: кислород — углекислый газ. На основании такой аналогии была построена математическая модель легких, а в качестве функциональной единицы выбрана сфера с диаметром примерно в один миллиметр.
Расчет показал, что легкие составляют около полумиллиона таких сферических газообменных ячеек, передача газа в которых осуществляется только при помощи диффузии. Вычисленное количество и размер этих ячеек близко совпадают с количеством и размером определенных структур легких, называемых «первичными дольками» (лобулями).
По-видимому, эти дольки и являются главными функциональными единицами легких. Аналогично — с привлечением анатомических данных — можно построить математическую модель жабр рыб, первичные газообменные единицы которых будут иметь соответственно другую форму.
Построение математических моделей позволило провести четкую грань между органами дыхания млекопитающих и рыб. Оказывается, главное заключается в геометрической структуре дыхательных ячеек. Это становится особенно очевидным при исследовании зависимости, связывающей потребность рыбы в газообмене, а свойства окружающей среды с формой органов дыхания рыб.
В уравнение, выражающее данную зависимость, входят такие величины, как доступность кислорода, то есть его концентрация, скорость диффузии и растворимость в окружающей животное среде.
Объем вдыхаемого воздуха или воды, число и размер газообменных ячеек, количество кислорода, поглощаемого ими, и, наконец, давление кислорода в артериальной крови. Предположим, что рыбы имеют в качестве органов дыхания не жабры, а легкие.
Подставив в уравнение реальные данные газообмена, протекающего при дыхании рыбы, мы обнаружим, что рыба с легкими не сможет жить в воде, так как расчет показывает полное отсутствие кислорода в артериальной крови вашей модели рыбы.
Значит, в предположении была ошибка, а именно: выбранная форма газообменной ячейки оказалась неверной. Рыбы живут в воде благодаря жабрам, состоящим из плоских, тонких, плотно упакованных пластинок. В такой структуре — в отличие от сферических ячеек легких — не возникает проблемы диффузии газов.
Животное с органами дыхания, подобными легким, может выжить в воде только в том случае, если потребность его организма в кислороде крайне мала. В качестве примера назовем голотурию (морской огурец).
Жабры дают рыбам возможность жить в воде, и эти же жабры не позволяют им существовать вне воды. На воздухе они разрушаются под действием силы тяжести. Поверхностное натяжение на границе воздух — вода вызывает слипание плотно упакованных жаберных пластинок.
Общая площадь жабр, доступная для газообмена, уменьшается настолько, что рыба не может дышать, несмотря на обилие кислорода в воздухе. Альвеолы легких предохраняются от разрушения, во-первых, грудной клеткой, во-вторых, выделяющимся в легких смачивающим агентом, который значительно уменьшает поверхностное натяжение.
Дыхание млекопитающих в воде
Изучение процессов дыхания млекопитающих в воде дало, таким образом, новые сведения об основных принципах дыхания вообще. С другой стороны, возникло реальное предположение, что человек сможет без вредных последствий ограниченное время дышать жидкостью. Это позволит водолазам спускаться на значительно большие глубины океана, чем сейчас.
Главная опасность глубоководного погружения связана с давлением воды на грудную клетку и легкие. В результате в легких повышается давление газов, и часть газов попадает в кровь, что приводит к серьезным последствиям. При высоких давлениях большинство газов токсично для организма.
Так, азот, попадающий в кровь водолаза, вызывает интоксикацию уже на глубине 30 метров и практически выводит его из строя на глубине 90 метров благодаря возникающему азотному наркозу. (Эта проблема может быть решена использованием редких газов, таких, как гелий, которые не токсичны даже при очень высоких концентрациях.)
Кроме того, если водолаз возвращается слишком быстро с глубины на поверхность, газы, растворенные в крови и тканях, выделяются в виде пузырьков, вызывая кессонную болезнь.
Этой опасности можно избежать, если водолаз будет дышать не воздухом, а жидкостью, обогащенной кислородом. Жидкость в легких выдержит значительные внешние давления, а объем ее при этом практически не изменится. В таких условиях водолаз, опускаясь на глубину в несколько сот метров, сможет быстро, без всяких последствий вернуться на поверхность.
В доказательство того, что кессонная болезнь не возникает при дыхании водой, в моей лаборатории были проведены следующие опыты. В экспериментах с мышью, которая дышала жидкостью, давление в 30 атмосфер в течение трех секунд доводили до одной атмосферы. Признаков заболевания не наблюдалось. Такая степень изменения давления эквивалентна эффекту подъема с глубины 910 метров со скоростью 1 100 километров в час.
Человек может дышать водой
Дыхание жидкостью может пригодиться человеку во время будущих путешествий в космос. При возвращении с далеких планет, например, с Юпитера, возникнет потребность в огромных ускорениях, позволяющих выйти из зоны притяжения планеты. Эти ускорения значительно больше того, что может вынести организм человека, особенно легко уязвимые легкие.
Но те же нагрузки станут вполне допустимыми, если легкие будут заполнены жидкостью, а тело космонавта погружено в жидкость с плотностью, равной плотности крови, подобно тому, как плод погружен в амниотическую жидкость материнской утробы.
Итальянские физиологи Рудольф Маргариа, Т. Гволтеротти и Д. Спинелли в 1958 году ставили такой опыт. Стальной цилиндр, в котором находились беременные крысы, бросали с разных высот на свинцовую опору. Целью эксперимента было проверить, выживет ли плод в условиях резкого торможения и толчка при приземлении. Скорость торможения вычисляли по глубине вдавливания цилиндра в свинцовую основу.
Сами животные в ходе опыта немедленно погибали. Вскрытия показывали значительное повреждение легких. Однако освобожденные хирургическим путем эмбрионы были живыми и развивались нормально. Плод, защищенный утробной жидкостью, способен перенести отрицательные ускорения до 10 тысяч g.
После экспериментов, показавших, что сухопутные животные могут дышать жидкостью, резонно предположить такую возможность и для человека. В настоящее время мы располагаем некоторыми прямыми доказательствами в пользу этого предположения. Так, например, нами используется сейчас новый метод лечения некоторых заболеваний легких.
Метод состоит в промывании одного легкого солевым раствором, удаляющим патологические выделения из альвеол и бронхов. Второе легкое дышит при этом газообразным кислородом.
Успешное осуществление этой операции вдохновило нас поставить эксперимент, на который добровольно вызвался мужественный водолаз — глубинник Фрэнсис Д. Фалейчик.
Под наркозом в его трахею был введен двойной катетер, каждая трубка которого доходила до легких. При нормальной температуре тела воздух в одном легком заменили 0,9-процентным раствором поваренной соли. «Дыхательный цикл» заключался в ведении солевого раствора в легкое и последующем удалении его.
Цикл был повторен семь раз, причем для каждого «вдоха» брали 500 миллилитров раствора. Фалейчик, находившийся в течение всей процедуры в полном сознании, рассказал, что он не заметил значительной разницы между легким, дышащим воздухом, и легким, дышащим водой. Он не испытывал также неприятных ощущений при входе и выходе потока жидкости из легкого.
Конечно, этот опыт еще очень далек от попытки осуществить процесс дыхания обоими легкими в воде, но он показал, что заполнение легких человека солевым раствором, если процедура выполнена правильно, не вызывает серьезных разрушений тканей и не производит неприятных ощущений.
Самая трудная проблема дыхания водой
Вероятно, самая трудная проблема, которую предстоит разрешить, связана с выделением из легких углекислого газа при дыхании водой. Как мы уже говорили, вязкость воды примерно в 36-40 раз больше вязкости воздуха. Это значит, что легкие будут прокачивать воду, по крайней мере, в сорок раз медленнее, чем воздух.
Другими словами, здоровый молодой водолаз, способный вдыхать 200 литров воздуха в минуту, сможет вдохнуть в минуту всего 5 литров воды. Вполне очевидно, что при таком дыхании углекислый газ не будет выделяться в достаточном количестве, даже если человек целиком погружен в воду.
Можно ли разрешить эту проблему использованием среды, в которой углекислый газ растворяется лучше, чем в воде? В некоторых сжиженных синтетических фтороуглеродах углекислого газа растворяется, например, в три раза больше, чем в воде, а кислорода — в тридцать раз. Леланд С. Кларк и Франк Голлан показали, что мышь может жить в содержащем кислород жидком фтористом углероде при атмосферном давлении.
Во фтористом углероде не только содержится больше кислорода, чем в воде, но в этой среде в четыре раза выше и скорость диффузии газа. Однако и здесь по-прежнему остается камнем преткновения малая пропускная способность жидкости через легкие: фтороуглероды обладают еще большей вязкостью, чем солевой раствор.
Перевод с английского Н. Познанской.
Clinic All
alboros.livejournal.com
6 советов, которые помогут научиться надолго задерживать дыхание под водой
Несколько советов от профессиональных фридайверов, которые могут посодействовать вам в обучении задерживать дыхание под водой аж до 8 минут, а может даже больше.
1. Учитесь делать глубокий вдох
Сделайте вдох. Поднялись только ваши плечи и грудь, не так ли? Если да, значит, для дыхания вы используете только верхнюю часть легких и дышите неправильно. Если вы хотите вдохнуть побольше кислорода для глубоководного погружения, необходимо начать использовать весь объем ваших легких. Правильное дыхание начинается от диафрагмы.Глубоко вдохните через рот и представьте, как ваши легкие наполняются кислородом, начиная с самого дна. Теперь они наполнены до диафрагмы. Далее, воздух дошел уже до грудины. И, наконец, воздухом заполнены верхушки легких в верхней части.
2. Что происходит с телом при задержке дыхания
Когда человек задерживает дыхание на длительное время, его тело проходит через три стадии. Во-первых, из-за повышения содержания СО в организме у вас появится сильное желание сделать вдох. Если начать ему противиться, в диафрагме начнутся судороги. Это просто способ вашего тела сказать: « Эй, приятель, у нас тут уровень СО повысился, может хватит уже дурью маяться?».Если вы сможете перебороть эти судороги, начнется вторая стадия, в которой селезенка вольет до 15% свежей богатой кислородом крови в вашу кровеносную систему. У людей это, как правило, происходит, когда организм переходит в шоковое состояние, но у морских млекопитающих, таких как киты и тюлени, постоянно происходит подобная «вентиляция» крови в селезенке. Когда эта богатая кислородом кровь попадает в кровоток, фридайвер перестает испытывать судороги и чувствует прилив энергии.Третий этап – потеря сознания. Мозг использует где-то 20% поступающего в организм кислорода. Когда в мозг поступает сигнал о том, что кислорода в крови недостаточно, он просто отключается. Если это происходит во время погружения водолаза – море станет его могилой. Профессиональные фридайверы учатся распознавать эти сигналы и определять, сколько у них есть времени на погружение. Когда они испытывают судороги, они знают, что в запасе есть еще несколько минут, которые можно провести под водой. Когда в организм фридайвера поступает обогащенная кислородом кровь из селезенки, он понимает, что пришло время всплывать, чтобы не потерять под водой сознание.Согласно мнению профессиональных фридайверов глубокий вдох должен занимать 20 секунд.
3. Тренировка статической остановки дыхания
Эту методику используют глубоководные водолазы, чтобы приучить легкие выдерживать последствия длительной задержки дыхания. Статическими их называют потому, что во время их выполнения необходимо оставаться на месте, не плавать и вообще не двигаться. Есть две программы тренировки: первая поможет справляться с избытком СО, а другая позволит увеличить объем легких и, следовательно, количество хранимого в них кислорода.
4. Таблица СО
Как вы можете видеть, периоды отдыха получаются все короче и короче от подхода к подходу. Во время периода отдыха важно дышать спокойно, не прибегая к гипервентиляции. Если не можете задержать дыхание на минуту, снизьте это время до приемлемого для вас уровня. Если это будет 30 секунд, все в порядке. Просто добавляйте каждый день по 5 секунд. Выполняйте программу один раз утром и один раз вечером.
5. Таблица О
При помощи программы, которую вы видите на таблице О, ваши легкие смогут хранить больше кислорода и лучше работать при его нехватке. В этом упражнении, вам придется надольше задерживать дыхание, но периоды покоя остаются одними и теми же. Как и в предыдущем случае, начать можно с 30 секунд и прибавлять каждый день еще по 5. Обе тренировки можно делать в один и тот же день, но их необходимо отделять промежутком времени хотя бы в несколько часов.
6. Делайте как можно меньше движений
Движения тела расходуют драгоценный кислород, так что если вы хотите научиться действительно надолго задерживать дыхание, учитесь оставаться неподвижным как можно дольше. Теперь вы знаете, как профессиональные фридайверы тренируются задерживать дыхание. При выполнении этих рекомендаций ни в коем случае нельзя спешить, прибегать к гипервентиляции легких и не залезайте в воду, пока не будете уверенно их выполнять на суше.
По материалам: dnpmag.com
ex3m.com.ua
Как научиться долго не дышать под водой 🚩 как долго задерживать дыхание 🚩 Водные виды спорта
Чаще бегайте. Бег развивает дыхательную систему и грудную клетку, способствует похудению и улучшает способность легких впитывать кислород. Бег на длинные дистанции приучает организм экономно расходовать ресурсы, в том числе и кислород. Особенно полезен бег с концентрацией внимания на дыхании: приучите себя бегать так, чтобы на определенное количество шагов приходилось определенное количество вдохов и выдохов.
Займитесь дыхательными упражнениями, описанными в йоге и китайских боевых искусствах. Доказано, что они не только хорошо развивают грудную клетку, но и учат управлять диафрагмой.
Займитесь медитацией и аутогенной тренировкой. Это необходимо, чтобы уметь владеть своими эмоциями и отключаться от всех посторонних мыслей. Умение владеть собой и не отвлекаться ни на что – важная составляющая в тренировке задержки дыхания.
1. Сделайте медленный глубокий вдох, стараясь равномерно заполнить воздухом нижние, средние и верхние отделы легких. Затем задержите дыхание на 1 минуту. Выдох делайте с силой, сквозь сжатые губы, в несколько приемов. Щеки при этом не раздувайте. Со временем пытайтесь увеличивать время задержки дыхания.2. В течение нескольких минут делайте энергичные вдохи и выдохи, стараясь как можно интенсивнее насытить кровь кислородом. После этого сделайте вдох и задержите дыхание на максимальное время. Во время задержки дыхания руки вытяните вперед на уровне груди, пальцы сожмите в кулаки. Начните быстро разводить руки назад и сводить их вместе до тех пор, пока можете держать воздух в легких. В заключении резко выдохните.
3. Ходьба с концентрацией внимания на дыхании. Сделайте определенное количество шагов одинаковой длины во время медленного вдоха. Затем, не останавливаясь, и не задерживая дыхания, сделайте такое же количество шагов на выдохе. Продолжайте упражнение, пока не сделаете несколько циклов вдох-выдох. Если упражнение выполняется легко, увеличьте количество шагов во время вдоха и выдоха. Это упражнение необходимо выполнять по несколько раз в день.
4. Нижнее дыхание. Лежа, положите одну ладонь на живот, другую – на грудь. Начните вдыхать и выдыхать воздух, используя только нижние отделы легких. Руками контролируйте свои дыхательные движения: двигаться должен только живот, грудная клетка должная оставаться неподвижной. Выдох должен быть длительным, сквозь сжатые губы, вдох немного короче, чем выдох.
Погрузитесь в воду, расслабьтесь и держитесь за что-нибудь, например, за бортик бассейна. Постарайтесь отключиться от всех посторонних мыслей. Сделав несколько энергичных вдохов и выдохов, чтобы насытить кровь кислородом, задержите дыхание и погрузитесь в воду. Во время вдоха не старайтесь максимально наполнить легкие воздухом. Время задержки дыхания будет значительно дольше, если вдыхать на 75-80% от максимального объема легких. Находясь под водой, воздух во рту не запасайте.При плавании под водой старайтесь делать медленные и плавные движения, чтобы сэкономить кислород. Сосредоточьтесь на задержке дыхания и не позволяйте посторонним мыслям лезть в голову. Осматриваясь под водой, чаще используйте боковое зрение. Не крутите лишний раз головой и не задирайте ее вверх – при длительной задержке дыхания это может привести к потере сознания.
После длительной задержки дыхания нельзя резко выдыхать и вдыхать новый воздух. Выдохните примерно на треть, затем вдохните. И только потом выполняйте полный выдох и вдох.
Запомните, чем теплее вода, тем дольше время задержки дыхания, так как в холодной воде организму требуется больше кислорода, чтобы поддерживать постоянную температуру тела.
Во время тренировок в воде привлекайте помощника. Он не только сможет хронометрировать задержки дыхания, но и подстрахует на случай возможной потери сознания.
www.kakprosto.ru
