При погружении на глубину более ста метров насыщение мозга кислородом у фридайверов снижается до 25 процентов, а частота сердечных сокращений у некоторых из них составляет 11 ударов в минуту. Такие результаты получила группа ученых из пяти стран, когда проследила, как меняется кровоснабжение мозга и сердцебиение при погружении под воду. Исследование опубликовали в Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.
Фридайвинг — это подводное плавание с задержкой дыхания, при котором не используется акваланг. Фридайвинг зародился еще до периода Великих географических открытий, который начался в XV веке. До изобретения скафандра и акваланга это был единственный способ долго находиться под водой и его использовали, например, для сбора жемчуга. В современном мире люди практикуют фридайвинг как спорт.
За время существования фридайвинга ученые уже успели понять основные приспособительные механизмы, позволяющие людям находиться под водой. При погружении у человека срабатывает нырятельный рефлекс, который замедляет сердечный ритм, сужает периферические сосуды, а также вызывает кровяной сдвиг, при котором легкие заполняются кровью, и это сдерживает их сжатие под давлением воды. Все приспособительные реакции при нырянии направлены на поддержание кровоснабжения легких и мозга. Несмотря на то, что основные механизмы нырятельного рефлекса уже известны, в этой области осталось много белых пятен. Работ, изучающих физиологию млекопитающих при погружении на значительные глубины, немного. Насыщение кислородом во время нахождения под водой анализировали в масштабах организма, а кровоснабжение отдельных органов при погружении изучали в основном в опытах на животных.
Ученые из Великобритании, Голландии, США, Швеции и Японии во главе с Эрикой Шагатэй (Erika Schagatay) из Университета Средней Швеции посмотрели, как меняется кровоснабжение мозга во время нахождения под водой у фридайверов. Они использовали спектроскопию в ближней инфракрасной области. Это неинвазивная технология регистрирует изменения концентрации гемоглобина и оксигемоглобина (соединенного с кислородом). Сенсоры помещали у фридайверов на голове, над префронтальной корой. По сигналу от сенсоров ученые рассчитали также частоту сердечных сокращений. Всего фридайверы сделали 17 экспериментальных погружений (авторы не указывают, сколько человек участвовало в эксперименте). Средняя длительность погружения составила 130 секунд, а максимальная глубина достигала 107 метров.
При погружении на глубину более ста метров насыщение кислородом мозга снижалось до 25 процентов, что вполовину меньше 50-процентного порога, при котором человек обычно теряет сознание. Подобные уровни кислорода в мозге опережают параметры, зарегистрированные при восхождении на Эверест. При этом частота сердечных сокращений при погружении у некоторых фридайверов составляла 11 ударов в минуту.
Уровень кислорода в мозге у фридайверов в зависимости от глубины погружения.
McKnight et al / Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021
Работа, выполненная Эрикой Шагатэй с коллегами, может оказаться полезной хирургам и анестезиологам. Наблюдение за тем, как мозг адаптируется к низкому уровню кислорода, может помочь усовершенствовать подготовку пациентов к операциями, а также разработать лечение нарушений кровообращения.
