Войти
Рефлекс ныряния, также известная как реакция ныряния и ныряющий рефлекс млекопитающих, представляет собой набор физиологических реакций на погружение, которые отменяют базовые гомеостатические рефлексы, и обнаруживается у всех дышащих воздухом позвоночных, изученных на сегодняшний день. Он оптимизирует дыхание, предпочтительно распределяя запасы кислорода в сердце и мозг, обеспечивая погружение в воду на продолжительное время.
Рефлекс ныряния сильно проявляется у водных млекопитающих, таких как тюлени, выдры, дельфины и ондатры, и проявляется в меньшей степени у других животных, включая взрослых людей, младенцев до 6 месяцев (см. плавание младенцев ) и ныряние птицы, такие как утки и пингвины.
Рефлекс ныряния вызывается, в частности, охлаждением и увлажнением ноздрей и лица при задержке дыхания, и поддерживается посредством нейронной обработки, происходящей в хеморецепторах сонной артерии. Наиболее заметны эффекты на сердечно-сосудистую систему, которая проявляется сужением периферических сосудов, замедлением сердечного ритма, перенаправлением крови к жизненно важным органам для сохранения кислорода, высвобождением эритроцитов, хранящихся в селезенке, и у людей, нарушения сердечного ритма. Хотя водные животные развили глубокие физиологические приспособления для сохранения кислорода во время погружения, апноэ и его продолжительность, брадикардия, вазоконстрикция и перераспределение сердечного выброса. возникают также у наземных животных как нервная реакция, но эффекты более выражены у естественных ныряльщиков.
Когда лицо погружено в воду и вода заполняет ноздри, сенсорные рецепторы чувствительны к влажность в носовой полости и других областях лица, снабжаемая пятым (V) черепным нервом (тройничный нерв ), передает информацию действие в мозг. Десятый (X) черепной нерв (блуждающий нерв ) - часть вегетативной нервной системы - затем вызывает брадикардию, а другие нервные пути вызывают сужение периферических сосудов, ограничивая кровоток из конечностей и т. органы для сохранения крови и кислорода для сердца и мозга (и легких), концентрируя поток в цепи сердце-мозг и позволяя животному сохранять кислород.
У людей рефлекс ныряния не возникает, когда конечности вводятся в холодную воду. Легкая брадикардия вызвана тем, что субъекты задерживают дыхание, не погружая лицо в воду. При дыхании с погруженным лицом реакция ныряющего увеличивается пропорционально понижению температуры воды. Однако наибольший эффект брадикардии возникает, когда субъект задерживает дыхание с влажным лицом. Апноэ с ноздрей и охлаждение лица являются триггерами этого рефлекса.
Реакция ныряющих животных, таких как дельфин, значительно варьируется в зависимости от уровня нагрузки во время кормления. Дети, как правило, выживают дольше взрослых, когда лишены кислорода под водой. Точный механизм этого эффекта обсуждался и может быть результатом охлаждения мозга, аналогичным защитным эффектам, наблюдаемым у людей, лечившихся от глубокой гипотермии.
во время длительной задержки дыхания во время в погруженном состоянии уровни кислорода в крови снижаются, в то время как уровни углекислого газа и кислотности повышаются, стимулы, которые коллективно действуют на хеморецепторы, расположенные в двусторонних каротидных телах. Как органы чувств, каротидные тела передают химический статус циркулирующей крови центрам мозга, регулируя нервные импульсы к сердцу и кровообращению. Предварительные данные, полученные на утках и людях, показывают, что каротидные тела важны для этих интегрированных сердечно-сосудистых реакций при нырянии, создавая «хеморефлекс», характеризующийся парасимпатическим (замедляющим) действием на сердце и симпатическим (сосудосуживающее ) воздействие на сосудистую систему.
Плазма потеря жидкости из-за иммерсионного диуреза происходит в течение короткого периода погружение. Погружение в воду вызывает сдвиг крови из конечностей в грудную клетку. Сдвиг жидкости происходит в основном из внесосудистых тканей, а увеличенный предсердный объем приводит к компенсаторному диурезу. Объем плазмы, ударный объем и сердечный выброс во время погружения остаются выше нормы. Повышенная респираторная и сердечная нагрузка вызывает усиление притока крови к сердечным и дыхательным мышцам. На ударный объем не оказывает существенного влияния погружение или изменение давления окружающей среды, но брадикардия снижает общий сердечный выброс, особенно из-за рефлекса ныряния при погружениях с задержкой дыхания.
Брадикардия - это реакция на контакт лица с холодной водой: человеческий сердечный ритм замедляется на 10–25 процентов. Тюлень испытывает изменения которые еще более впечатляющие: от 125 ударов в минуту до 10 при длительном погружении. Во время задержки дыхания у людей также наблюдается снижение сократимости левого желудочка и уменьшение сердечного выброса, эффекты, которые могут быть более серьезными во время погружения из-за гидростатического давления..
Замедление частоты сердечных сокращений снижает потребление кислорода сердцем и компенсирует гипертензию из-за сужения сосудов. Однако время задержки дыхания сокращается, когда все тело подвергается воздействию холодной воды, поскольку скорость метаболизма увеличивается, чтобы компенсировать ускоренную потерю тепла, даже когда частота сердечных сокращений значительно замедлена.
Селезенка сокращается в ответ на пониженный уровень кислорода и повышенный уровень углекислого газа, высвобождая красные кровяные тельца и увеличивая кислородную емкость крови. Это может начаться до брадикардии.
Сдвиг крови - термин, используемый, когда кровоток к конечностям перераспределяется в голову и туловище во время погружения с задержкой дыхания. Периферическое сужение сосудов происходит во время погружения сосудов сопротивления, ограничивая кровоток в мышцах, коже и внутренних органах, областях, которые являются «толерантными к гипоксии ", тем самым сохраняя насыщенную кислородом кровь для сердца, легких и мозга. Повышенное сопротивление периферическому кровотоку повышает кровяное давление, которое компенсируется брадикардией, состояние которой усугубляется холодной водой. У водных млекопитающих объем крови на единицу массы примерно в три раза больше, чем у людей, разница увеличивается за счет значительно большего количества кислорода, связанного с гемоглобином и миоглобином ныряющих млекопитающих, что позволяет продлить погружение после капиллярный кровоток в периферических органах сведен к минимуму.
Сердечные аритмии являются общей характеристикой реакции человека на дайвинг. Как часть рефлекса ныряния, повышенная активность сердечной парасимпатической нервной системы не только регулирует брадикардию, но также связана с эктопическими сокращениями, которые характерны для сердечной функции человека во время дыхания. держать погружения. Аритмии могут усиливаться нервными реакциями на погружение лица в холодную воду, растяжением сердца из-за сдвига центральной крови и увеличением сопротивления выбросу левого желудочка (постнагрузка ) из-за повышения артериального давления. Другие изменения, обычно измеряемые на электрокардиограмме во время погружений с задержкой дыхания, включают депрессию ST, повышенный зубец T и положительный зубец U. после комплекса QRS, измерения связаны со сниженной сократимостью левого желудочка и общим угнетением сердечной функции во время погружения.
У гидратированных субъектов погружение в воду вызывает диурез и выведение натрия и калия. Диурез снижен у обезвоженных субъектов и у тренированных спортсменов по сравнению с сидячими субъектами.
Дыхание с трубкой ограничено небольшой глубиной чуть ниже поверхности из-за усилий, требуемых во время вдоха для преодолеть гидростатическое давление на грудь. Гидростатическое давление на поверхность тела из-за погружения в воду с высовыванием головы вызывает дыхание с отрицательным давлением, которое перемещает кровь во внутригрудное кровообращение.
Объем легких уменьшается в вертикальном положении из-за краниального смещения живота из-за гидростатическое давление и сопротивление потоку воздуха в дыхательных путях значительно возрастают из-за уменьшения объема легких.
Разница гидростатического давления между внутренней частью легких и подачей дыхательного газа, повышенная плотность дыхательного газа из-за давления окружающей среды, а повышенное сопротивление потоку из-за более высокой частоты дыхания может вызвать повышенную дыхательную работу и утомление дыхательных мышц.
По всей видимости, существует связь между отеком легких и усиление легочного кровотока и давления, что приводит к нагрубанию капилляров. Это может происходить во время упражнений с более высокой интенсивностью в погружении или под водой.
Лицевое погружение во время задержки дыхания является необходимым фактором для максимизации рефлекса ныряния у млекопитающих у человека.
Ныряющие млекопитающие имеют эластичную луковицу аорты, которая, как считается, помогает поддерживать артериальное давление в течение продолжительных интервалов между сердечными сокращениями во время погружений, и имеют большой объем крови в сочетании с большой емкостью в венах и закрывает грудную клетку и голову у тюленей и дельфинов. Хронические физиологические адаптации крови включают повышенные уровни гематокрита, гемоглобина и миоглобина, которые обеспечивают большее накопление и доставку кислорода к основным органам во время погружения. Использование кислорода сводится к минимуму во время рефлекса ныряния за счет энергоэффективного плавания или скольжения, а также регулирования метаболизма, частоты сердечных сокращений и периферической вазоконстрикции.
Возможности аэробных погружений ограничены доступным кислородом и скоростью его потребления. Ныряющие млекопитающие и птицы имеют значительно больший объем крови, чем наземные животные того же размера, и, кроме того, имеют гораздо большую концентрацию гемоглобина и миоглобина, и этот гемоглобин и миоглобин также способны нести более высокую кислородную нагрузку. Во время ныряния гематокрит и гемоглобин временно повышаются за счет рефлекторного сокращения селезенки, которое выделяет большое дополнительное количество красных кровяных телец. Мозговая ткань ныряющих млекопитающих также содержит более высокие уровни нейроглобина и цитоглобина, чем у наземных животных.
Водные млекопитающие редко ныряют сверх своего аэробного лимита, что связано с сохраненный кислород миоглобина. Мышечная масса водных млекопитающих относительно велика, поэтому высокое содержание миоглобина в их скелетных мышцах обеспечивает большой резерв. Связанный с миоглобином кислород выделяется только в относительно гипоксической мышечной ткани, поэтому периферическое сужение сосудов из-за рефлекса ныряния вызывает ишемию мышц и способствует раннему использованию кислорода, связанного с миоглобином.
ныряние брадикардия была впервые описана Эдмундом Гудвином в 1786 году, а затем Полом Бертом в 1870 году.
