Смысл дыхания у человека состоит в насыщении тканей организма кислородом и в выведении продуктов обмена - углекислого газа и водяных паров.
Физиологические основы апноэ

При нырянии с задержкой дыхания на фоне эмоционального напряжения производится большая физическая работа: напряжение кислорода в крови быстро падает, напряжение углекислого газа быстро растет. Охлаждающее действие воды еще больше усиливает интенсивность потребления кислорода (более 2,5 л/мин) и в организме быстро развивается кислородная недостаточность - гипоксия. Задержка дыхания на вдохе повышает внутрилегочное давление до 50-100 мм вод.ст., что ухудшает внутрилегочное кровообращение и затрудняет приток крови к сердцу. Кроме того, при нырянии резко увеличивается давление на организм, которое сжимает грудную клетку и уменьшает объем легких.

Таким образом, возможности ныряльщика зависят прежде всего от того, как долго он способен задерживать под водой дыхание без возникновения кислородного голодания головного мозга, от того, способен ли он безболезненно переносить повышение окружающего давления со скоростью 0,1-0,12 атм/сек.

Длительность произвольной задержки дыхания у нетренированного человека невелика. У взрослых здоровых людей она составляет в состоянии покоя в среднем 54,5 секунды, а после обычного выдоха - 40 секунд. Но тренировки и гипервентиляция (максимально частое и глубокое дыхание с целью удаления углекислого газа и насыщения организма кислородом) значительно ее увеличивают.

Состав земной атмосферы постоянен и содержит кислорода 20,93, азота 78,08, углекислого газа 0,03%, инертных газов - гелия, аргона, ксенона и др. около 1%. Но атмосферный воздух не участвует непосредственно в газообмене организма. Венозная кровь вступает в газообмен с альвеолярным воздухом легких. Альвеолы - это конечный результат деления бронхов в виде ячеистых пузырьков, густо оплетенных капиллярами легочной артерии. Состав альвеолярного воздуха существенно отличается от атмосферного, который служит лишь для его вентиляции.

Состав альвеолярного воздуха

Наименование газов Содержание, % Парциальное давление, мм рт.ст
Кислород 13,0 - 14,4 100 - 110
Углекислый газ 4,9 - 5,9 37 - 45
Азот 73,5 - 76,0 558 - 576
Водяные пары 6,2 47
Состав альвеолярного воздуха всегда постоянен и даже незначительное изменение в его компонентах приводит к резким сдвигам в организме, которые могут вызвать патологические состояния, например т.н. shallow black out - потерю сознания при всплытии из-за кислородного голодания головного мозга после свободного ныряния.

Нормальной и естественной реакцией на изменение состава альвеолярного воздуха при нырянии является возбуждение дыхательного центра. Возбуждение дыхательного центра происходит в первую очередь из-за определенного повышения в альвеолярном воздухе парциального давления углекислого газа при соответствующем понижении парциального давления кислорода. Интересно отметить постоянство альвеолярного воздуха у различных людей, несмотря на большую разницу во времени задержки дыхания.

Таким образом, можно придти к выводу, что длительность пребывания ныряльщика под водой зависит от максимальной емкости его легких, величины физической нагрузки и влияния внешней среды, но главное - от индивидуальной пороговой чувствительности дыхательного центра к скорости изменения содержания в альвеолярном воздухе и крови углекислого газа и кислорода. Обусловлена эта чувствительность врожденными свойствами и тренированностью организма на выносливость, т.е. его способностью экономно расходовать запасы кислорода.

Повышение наружнего давления при нырянии в глубину сопровождается соответствующим уменьшением объема воздуха в легких. Сжатие воздуха в легких имеет свои пределы, т.к. естественная подвижность диафрагмы и грудной клетки имеют определенные ограничения.

До последнего времени считалось, что безопасным минимальным объемом воздуха в легких на глубине может быть остаточный воздух, остающийся в легких после максимального выдоха. Предполагалось, что дальнейшее повышение окружающего давления не будет уравновешиваться противодавлением изнутри и грудная клетка должна будет взять эту дополнительную нагрузку на себя, что приведет к ее разрушению.

Отсюда вытекало, что безопасно допустимая глубина ныряния (Н), исходя из максимальной емкости легких (МЕЛ) и величины остаточного воздуха (ОВ), может быть расчитана по формуле:
Н = ( МЕЛ х 10 - 10 ) / 10

Нетрудно подсчитать, что при средней МЕЛ в 5 литров и ОВ в 1 л максимально допустимая глубина составит 40 метров.

Достижения Жака Майоля - 105 м, Умберто Пелиццари - 123 м, Франциско Феррерас "Пипин" - 133 м и Жанлюка Дженони - 135 м дают основание считать, что выравнивание давления в грудной полости с окружающим идет не только за счет сжатия воздуха в легких, но в большой степени обеспечивается соответствующими физиологическими компенсаторными реакциями, которые во многом зависят от врожденных способностей, особенностей физического развития и тренированности ныряльщика.