Сколько можно продержаться без воздуха?

Некоторые люди способны задержать дыхание очень надолго. Постоянный автор Нажать BBC Future задался вопросом: как они это делают?

Ноябрь 2013 года. 32-летний Николас Меволи лежит на спине на поверхности океана, глубоко вдыхая воздух, насыщая кровь кислородом. Потом с легким всплеском он опускается под воду и начинает погружение в Голубую Дыру Дина – глубокую карстовую воронку на Багамах. Меволи намерен нырнуть на глубину более 70 метров на одном вдохе. Его попытка завершится трагедией.

Как долго можно находиться под водой, не всплывая на поверхность? Как долго можно не дышать? Человечество сейчас штурмует два своих последних рубежа – глубокий космос и глубокий океан, и для этого нам уж точно не помешают знания о том, как ведет себя организм в безвоздушной среде.

В космической пустоте быстро наступает потеря сознания. В 1965 году у одного из сотрудников космического центра НАСА в Хьюстоне порвался скафандр в испытательной камере, и мужчина оказался в условиях практически полного вакуума. Он потерял сознание через 15 секунд. Вопреки распространенному мифу, организм в таких условиях не может лопнуть под внутренним давлением, однако его жидкости в вакууме закипают при комнатной температуре. Последнее, что запомнил выживший счастливчик – это то, как на его языке кипела слюна.

Фридайверам помогает нырятельный рефлекс млекопитающих

Ныряльщики-фридайверы, опускающиеся на глубину на пределе возможностей своего организма, могут продержаться дольше – они часто проводят под водой более трех минут. Обладатель рекорда в дисциплине “Без ограничений”, австриец Герберт Ницш, опустился на глубину 214 метров на специальном устройстве - следе - и не всплывал четыре с половиной минуты. Фридайверам помогает нырятельный рефлекс млекопитающих – при погружении тела в воду замедляется сердцебиение. Рефлекс срабатывает, даже если просто опустить лицо в холодную воду.

Фридайверы достигают немыслимых глубин, но в менее экстремальных условиях человеческий организм способен продержаться без воздуха еще дольше. Датский ныряльщик Стиг Северинсен в 2012 году не дышал 22 минуты, плавая на небольшой глубине в лондонском бассейне. Этот рекорд до сих пор не побит. Обычные люди едва способны задержать дыхание на минуту – профессионалам же, устанавливающим поражающие воображение рекорды, приходится долго готовиться, тренироваться и внимательно изучать человеческую физиологию.

Если перед погружением надышаться как следует кислорода в барокамере, то под водой можно пробыть дольше

Прежде чем приступить к своей рекордной попытке, Северинсен почти 20 минут активно дышал чистым кислородом. Ткани его тела насытились животворящим газом, а из легких ушла углекислота – оба этих фактора имеют большое значение для длительной задержки дыхания. Всем известно, что нехватка кислорода может привести к гибели, но не все помнят, что рост концентрации углекислого газа не менее опасен. Если организм не имеет возможности избавиться от углекислоты через легкие, то начинает расти ее концентрация в крови. За этим могут следовать дезориентация и мышечные спазмы, ускоренное сердцебиение и, возможно, потеря сознания и смерть.

В организме профессиональных фридайверов и чемпионов по задержке дыхания зачастую происходят физиологические изменения, помогающие им долгое время не дышать. Исследование, которое проводилось среди бразильских рыбаков, показало: те из них, кто ныряет за добычей, имеют гораздо больший объем легких, чем рыбачащие с поверхности моря. Знаменитые корейские и японские ныряльщики за жемчугом при погружении имеют в крови на 10% больше красных кровяных телец, чем обычно.

Верхний предел

Предел задержки дыхания диктуется тем, насколько низкую концентрацию кислорода и насколько высокое содержание углекислого газа способен перенести ваш организм. И тот, и другой фактор зависят от скорости обмена веществ. Ныряльщик, опускающийся в глубину океана, расходует кислород и производит углекислоту быстрее, чем неподвижно лежащий в воде. Чемпионы-фридайверы нередко говорят о важности медитативного подхода к этому спорту – чтобы сердце замедлялось, голова освобождалась от мыслей и наступало состояние глубокой релаксации. Есть и другие способы замедлить обмен веществ. В 1986 году, упав в ледяной ручей, двухлетняя американская малышка Мишель Фанк, по некоторым оценкам, провела без дыхания 66 минут – серьезное переохлаждение почти остановило обмен веществ в ее организме.

Один из чемпионов по задержке дыхания: синий кит

Но безусловные чемпионы по задержке дыхания – не люди, а морские млекопитающие, к примеру, тюлени и киты. Они могут по часу не подниматься на поверхность воды. Они легче переносят высокую концентрацию углекислого газа в организме, а их мышечная ткань богата миоглобином – белком, который связывает кислород и постепенно высвобождает его при длительных погружениях. Миоглобин окрашивает ткани в красный цвет – и в китовом мясе его так много, что оно почти черное.

Ныряльщики за жемчугом достигают хороших результатов в задержке дыхания

К сожалению, даже самые упорные тренировки не позволят вам соперничать с китом, который приспособлен к жизни в воде долгой эволюцией. Есть ли какие-то еще способы прожить без воздуха? В принципе, да: можно, например, дышать жидкостью. Но ни в коем случае не жидким кислородом – его температура минус 200 градусов по Цельсию, он попросту превратит легкие в ледышку, которая рассыпется при попытке вдохнуть. Вместо этого используются жидкости, богатые растворенным в них кислородом. Особые химические соединения – перфторуглеводороды – способны очень хорошо растворять кислород и углекислый газ, и некоторые из них остаются в жидком состоянии при нормальных температурах. Жидкостное дыхание на первый взгляд кажется плодом фантастического вымысла – оно было показано, к примеру, в не самом близком к реальности фильме Джеймса Кэмерона “Бездна” - но на самом деле основа у этого вполне научная.

Тренировки помогают спортсменам развить возможности своих легких

Перфторуглеводороды привлекают специалистов тем, что они бесцветны, не имеют запаха и не токсичны – почти как воздух – и могут пригодиться, к примеру, для спасения подводников с аварийных субмарин. В ходе экспериментов в 1960-х годах мыши и кошки, погруженные в насыщенную кислородом перфторуглеводородную жидкость, выживали в течение нескольких дней. Эти жидкости удерживают гораздо большее, чем воздух, количество кислорода на единицу объема – то есть, в теории, на одном вдохе можно продержаться гораздо дольше. Другое дело, что нежные легкие млекопитающих плохо приспособлены к тому, чтобы постоянно вкачивать и выкачивать четыре литра жидкости – поэтому заменять ей воздух можно только на не очень продолжительное время. Тем не менее, именно такие жидкости применяют при выхаживании родившихся до срока младенцев, чьи легкие еще не могут работать самостоятельно.

Но если не использовать технологические достижения, а уповать лишь на свою подготовку, то всегда есть риск печального исхода. Николас Меволи, с которого начинался этот рассказ, вынырнул на поверхность через три с половиной минуты после погружения, достигнув рекордной глубины в 72 метра. Почти сразу он потерял сознание и, несмотря на оказанную на месте медицинскую помощь, вскоре скончался. Его смерть навсегда останется напоминанием о том, какими опасностями чревата жизнь на грани человеческих возможностей.

Об авторе. Фрэнк Суэйн заведует отделом соцсетей в New Scientist . Он автор книги “Как создать зомби” и сотрудничает с Mosaic, Wired, Slate и BBC Radio 4.