Почему вы не можете задохнуться, задержав дыхание?

Задержать дыхание надолго вам мешает множество систем, каждая из которых возьмет на себя ответственность в случае отказа другой — и это очень хорошо.

Несколько областей мозга работают над тем, чтобы вы задерживали дыхание.

«Первая — это моторная кора… и она чувствует, что вы не дышите», — рассказал Live Science Энтони Бейн, доцент кафедры кинезиологии Виндзорского университета в Канаде. «Это посылает сигналы в дыхательный центр, который находится в основании мозга, в продолговатом мозге. Он управляет мышцами, которые помогают вам дышать, например диафрагмой, главной мышцей, отвечающей за надувание и сдувание легких, и межреберными мышцами, которые расположены между ребрами и помогают расширять грудную клетку при каждом вдохе.

Вторая область — это сеть, расположенная дальше в стволе мозга, называемая комплексом пре-Бётцингера, которая действует как генератор дыхательных ритмов организма.

«Он постоянно работает, даже когда вы задерживаете дыхание», — говорит Бейн. «Это похоже на сердечный ритм». То есть даже когда вы не дышите, этот дыхательный кардиостимулятор продолжает тикать, пытаясь заставить вас дышать.

Кроме того, группы клеток, называемые хеморецепторами, следят за уровнем кислорода и углекислого газа в организме. Существует две группы этих клеток: центральные хеморецепторы и периферические хеморефлексы.

Центральные хеморецепторы, расположенные в головном мозге, «в основном реагируют только на углекислый газ», — говорит Бэйн. Периферический хеморецептор расположен в шее, около гортани. Эти клетки «реагируют как на углекислый газ, так и на низкий уровень кислорода, когда вы задерживаете дыхание на длительный период времени», — говорит Бэйн.

Наконец, в легких есть рецепторы, которые определяют растяжение, происходящее при их надувании и сдувании. Когда вы задерживаете дыхание и они перестают растягиваться, начинается тревога.

Когда любая из этих систем обнаруживает, что что-то не так, она посылает стрессовые сигналы в дыхательный центр в мозге, который делает все возможное, чтобы возобновить процесс дыхания.

В ходе исследований ученые нашли способ отключить некоторые из этих систем, чтобы посмотреть, как это повлияет на продолжительность задержки дыхания. В одном из исследований реципиенты, которым пересадили сердце и легкие, чьи легочные рецепторы не были полностью связаны с центральной нервной системой, не могли задержать дыхание дольше, чем обычные участники, что свидетельствует о том, что рецепторы растяжения в легких не так уж необходимы для поддержания дыхания.

Хеморецепторы, похоже, играют более важную роль. В другом исследовании Бейн и его команда использовали дофамин для подавления каротидного тела, которое является частью периферического хеморефлекса — группы клеток, определяющих уровень кислорода и углекислого газа.

«Если сделать это у обычных людей, задерживающих дыхание… то можно увеличить время задержки дыхания», — говорит Бейн.

Элитные дайверы — совсем другое дело: благодаря тренировкам они могут задерживать дыхание гораздо дольше, чем обычные люди. Рекорд статического апноэ — задержки дыхания под водой без использования кислорода во время подготовки — составляет чуть менее 12 минут. Для этих дайверов ингибирование каротидного тела мало что дает. «На самом деле это не увеличивает время задержки дыхания, потому что теперь механизмы, когда они срываются, совсем другие, чем у неэлитных спортсменов», — говорит Бэйн.

На самом деле, элитные дайверы доказывают, что при достаточной тренировке можно задерживать дыхание до потери сознания. Они тренируются преодолевать сигналы, посылаемые их хеморецепторами, и добиваются гораздо более низкого уровня кислорода, чем нетренированный человек, дыша только тогда, когда чувствуют, что вот-вот потеряют сознание. «Это тот критический уровень гипоксии, который они должны почувствовать, а затем снова начать дышать», — говорит Бэйн.

Одно из вмешательств, которое оказывает огромное влияние на время задержки дыхания у нетренированных людей, — это паралич диафрагмы, мышцы, которая вводит и выводит воздух из легких. В 1970-х годах ученые ввели анестетик в френические нервы, которые посылают сигналы от моторной коры головного мозга к диафрагме, и обнаружили, что это вдвое увеличило время, на которое участники могли задержать дыхание. Но это все равно не позволяло им задерживать дыхание до потери сознания, что говорит о важности тренировки.

Наконец, как тренированные, так и нетренированные люди могут увеличить время задержки дыхания за счет поступления в организм большего количества кислорода, либо с помощью обычной гипервентиляции, либо вдыхая чистый кислород. Этот способ иногда используется при медицинском сканировании, когда пациенты должны оставаться неподвижными в течение длительного времени.

«Вы можете дать им 100 %-ный кислород, и тогда они смогут задержать дыхание на пять минут, в некоторых случаях», — говорит Бэйн.

Именно так был установлен мировой рекорд Гиннесса по задержке дыхания. В 2021 году Будимир Шобат, хорватский фридайвер, задержал дыхание на 24 минуты 37 секунд.

Дополнительный кислород сообщает периферическим хеморецепторам, что все в порядке. Но даже если бы они были отключены, у организма достаточно средств защиты, чтобы не дать вам потерять сознание.

«Это просто имеет смысл с точки зрения эволюции», — говорит Бэйн. «Дыхание так важно. Имеет смысл предусмотреть резервные системы, чтобы сообщить организму о необходимости продолжать дышать».