Элитные фридайверы имеют уровень кислорода в мозге ниже, чем у тюленей

Новое исследование Университета Сент-Эндрюс показало, что у элитных фридайверов, погружающихся без снаряжения в открытом море, уровень кислорода в мозге во время погружений даже ниже, чем у тюленей на максимальной глубине.

У ныряльщиков, достигших глубины 107 метров, были зафиксированы уровни кислорода в мозге, которые в норме должны вызывать потерю сознания, а частота сердечных сокращений падала до значений, характерных для тюленей, китов и дельфинов.

Эти новые данные, опубликованные в Philosophical Transactions of the Royal Society B (28 июня 2021), помогают ученым понять физиологию морских млекопитающих и могут помочь в поиске новых методов лечения пациентов с сердечными заболеваниями, а также повысить безопасность фридайверов.

Исследование может дать информацию о том, как фридайверы приучили себя переносить эпизоды экстремально низкого содержания кислорода и его доставки в мозг. Это поможет понять, как можно проводить предварительную подготовку (прекондиционирование) пациентов перед хирургическими операциями.

Возможно, удастся разработать хирургические процедуры для улучшения защиты мозга и сердца во время кардиохирургических операций, а также для терапевтического вмешательства после таких событий, как сердечный приступ.

Руководитель проекта профессор Эрика Шагатай из Университета Средней Швеции, изучающая фридайвинг три десятилетия, заявила: "До сих пор понять, что происходит с мозгом и сердечно-сосудистой системой этих исключительных ныряльщиков во время таких глубоких погружений и насколько далеко эти люди могут зайти, было невозможно, так как все исследования проводились во время имитационных погружений в лаборатории. Ныряльщик может достичь точки гипоксического (низкий уровень кислорода) отключения, и тогда его нужно спасать. Одна из главных целей исследования — предупредить ныряльщика и персонал безопасности о приближающемся отключении".

Используя устройство, работающее по принципу, схожему со смарт-часами (светодиоды, контактирующие с кожей, измеряют частоту сердечных сокращений, объем крови и уровень кислорода в мозге), команда из Университета Сент-Эндрюс, Университета Средней Швеции, Университета Карнеги-Меллон и Токийского университета создала систему, которую можно носить лучшим фридайверам мира во время погружений. Эта носимые биомедицинские технологии могут измерять физиологию этих элитных спортсменов на глубинах до 107 м.

Элитные фридайверы демонстрируют одни из самых выдающихся примеров человеческой выносливости в одном из самых экстремальных видов спорта в мире. Совершая погружения продолжительностью более четырех минут и достигая глубины более 100 м на одной задержке дыхания, они испытывают пределы возможностей человеческого тела.

Ведущий исследователь доктор Крис МакНайт из Исследовательского центра морских млекопитающих (SMRU) Университета Сент-Эндрюс сказал: "Ныряльщики продемонстрировали исключительные физиологические реакции во время погружений. Мы измерили частоту сердечных сокращений до 11 ударов в минуту и уровень оксигенации крови, который обычно составляет 98%, упал до 25%. Это далеко за пределами отметки в 50%, при которой мы ожидаем потери сознания, и эквивалентно некоторым из самых низких значений, измеренных на вершине Эвереста".

Существующее неинвазивное биомедицинское устройство, использующее спектроскопию в ближней инфракрасной области (NIRS) и разработанное голландской компанией Artinis Medical Systems, было адаптировано исследователями Университета Сент-Эндрюс для работы в условиях экстремального давления на глубине в открытом океане.

Ведущий инженер проекта Стив Балфур из SMRU Instrumentation Университета Сент-Эндрюс сказал: "Это фантастика — участвовать в таком захватывающем и сложном инженерном проекте. Видеть, как конечный продукт опускается на такие глубины и возвращает уникальные данные, делает бессонные ночи стоящими того".

Доктор МакНайт добавил: "Помимо исключительных физиологических реакций, которые демонстрируют фридайверы, и экстремальных условий, которые они могут переносить, они могут быть очень информативной физиологической группой. Их физиологические реакции настолько уникальны, а условия, в которые они попадают, нелегко воспроизвести, поэтому они предлагают уникальный способ понять, как организм реагирует на низкое содержание кислорода в крови, низкую оксигенацию мозга и сильное подавление сердечно-сосудистой системы. Наш прибор теперь позволяет нам изучать уникальные физиологические реакции, пока эти невероятные спортсмены выполняют свои максимальные нагрузки".

Профессор Яна Кайнерсторфер, возглавляющая лабораторию биотоники в Университете Карнеги-Меллон, сказала: "NIRS — это мощный инструмент, который широко используется для измерения функции мозга как у здоровых людей, так и у клинических групп населения. Недавние достижения в миниатюризации устройств NIRS позволили проводить измерения функции мозга в более естественных условиях. Применение NIRS для изучения физиологии погружений особенно интересно и поможет нам понять, как функция мозга может сохраняться в таких экстремальных условиях окружающей среды".