当你屏住呼吸时,你的大脑会如何反应?
1378字
2021-04-03 18:14
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火星译客

我们都知道缺氧的感觉,或者至少知道我们缺氧的感觉。 实际上,我们在艰苦运动中,在高海拔或仅屏住呼吸时所经历的呼吸困难与血液中的二氧化碳过多而不是氧气少有关。 正如精英自由潜水者的壮举所显示的那样(例如屏住呼吸11分钟和35秒),我们的极限并不是他们所看到的。

长期以来,我一直着迷于自由潜水者屏住呼吸时所发生的事情,如何定义其极限以及这些技能如何转化为其他环境(例如高海拔)的研究,我对此着迷。 但是他们的能力如此古怪,以至于像在研究另一个物种。 因此,我特别感兴趣的是看到《欧洲应用生理学杂志》上的一项最新研究,该研究研究了未经事先培训的普通人的屏气。 这项研究非常简单,在志愿者屏住呼吸时测量心率和氧气水平,它提供了一张清晰的图片,显示了身体如何应对氧气不足的情况以及可能出了什么问题。

这项研究是由比利时根特大学的Janne Bouten,Jan Bourgois和Jan Boone进行的。 (我假设比利时的科学家按字母顺序分配到了不同的部门。)他们要求31名志愿者(17名男性,14名女性)连续屏气尽可能长的时间,每次呼吸三分钟,每次休息两分钟。 时间。 通常,人们在反复屏住呼吸时会变得越来越好,部分原因是因为他们的脾脏将更多的携氧红细胞压缩到循环中。 在第三次和最后一次屏气期间,他们连续测量了各种参数,包括心率,大脑中的氧气水平和腿部肌肉的氧气水平。

像其他哺乳动物一样,人类会屏住呼吸,从而产生“跳水反应”,目的是确保大脑始终有足够的氧气。 研究人员指出,如果您的血液循环突然停止,您将在30秒内失去知觉,并在2至10分钟内遭受不可逆转的伤害。 如果您的脸浸在水中,潜水响应会增强,但即使在干燥的土地上也会发生。 您的心率下降,导致诸如腿部肌肉之类的通向身体非必需部位的血管收缩,以将重要的血液(和氧气)重定向到大脑。

受试者第三次呼吸平均时间为2分37秒,这对正常的未经训练的人来说非常有益。 也许连续三口气是秘密。 也许我只是虚弱。 无论如何,这就是平均心率反应的样子。 仅在前60秒(左侧)和后60秒(右侧)中显示数据,这使他们可以将每个人的数据绘制在一 起,即使它们持续的时间不同。 灰色 区域指示他们何时开始和停止屏气。

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插图:

在最左侧,随着对象为屏气做准备,蓝点(代表平均值)在增加。 这可能是因为他们变得兴奋或忧虑,也可能是因为深呼吸做准备的结果。 受试者被禁止在屏气之前过度换气(这会散发出一束二氧化碳,让您屏住呼吸更长的时间),但是他们被给予了30秒的警告和10秒的倒计时,并告诉他们 在开始呼吸之前,请深呼吸,但不要最大呼吸。 开始屏气后约十秒钟内,心率下降。 最终每分钟减少27拍,平均83秒后达到最低点。 这与您在精英自由潜水员中看到的情况非常相似,除了他们在30至60秒内达到最低心律。

您会注意到一系列的红点和一系列的白点。 有两个人提早辞职。 其中一个昏倒了,另一个晕了,快要晕倒了。 在下面更多关于它们的信息

下一个参数是腿部肌肉的组织氧合,这是用近红外光谱测量的,这基本上包括在皮肤中照射红外光和测量富含氧的血红蛋白吸收了多少。这里的图片非常简单:肌肉中的氧气水平在5秒内开始下降,然后一直下降,直到受试者再次开始呼吸。这是你所期望的,因为血管正在收缩,将血液从四肢转移到大脑。

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插图:

难题的最后一部分是使事情变得有趣的地方。 还通过近红外光谱法测量了大脑的氧合作用:

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插图:

在这里,您会发现大脑中的氧气水平开始下降,这可能与屏气开始时血压突然下降有关。 但是在大约五秒钟内,下降趋势逆转,大脑中的氧气水平开始上升-实际上,在大约一分钟后,其水平又比基线高出约百分之四。 这很好地表明了大脑自我保护功能的强大程度:屏住呼吸,它吸收的氧气更多而不是更少。

但是,这种快乐的状态不会永远持续下去。 即使越来越多的血液流向大脑,随着屏气的进行,血液中携带的氧气也越来越少,所以您的大脑氧气水平逐渐开始下降。 这种下降一直持续到最终您放弃为止。 平均来说,到受试者放弃时,大脑的氧气下降了约5%。 有趣的是,这大约是两分钟半后您在精英自由潜水者中看到的水平。 这意味着自由潜水者在维持其大脑的氧气水平方面并没有明显改善。 取而代之的是,差异似乎在于他们愿意继续忍受呼吸时间更长的不愉快 感 。 其他研究发现,自由潜水者有能力屏住呼吸,直到他们的大脑氧水平下降至使他们失去知觉的程度。如果发生在水下,这是非常危险的情况。

这使我们回到了晕倒或接近的两个主题。 如果再看一下大脑氧水平的图表,您会发现与其他人的大脑相比,他们的数据是不合时宜的。 他们有一个陡峭的下降,然后设法弥补了一会儿,但是下降又恢复了,很快他们的大脑氧水平很低,以至于到达了意识边界。 对于红点,肌肉氧气数据表明该受试者在限制流向肌肉的血液方面反应较弱。 这意味着他或她一直在向四肢抽血,而大脑还不够。 对于白点,数据没有提供任何提示以解决问题,但结果是相同的:大脑没有足够的氧气。

该研究的理由之一是,一些研究人员和教练倡导了各种形式的屏气训练,以改善运动或高原表现。 由于以前的大多数屏气研究都使用受过训练的自由潜水者,因此尚不清楚大脑的自我保护机制是否适合新手。 新的数据表明还可以,但是这两个隐隐绰绰的人也表明需要谨慎:研究人员建议,每个人都应该熟悉晕厥的警告信号(最明显的是头晕),而不是独自进行屏气训练。

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主角照片:宋赫明/ Stocksy

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