Wanneer het gezicht wordt ondergedompeld en de neusgaten vollopen met water, geven zintuigreceptoren die gevoelig zijn voor nattigheid in de neusholte en andere delen van het gezicht die door de vijfde (V) hersenzenuw (de nervus trigeminus) worden bevoorraad, deze informatie door aan de hersenen. De tiende (X) hersenzenuw (nervus vagus) – deel van het autonome zenuwstelsel – veroorzaakt dan bradycardie en andere neurale paden veroorzaken perifere vaatvernauwing, waardoor het bloed uit de ledematen en alle organen wordt beperkt om bloed en zuurstof voor het hart en de hersenen (en longen) te sparen, de bloedstroom in een hart-hersencircuit wordt geconcentreerd en het dier in staat wordt gesteld zuurstof te sparen.
Bij de mens wordt de duikreflex niet opgewekt wanneer ledematen aan koud water worden blootgesteld. Lichte bradycardie wordt veroorzaakt door proefpersonen die hun adem inhouden zonder het gezicht in water onder te dompelen. Wanneer men ademt met het gezicht onder water, neemt de duikreflex proportioneel toe met de dalende watertemperatuur. Het grootste bradycardeffect wordt echter opgewekt wanneer de proefpersoon zijn adem inhoudt met het gezicht natgemaakt. Apneu met neusgat en gezichtskoeling zijn triggers van deze reflex.
De duikrespons bij dieren, zoals de dolfijn, varieert aanzienlijk, afhankelijk van het inspanningsniveau tijdens het foerageren. Kinderen hebben de neiging langer te overleven dan volwassenen wanneer ze onder water van zuurstof worden beroofd. Over het precieze mechanisme voor dit effect is gediscussieerd; mogelijk is het een gevolg van afkoeling van de hersenen, vergelijkbaar met de beschermende effecten die worden gezien bij mensen die met diepe onderkoeling worden behandeld.
Chemoreceptoren van het halsslagaderlichaamEdit
Tijdens het langdurig inademen onder water daalt het zuurstofgehalte in het bloed, terwijl het kooldioxide- en zuurgehalte stijgen, prikkels die gezamenlijk inwerken op chemoreceptoren die zich in de bilaterale halsslagaderlichamen bevinden. Als zintuigelijke organen geven de halsslagaders de chemische status van het circulerende bloed door aan hersencentra die de neurale output naar het hart en de bloedsomloop regelen. Voorlopig bewijs bij eenden en mensen wijst erop dat de carotislichaampjes essentieel zijn voor deze geïntegreerde cardiovasculaire reacties van de duikreactie, waarbij een “chemoreflex” tot stand wordt gebracht die wordt gekenmerkt door parasympathische (vertragende) effecten op het hart en sympatische (vaatvernauwende) effecten op het vasculaire systeem.
Circulatoire reacties
Vochtverlies in het plasma als gevolg van onderdompeldiurese treedt op binnen een korte periode van onderdompeling.Onderdompeling van het hoofd veroorzaakt een bloedverschuiving van de ledematen naar de thorax. De vochtverschuiving is grotendeels afkomstig van de extravasculaire weefsels en het verhoogde atriale volume resulteert in een compensatoire diurese. Plasmavolume, slagvolume en cardiale output blijven hoger dan normaal tijdens de onderdompeling. De verhoogde ademhalings- en cardiale werkbelasting veroorzaakt een verhoogde bloedstroom naar de hart- en ademhalingsspieren. Het slagvolume wordt niet sterk beïnvloed door onderdompeling of variatie in de omgevingsdruk, maar bradycardie vermindert de totale cardiale output, met name als gevolg van de duikreflex bij duiken met ingehouden adem.
Bradycardie en cardiale outputEdit
Bradycardie is de reactie op gezichtscontact met koud water: de menselijke hartslag vertraagt met tien tot vijfentwintig procent. Bij zeehonden zijn de veranderingen nog dramatischer: van ongeveer 125 slagen per minuut naar slechts 10 slagen tijdens een lange duik. Tijdens het inhouden van de adem vertonen mensen ook een verminderde contractiliteit van de linker ventrikel en een verminderde cardiale output, effecten die tijdens het onderdompelen door de hydrostatische druk ernstiger kunnen zijn.
Het vertragen van de hartslag vermindert het cardiale zuurstofverbruik, en compenseert de hypertensie als gevolg van de vaatvernauwing. De ademhalingsduur wordt echter korter wanneer het hele lichaam aan koud water wordt blootgesteld, omdat de stofwisseling toeneemt om het versnelde warmteverlies te compenseren, zelfs wanneer de hartslag aanzienlijk wordt vertraagd.
Splenic contractionEdit
De milt trekt samen als reactie op verlaagde zuurstofniveaus en verhoogde koolstofdioxideniveaus, waardoor rode bloedcellen vrijkomen en de zuurstofcapaciteit van het bloed toeneemt. Dit kan beginnen vóór de bradycardie.
BloedverschuivingEdit
Blood shift is een term die wordt gebruikt wanneer de bloedstroom naar de extremiteiten wordt herverdeeld naar het hoofd en de romp tijdens een ademhalingsduik. Perifere vasoconstrictie treedt op tijdens onderdompeling door weerstandsvaten die de bloedstroom naar spieren, huid en ingewanden beperken, gebieden die “hypoxie-tolerant” zijn, waardoor zuurstofrijk bloed voor het hart, de longen en de hersenen behouden blijft. De verhoogde weerstand tegen de perifere bloedstroom verhoogt de bloeddruk, die wordt gecompenseerd door bradycardie, omstandigheden die door koud water worden geaccentueerd. Aquatische zoogdieren hebben een bloedvolume dat per massa ongeveer drie keer zo groot is als bij de mens, een verschil dat nog wordt vergroot door de aanzienlijk grotere hoeveelheid zuurstof die aan hemoglobine en myoglobine van duikende zoogdieren is gebonden, waardoor de onderdompeling kan worden verlengd nadat de capillaire bloedstroom in de perifere organen tot een minimum is beperkt.
AritmieënEdit
Cardiale aritmieën zijn een veel voorkomend kenmerk van de menselijke duikreactie. Als onderdeel van de duikreflex regelt de verhoogde activiteit van het cardiale parasympatische zenuwstelsel niet alleen de bradycardie, maar wordt ook geassocieerd met ectopische slagen die karakteristiek zijn voor de menselijke hartfunctie tijdens duiken met ingehouden adem. Hartritmestoornissen kunnen worden geaccentueerd door neurale reacties op onderdompeling in koud water, opbolling van het hart door centrale bloedverplaatsing, en de toenemende weerstand tegen uitwerpen van de linkerkamer (afterload) door de stijgende bloeddruk. Andere veranderingen die vaak worden gemeten op het elektrocardiogram tijdens een menselijke ademhalingsduik zijn ST-depressie, een verhoogde T-golf en een positieve U-golf na het QRS-complex, metingen die in verband worden gebracht met een verminderde contractiliteit van de linkerventrikel en een algeheel verminderde hartfunctie tijdens een duik.
Reacties op de nier- en waterbalansEdit
In gehydrateerde personen veroorzaakt onderdompeling diurese en uitscheiding van natrium en kalium. Diurese is verminderd bij gedehydrateerde personen, en bij getrainde atleten in vergelijking met sedentaire personen.
AdemhalingsreactiesEdit
De ademhaling van een snorkel is beperkt tot ondiepe diepten vlak onder de oppervlakte als gevolg van de inspanning die tijdens het inademen nodig is om de hydrostatische druk op de borstkas te overwinnen. Hydrostatische druk op het lichaamsoppervlak als gevolg van onderdompeling in water met het hoofd veroorzaakt een negatieve drukademhaling die het bloed naar de intrathoracale circulatie verplaatst.
Het longvolume neemt in rechtopstaande positie af als gevolg van de craniale verplaatsing van de buik door de hydrostatische druk, en de weerstand tegen de luchtstroom in de luchtwegen neemt aanzienlijk toe als gevolg van de afname van het longvolume.
Hydrostatische drukverschillen tussen het inwendige van de long en de ademgasafgifte, een verhoogde dichtheid van het ademgas als gevolg van de omgevingsdruk, en een verhoogde stromingsweerstand als gevolg van een hogere ademhalingsfrequentie kunnen alle leiden tot een verhoogde ademarbeid en vermoeidheid van de ademhalingsspieren.
Er lijkt een verband te bestaan tussen longoedeem en een verhoogde pulmonale bloedstroom en druk die resulteren in capillaire engorgement. Dit kan optreden bij intensievere oefeningen tijdens onderdompeling of onderdompeling.
De onderdompeling van het gezicht op het moment dat de ademhalingsgreep wordt ingezet, is een noodzakelijke factor om de duikreflex van zoogdieren bij de mens te maximaliseren.