Gdy twarz jest zanurzona i woda wypełnia nozdrza, receptory czuciowe wrażliwe na wilgoć w obrębie jamy nosowej i innych obszarów twarzy zaopatrywanych przez piąty (V) nerw czaszkowy (nerw trójdzielny) przekazują informację do mózgu. Dziesiąty (X) nerw czaszkowy, (nerw błędny) – część autonomicznego układu nerwowego – produkuje bradykardię i inne drogi nerwowe wywołują obwodowe zwężenie naczyń krwionośnych, ograniczając krew z kończyn i wszystkich narządów, aby zachować krew i tlen dla serca i mózgu (i płuc), koncentrując przepływ w obwodzie serce-mózg i pozwalając zwierzęciu zachować tlen.
W ludzi, odruch nurkowania nie jest wywoływany, gdy kończyny są wprowadzane do zimnej wody. Łagodna bradykardia jest wywoływana przez badanych wstrzymujących oddech bez zanurzania twarzy w wodzie. Podczas oddychania z zanurzoną twarzą odpowiedź na nurkowanie wzrasta proporcjonalnie do obniżającej się temperatury wody. Największy efekt bradykardii jest jednak wywoływany, gdy badany wstrzymuje oddech z zamoczoną twarzą. Bezdech z chłodzeniem nozdrzy i twarzy są wyzwalaczami tego odruchu.
Odpowiedź na nurkowanie u zwierząt, takich jak delfin, różni się znacznie w zależności od poziomu wysiłku podczas żerowania. Dzieci mają tendencję do przeżywania dłużej niż dorośli, gdy są pozbawione tlenu pod wodą. Dokładny mechanizm tego efektu jest przedmiotem dyskusji i może być wynikiem chłodzenia mózgu, podobnego do efektów ochronnych obserwowanych u ludzi leczonych głęboką hipotermią.
Chemoreceptory ciała szyjnegoEdit
Podczas długotrwałego wstrzymywania oddechu w zanurzeniu, poziom tlenu we krwi spada, podczas gdy poziom dwutlenku węgla i kwasowości wzrasta, co jest bodźcem działającym na chemoreceptory zlokalizowane w obustronnych ciałach szyjnych. Jako narządy zmysłów, ciała szyjne przekazują informacje o stanie chemicznym krążącej krwi do ośrodków mózgowych regulujących wyjścia neuronalne do serca i krążenia. Wstępne dowody u kaczek i ludzi wskazują, że ciała szyjne są niezbędne dla tych zintegrowanych reakcji układu krążenia w odpowiedzi na nurkowanie, tworząc „chemorefleks” charakteryzujący się przywspółczulnym (spowalniającym) działaniem na serce i współczulnym (zwężającym naczynia krwionośne) działaniem na układ naczyniowy.
Reakcje krążenioweEdit
Utrata płynów osocza spowodowana diurezą zanurzeniową następuje w krótkim okresie zanurzenia.Zanurzenie głowy powoduje przesunięcie krwi z kończyn do klatki piersiowej. Przemieszczenie płynu pochodzi w dużej mierze z tkanek pozanaczyniowych, a zwiększona objętość przedsionków powoduje kompensacyjną diurezę. Objętość osocza, objętość wyrzutowa i rzut serca pozostają wyższe niż normalnie podczas zanurzenia. Zwiększone obciążenie oddechowe i sercowe powoduje zwiększony przepływ krwi do mięśni sercowych i oddechowych. Na objętość wyrzutową nie ma większego wpływu zanurzenie ani zmiany ciśnienia otoczenia, ale bradykardia zmniejsza ogólny rzut serca, szczególnie z powodu odruchu nurkowego w nurkowaniu na wstrzymanym oddechu.
Bradykardia i rzut sercaEdit
Bradykardia jest reakcją na kontakt twarzy z zimną wodą: tętno człowieka zwalnia od dziesięciu do dwudziestu pięciu procent. Foki doświadczają zmian, które są jeszcze bardziej dramatyczne, przechodząc od około 125 uderzeń na minutę do zaledwie 10 podczas przedłużonego nurkowania. Podczas wstrzymywania oddechu ludzie również wykazują zmniejszoną kurczliwość lewej komory i zmniejszony rzut serca, efekty, które mogą być bardziej dotkliwe podczas zanurzenia ze względu na ciśnienie hydrostatyczne.
Spowolnienie akcji serca zmniejsza zużycie tlenu przez serce i kompensuje nadciśnienie spowodowane skurczem naczyń krwionośnych. Jednak czas wstrzymania oddechu ulega skróceniu, gdy całe ciało jest wystawione na działanie zimnej wody, ponieważ tempo metabolizmu wzrasta, aby zrekompensować przyspieszoną utratę ciepła, nawet gdy tętno jest znacznie zwolnione.
Kurcz śledzionyEdit
Śledziona kurczy się w odpowiedzi na obniżony poziom tlenu i zwiększony poziom dwutlenku węgla, uwalniając czerwone krwinki i zwiększając pojemność tlenową krwi. Może się to rozpocząć przed wystąpieniem bradykardii.
Przesunięcie krwiEdit
Przesunięcie krwi jest terminem używanym, gdy przepływ krwi do kończyn jest redystrybuowany do głowy i tułowia podczas nurkowania z zatrzymanym oddechem. Wazokonstrykcja naczyń obwodowych występuje podczas zanurzenia przez naczynia oporowe ograniczające przepływ krwi do mięśni, skóry i trzewi, regionów, które są „tolerancyjne na hipoksję”, zachowując w ten sposób natlenioną krew dla serca, płuc i mózgu. Zwiększony opór dla obwodowego przepływu krwi podnosi ciśnienie krwi, co jest kompensowane przez bradykardię, warunki, które są podkreślane przez zimną wodę. U ssaków wodnych objętość krwi jest około trzy razy większa w przeliczeniu na masę niż u ludzi, a różnica ta jest powiększona przez znacznie większą ilość tlenu związanego z hemoglobiną i mioglobiną nurkujących ssaków, co umożliwia przedłużenie zanurzenia po zminimalizowaniu kapilarnego przepływu krwi w narządach obwodowych.
ArytmieEdit
Arytmie serca są wspólną cechą reakcji człowieka na nurkowanie. Jako część odruchu nurkowego, zwiększona aktywność przywspółczulnego układu nerwowego serca nie tylko reguluje bradykardię, ale także jest związana z ektopowymi uderzeniami, które są charakterystyczne dla funkcji ludzkiego serca podczas nurkowania z zatrzymanym oddechem. Arytmia może być wzmocniona przez reakcje neuronalne na zanurzenie twarzy w zimnej wodzie, rozciągnięcie serca spowodowane centralnym przesunięciem krwi i rosnącym oporem wyrzutu lewej komory (afterload) przez rosnące ciśnienie krwi. Inne zmiany powszechnie mierzone w elektrokardiogramie podczas nurkowania z zatrzymaniem oddechu u ludzi obejmują obniżenie odcinka ST, podwyższenie załamka T i dodatnią falę U następującą po zespole QRS, pomiary związane ze zmniejszoną kurczliwością lewej komory i ogólną depresją funkcji serca podczas nurkowania.
Reakcje nerek i równowagi wodnejEdit
W nawodnionych osobach zanurzenie spowoduje diurezę i wydalanie sodu i potasu. Diureza jest zmniejszona u osób odwodnionych i u wytrenowanych sportowców w porównaniu z osobami prowadzącymi siedzący tryb życia.
Reakcje układu oddechowegoEdit
Oddychanie przy pomocy fajki nurkowej jest ograniczone do płytkich głębokości tuż pod powierzchnią z powodu wysiłku wymaganego podczas wdechu do pokonania ciśnienia hydrostatycznego na klatce piersiowej. Ciśnienie hydrostatyczne na powierzchni ciała spowodowane zanurzeniem głowy w wodzie powoduje oddychanie podciśnieniowe, które przesuwa krew do krążenia śródpiersiowego.
Objętość płuc zmniejsza się w pozycji wyprostowanej z powodu czaszkowego przemieszczenia brzucha spowodowanego ciśnieniem hydrostatycznym, a opór dla przepływu powietrza w drogach oddechowych znacznie wzrasta z powodu zmniejszenia objętości płuc.
Różnice ciśnienia hydrostatycznego między wnętrzem płuc a dostarczanym gazem oddechowym, zwiększona gęstość gazu oddechowego spowodowana ciśnieniem otoczenia oraz zwiększony opór przepływu spowodowany większą częstością oddechów mogą powodować zwiększoną pracę oddechową i zmęczenie mięśni oddechowych.
Wydaje się, że istnieje związek między obrzękiem płuc a zwiększonym płucnym przepływem krwi i ciśnieniem, co skutkuje obrzękiem kapilarnym. Może to wystąpić podczas ćwiczeń o większej intensywności w czasie zanurzenia lub pod wodą.
Zanurzenie twarzy w czasie inicjowania wstrzymania oddechu jest czynnikiem niezbędnym do maksymalizacji odruchu nurkowania u ssaków.