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即使不潜水,泡过澡堂的人,也可能会有一种经历——胸口没入水中,会感觉呼吸有些压迫感,这种感觉在水没至颈部的时候后就尤其明显。
今天的小干货,我们就来介绍下关于这个问题的小知识,理解了这个知识后不仅可以回答上面问题,同时还能顺带解答类似的下面问题:
为什么我们不能在水底通过一根长管子吸取水面上的空气(不增压)?
为什么调节器可以让我们像在陆地中一样呼吸?
为什么用呼吸管猛吹时很费力?
呼吸原理
如同大多数的心理学问题一样,人对人自身已有能力会认为存在得理所当然,现实是有些能力没这么简单,就拿呼吸这个再自然不过的动作来讲,里面涉及到的事儿就很多。
气体进出肺是由大气和肺泡气之间存在着压力差的缘故。在自然呼吸条件下,此压力差产生于肺的张缩所引起的肺容积的变化。可是肺本身不具有主动张缩的能力,它的张缩是由胸廓的扩大和缩小所引起,而胸廓的扩大和缩小又是由呼吸肌的收缩和舒张所引起。当吸气肌收缩时,胸廓扩大,肺随之扩张,肺容积增大,肺内压暂时下降并低于大气压,空气就顺此压差而进入肺,造成吸气(inspiration)。反之,当吸气肌舒张和(或)呼气肌收缩时,胸廓缩小,肺也随之缩小,肺容积减小,肺内压暂时升高并高于大气压,肺内气便顺此压差流出肺,造成呼气(expiration)。呼吸肌收缩、舒张所造成的胸廓的扩大和缩小,称为呼吸运动。
所以,呼吸的过程其实是脑子发命令让呼吸肌舒张/收缩的结果,那么呼吸能否顺利进行主要就是呼吸肌的正常工作与否+脑子是否正常发出指令。
压差
这里先假设我们都拥有一个健康的肺,健康的胸廓以及健康的呼吸肌,即我们可以正常的呼吸。因为人类的主要生活环境是陆地,所以我们的身体机能都是为了陆地生存而构造,包括可以适应空气折射的眼球,足以分辨声音来源的双耳,以及适应差不多一个大气压的呼吸。
正是长时间待在合适生存的陆地,同时避免过多的能量浪费,我们的身体中大多器官、组织、肌腱的能力都是刚刚好!除非经过特别训练,相近地区人的各种机能都差不多,比如偏冷地区的人大多能很耐寒。所以就呼吸而言,我们的身体就是适应一个大气压的环境,包括平时的呼吸和跑步等剧烈运动时的不同状态,总在一个区间内,这导致我们呼吸肌的舒张/收缩能力是比较固定的,这体现在压差上。
呼吸过程中肺内压变化的程度,视呼吸的缓急、深浅和呼吸道是否通畅而定。若呼吸慢,呼吸道通畅,则肺内压变化较小;若呼吸较快,呼吸道不够通畅,则肺内压变化较大。平静呼吸时,呼吸缓和,肺容积的变化也较小,吸气时,肺内压较大气压约低0.133-0.266kPa(1-2mmHg),即肺内压为-0.266—-0.133kPa(-2—-1mmHg);呼气时较大气压约高0.133-0.266kPa(1-2mmHg)。用力呼吸时,呼吸深快,肺内压变化的程度增大。当呼吸道不够通畅时,肺内压的升降将更大。例如紧闭声门,尽力作呼吸动作,吸气时,肺内压可为-13.3——-3.99kPa(-100—-30mmHg),呼气时可达7.89-18.62kPa(60-140mmHg)。
记住两个数值:0.266和13.3kPa。
因为我们不用考虑呼气的问题,主要考虑吸气就行,这两个数值一个是我们呼吸肌平时的能力,另一个就是呼吸肌的极限,不可置否的是,除非特殊情况,呼吸肌没法锻炼,正常人就只点水平。
深度
kPa,千帕这个数值很抽象,我们需要转换一下,首先把kPa转换成bar,得到两个数值0.0027bar和0.133bar,这个数值应该有点感觉了,我们再转换一次,根据10米海水≈1bar,得到,0.027米和1.33米,即2.7厘米和1.33米,现在一些朋友应该就明白。
当胸口没过水面后,呼吸肌的运动需要对抗额外的水压,尤其是没过2.7厘米后,呼吸肌就要以比平时更大的力进行运动,而到了颈部时,颈部和肺的距离约为20-25厘米,会让人更费力地呼吸,但仍控制在1.33米之内,不至于让人不能呼吸。
解答
Q1
为什么我们不能在水下通过一根管子吸气?
已经很清楚了,1.33米基本是极限,超过这个深度,我们的呼吸肌即使全力运动也无法正常打开肺,所以,一些古老的水底勘探都是在船上用着类似空压机的机器来提供正压力的。
Q2
为什么调节器可以让我们像在陆地中一样呼吸?
调节器提供的是环境压力,即使在水下笔直的时候,肺到口的距离也就40,完全在1.33米的范围内,更何况现代调节器都配有较小呼吸阻抗和较小呼吸用功的特性,使得我们可以更舒服的呼吸。
Q3
为什么用呼吸管猛吹时很费力?
这道题留给大家,先前的介绍里也有呼气时的参数,试着做一做。
思考
即便调节器能带给我们良好的水下呼吸体验,但如果我们的Trim不好,依然有着一定的压差,导致呼吸肌工作费力,最好的方法仍然是练好自己的中性浮力和trim,这样才能事半功倍。
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