„Don’t worry be happy” czy „Killing me softly”?

Marcin Baranowski

Praktycznie każdy freediver spotkał się kiedyś z negatywnymi uwagami na temat uprawianego przez siebie sportu. Najczęściej pojawiają się opinie, że nie dotleniamy mózgu i obumierają nam od tego szare komórki. Oczywiście zapewniamy, że to nieprawda i nic nie grozi naszym bezcennym neuronom. Jednak gdzieś głęboko zazwyczaj pojawia się wątpliwość czy aby na pewno. Właśnie taka refleksja skłoniła mnie do zebrania materiałów i napisania niniejszego artykułu. Postaram się tu przedstawić dostępne informacje odnośnie zmian zachodzących w mózgu w trakcie pojedynczego bezdechu jak i odległych wpływów freedivingu na ten organ. Wszystkie wiadomości zamieszczone w tej pracy (o ile nie zostało to inaczej zaznaczone w tekście) zostały zaczerpnięte z publikacji naukowych.

Metabolizm i zużycie tlenu przez mózg

Chociaż mózg stanowi zaledwie 2% masy ciała człowieka zużywa aż 20% tlenu pobieranego w warunkach spoczynkowych przez organizm. Dla porównania zbliżoną ilość tlenu zużywają również mięśnie, które stanowią ponad 40% masy ciała (właśnie dlatego tak ważna we freedivingu jest pełna relaksacja). Chociaż zapotrzebowanie mózgu na tlen jest duże należy pamiętać, że w przeliczeniu na masę tkanki narządy takie jak serce, nerki czy wątroba zużywają podobną czy nawet większą ilość tego gazu. Tym co odróżnia mózg od innych organów jest fakt iż energię może on wytwarzać niemal wyłącznie w procesach tlenowych. Podczas gdy inne narządy bez szkody mogą znieść zatrzymanie dopływu krwi (i tym samym dostaw tlenu) przez okres od 20 minut (mięsień sercowy) do kilkunastu godzin (skóra), mózg już po ok. 10 sekundach reaguje utratą przytomności, a nieodwracalnym uszkodzeniom ulega po zaledwie 4-6 minutach. Kolejną unikalną właściwością tego organu jest to, że do produkcji energii w normalnych warunkach wykorzystuje on niemal wyłącznie glukozę. Dodatkowo neurony praktycznie nie posiadają wewnątrzkomórkowych zapasów tego związku w postaci glikogenu co uzależnia je od stałych dostaw glukozy z krwi.

Wbrew obiegowej opinii zużycie tlenu przez mózg nie ulega znacznemu podwyższeniu w trakcie wysiłku umysłowego. Większość energii produkowanej przez mózg wykorzystywana jest bowiem do podtrzymania jego podstawowych funkcji oraz aktywności neuronów wymaganej do zachowania świadomości. W aktywowanych rejonach kory mózgowej zużycie tlenu wzrasta zaledwie o kilkanaście procent. Mając na uwadze fakt, że w normalnych warunkach nigdy nie dochodzi do jednoczesnego pobudzenia wszystkich części mózgu, w przeliczeniu na cały organ jest to wzrost maksymalnie kliku procentowy. W trakcie głębokiego snu zużycie tlenu przez mózg spada jednak aż o 25%, a w znieczuleniu ogólnym nawet o 50%. Tak więc wydaje się, że przy zastosowaniu odpowiednich technik redukcja konsumpcji tlenu przez mózg powinna być możliwa do osiągnięcia. Potwierdzają to badania przeprowadzone na osobach praktykujących medytację i jogę, u których wykazano nawet 19% spadek zużycia tlenu przez organizm po sesji takich ćwiczeń. Co ciekawe najbardziej skuteczna okazała się być tzw. medytacja cykliczna, w której następują po sobie fazy stymulacji (przyjmowanie różnych pozycji jogi) oraz relaksacji w pozycji leżącej.

Zmiany w mózgu zachodzące w trakcie pojedynczego bezdechu

Wbrew powszechnej opinii fakt, że po 4 minutach od zatrzymania krążenia może dojść do uszkodzenia mózgu nie oznacza, że po wstrzymaniu oddechu na taki sam czas również istnieje taka możliwość. Zatrzymanie oddechu nie wiąże się bowiem z natychmiastowym niedotlenieniem mózgu. Wynika to z faktu, że w płucach cały czas zachodzi wymiana gazowa a natlenowana krew wciąż dociera do mózgu. U przeciętnego mężczyzny po wykonaniu głębokiego wdechu w płucach znajduje się ok. 1000ml tlenu, a kolejne 800ml zmagazynowane jest we krwi. Chociaż może się to wydawać sprzecznym z logiką, u średnio wytrenowanego freedivera w trakcie czterominutowej statyki ilość tlenu dostarczanego do mózgu nie tylko nie ulega obniżeniu ale nawet wzrasta. Co więcej, przez pierwsze 2-3 minuty bezdechu wysycenie krwi tętniczej tlenem nie spadnie nawet poniżej normy (czyli pon. 95%). Jest to konsekwencją faktu iż hemoglobina efektywnie wysyca się tlenem w płucach nawet gdy jego poziom w powietrzu pęcherzykowym ulegnie znaczącej redukcji. Jednak nawet kiedy saturacja krwi tętniczej zacznie spadać, dostawy tlenu do mózgu wciąż nie ulegną obniżeniu. Zmniejszona zawartość tlenu we krwi jest bowiem z nadmiarem kompensowana wzrostem jej przepływu przez naczynia mózgowe (nawet trzykrotnym!) na skutek ich rozszerzenia. Głównym czynnikiem naczyniorozszerzającym jest tu wzrost zawartości CO2 we krwi a nie spadek poziomu tlenu. Fakt ten jest jednym z powodów, dla których hiperwentylacja zwiększa ryzyko blackoutu. Jeżeli usuniemy znaczną ilość CO2 z organizmu jego poziom we krwi w trakcie bezdechu może być zbyt niski by wywołać odpowiednio silne rozszerzenie naczyń mózgowych co skutkuje zmniejszeniem dostaw tlenu. Zjawiska tego doświadczył też każdy kto miał okazję pompować materac ustami. Pojawiające się wówczas zawroty głowy spowodowane są właśnie niedotlenieniem mózgu wynikającym ze zwężenia naczyń krwionośnych na skutek zbyt niskiego poziomu CO2 we krwi. Naczyniorozszerzające działanie CO2 jest również odpowiedzialne za ból głowy, który czasem pojawia się po intensywnych treningach czy maksymalnych próbach. Zwiększenie objętości krwi w naczyniach mózgowych powoduje bowiem wzrost ciśnienia śródczaszkowego co pobudza receptory bólowe.

Oczywiście opisane wyżej mechanizmy kompensacyjne mają swoje granice i w trakcie dłuższego bezdechu dojdzie w końcu do zmniejszenia dostaw tlenu do mózgu. Wykazano jednak, że produkcja energii w neuronach ulega ograniczeniu dopiero gdy saturacja krwi spadnie do 75-45% (różne źródła podają różne wartości). Funkcje umysłowe ulegają upośledzeniu średnio przy wysyceniu krwi tlenem na poziomie 64%. Utrata przytomności ma zaś miejsce średnio przy saturacji wynoszącej 56%. Dane te uzyskano jednak w badaniach przeprowadzonych w komorze hipobarycznej, odpowiednie wartości w trakcie bezdechu są prawdopodobnie niższe. Wynika to z faktu, że w przypadku pobytu w komorze hipobarycznej nie dochodzi do podwyższenia zawartości CO2 we krwi, co ogranicza rozszerzenie naczyń mózgowych oraz utrudnia dysocjację tlenu z hemoglobiny. Wykazano, że dobrze wytrenowani freediverzy zachowują świadomość nawet przy saturacji wynoszącej 45-35%. Tak czy inaczej w trakcie bezdechu mózg pracuje normalnie aż do momentu gdy od utraty przytomności dzieli nas już bardzo mało czasu. Dlatego też blackout może pojawić się bez żadnego ostrzeżenia. Jeżeli szczęśliwie uda nam się zauważyć jakiekolwiek symptomy natychmiast powinniśmy zakończyć próbę gdyż do utraty przytomności zostało już najczęściej tylko kilkanaście sekund.

Jeżeli jednak przekroczymy nasz indywidualny próg tolerancji hipoksji dojdzie do uruchomienia ostatniego mechanizmu obronnego – wyłączenia świadomości. Co ciekawe nie wynika to z faktu, że neurony nie są już w stanie generować impulsów elektrycznych z powodu braku energii. Jest to raczej aktywny mechanizm mający na celu ograniczenie ilości zużywanego tlenu. Polega on na zmniejszeniu pobudliwości neuronów oraz hamowaniu transmisji synaptycznej. Nie dochodzi jednak do zatrzymania aktywności całego układu nerwowego a tylko struktur mózgu zaangażowanych w wyższe czynności nerwowe (głównie kory mózgowej). Nerwy obwodowe oraz ośrodki sterujące funkcjami wegetatywnymi wciąż działają gdyż mają znacznie mniejsze zapotrzebowanie na tlen. Dzięki temu możliwe jest na przykład samoistne przywrócenie akcji oddechowej po blackoucie. W następstwie hipoksji może jednak również dojść do paradoksalnego pobudzenia niektórych struktur mózgowych co objawia się tzw. sambą, czyli mimowolnymi ruchami kończyn, a w cięższych przypadkach drgawkami przypominającymi atak epilepsji.

Jednak nawet utrata przytomności nie oznacza, że mózg zaczyna ulegać uszkodzeniu. Zanim do tego dojdzie musi upłynąć kolejnych kilka minut, oczywiście pod warunkiem, że nie nastąpi zatrzymanie krążenia. Na szczęcie w pierwszym okresie po blackoucie taka sytuacja praktycznie nigdy nie ma miejsca. Chociaż większości osób wydaje się inaczej, utrata przytomności w następstwie zatrzymania oddechu jest nieporównywalnie mniej niebezpieczna (oczywiście w przypadku sprawnej asekuracji) niż zatrzymanie krążenia z racji na to, że do mózgu wciąż dostarczana jest pewna ilość tlenu. Co więcej, zachowanie krążenia znacznie wydłuża czas przeżycia neuronów nawet w przypadku gdy krew jest całkowicie pozbawiona tlenu. Wynika to z faktu, że możliwe jest ciągłe odbieranie produktów przemiany materii, a przede wszystkim utrzymanie stałych dostaw glukozy. Pozwala to mózgowi pozyskiwać pewną ilość energii w procesach beztlenowych. Osoba, która doznała blackoutu po szybkim zastosowaniu standardowej procedury (uniesienie głowy ponad wodę, zdjęcie maski, dmuchanie na twarz) w ciągu kilkunastu sekund zaczyna samodzielnie oddychać i odzyskuje przytomność. Na zawodach freedivingowych blackout jest dosyć częstym zjawiskiem, statystycznie kończy się w ten sposób około 10% prób. Jak dotąd nie udokumentowano jednak żadnego przypadku jakichkolwiek trwałych następstw z tym związanych. Jest to sytuacja podobna do omdlenia, które z medycznego punktu widzenia nie stanowi zagrożenia dla mózgu. W niektórych badaniach naukowych, czy podczas tak zwanego testu pochyleniowego wykorzystywanego w diagnostyce, omdlenia indukowane są nawet celowo.

Istnieje praca, w której wykazano, że w pierwszych minutach po nurkowaniu w stałym balaście (ale nie po próbie statyki) dochodzi do niewielkiego upośledzenia funkcji poznawczych przy zachowaniu normalnego czasu reakcji i pamięci wzrokowej. Upośledzenie to jest jednak większe i utrzymuje się do 80 minut u osób, które w trakcie statyki doświadczyły samby. Dla bezpieczeństwa lepiej więc powstrzymać się od jazdy samochodem przez przynajmniej 90 minut po próbie, która nie została czysto zakończona.

Odległy wpływ freedivingu na mózg
Niemal każdemu zdarzyło się kiedyś zemdleć, większość osób wielokrotnie doświadczała też przejściowego niedokrwienia mózgu po raptownym wstaniu z pozycji leżącej objawiającego się zawrotami głowy i czasową utratą wzroku. Z medycznego punktu widzenia takie sytuacje nawet gdy powtarzają się często nie stanowią zagrożenia dla mózgu. Z dużą dozą pewności można więc przyjąć, że amatorsko uprawiany freediving, w przypadku którego nasilenie i częstość epizodów hipoksji są niewielkie (za szkodliwą w dłuższym okresie czasu uważa się saturację pon. 90%), a nawet pojedyncze blackouty, nie wywierają negatywnego wpływu na mózg. Trudno jednak powiedzieć czy sytuacja wygląda tak samo w przypadku intensywnie trenujących zawodników. Na razie dostępnych jest bowiem zbyt mało informacji na ten temat. Dość dobrze poznany jest za to obturacyjny bezdech senny, który całkiem dobrze oddaje warunki intensywnego treningu freedivingowego. U osób cierpiących na tą chorobę dochodzi w trakcie snu do licznych epizodów zatrzymania oddechu (nawet kilkudziesięciu w ciągu godziny) trwających zazwyczaj 20-40 sekund, a czasem nawet 2 minuty. Wysycenie krwi tlenem może okresowo spadać nawet poniżej 50%. W ostatnich latach wykazano, że w mózgu pacjentów cierpiących na obturacyjny bezdech senny rozwijają się trwałe zmiany strukturalne i zaburzenia czynnościowe (np. problemy z pamięcią i koncentracją, zmiany osobowości), które są proporcjonalne do stopnia hipoksji. Eksperymenty na szczurach pokazały, że nieodwracalne zmiany w mózgu i zachowaniu pojawiają się już po dwóch tygodniach symulacji ciężkiego bezdechu śródsennego. Należy jednak podkreślić, że do uszkodzeń mózgu dochodzi głównie w przypadku osób z najcięższymi postaciami zespołu bezdechu sennego. Dodatkowo u takich pacjentów ma miejsce chroniczny niedobór snu, często obciążeni są oni również współistniejącymi schorzeniami takimi jak cukrzyca czy choroby układu krążenia. Powyższe czynniki również mogą przyczyniać się do rozwoju zaburzeń mózgowych. Tak więc nie ma co popadać w panikę. Tym bardziej, że w przypadku zdecydowanej większości freediverów średni czas treningu nie przekracza zapewne godziny dziennie co ma się nijak do tego czego doświadczają osoby z zespołem bezdechu sennego. Jednak intensywnie trenujący zawodnicy (czasem czyta się o osobach robiących dwie długie tabele dziennie) mogą moim zdaniem mieć pewne powody do niepokoju. Trzeba pamiętać o tym, że uszkodzenia, które ewentualnie powstają, mogą pozostać niezauważone gdyż w takich sytuacjach objawy pojawiają się stopniowo w długim okresie czasu. Szczególnie wrażliwa na hipoksję jest część mózgu zwana hipokampem pełniąca kluczową rolę w procesach pamięci. Tak więc najbardziej prawdopodobnym symptomem są właśnie problemy z pamięcią. Na forach internetowych spotyka się też wypowiedzi osób, które doświadczyły stanów depresyjnych w następstwie intensywnego treningu statyki. Co ciekawe, pacjenci cierpiący na zespół bezdechu sennego również charakteryzują się zwiększonym ryzykiem wystąpienia depresji.

Ostatnio pojawiły się pierwsze badania wykonane na freediverach. W jednej pracy grupę 20 zawodników światowej klasy poddano czułym testom neuropsychologicznym, ich wyniki nie odbiegały od normy. W kolejnej przebadano 5 osób intensywnie trenujących freediving od kilku lat. Badania neurologiczne oraz rezonans magnetyczny mózgu nie wykazały żadnych odstępstw od normy. Jednak badanie SPECT pozwalające ocenić czynność różnych obszarów mózgowia wykazało obecność nieprawidłowości u wszystkich badanych, przy czym nie dawały one żadnych widocznych objawów. Te wyniki trzeba jednak traktować z ostrożnością ze względu na małą ilość przebadanych osób oraz fakt, że część z nich miała w przeszłości urazy głowy.

W innej pracy oznaczano poziom białka S100B we krwi po statyce trwającej 5-6 minut. Białko to jest markerem uszkodzenia mózgu. Kilka minut po zakończeniu próby jego poziom wzrósł o 30%, ale po 2h wrócił do normy. Podobne badania krwi u zawodnika, który doznał blackoutu podczas DNF (po przepłynięciu 70m) wykazały wzrost stężenia S100B o 100%, który utrzymywał się jeszcze 26h godzin po próbie. Jednak w obydwu przypadkach poziom tego białka nie przekroczył górnej granicy normy. Przy uszkodzeniach mózgu wynikających z udaru czy zatrzymania akcji serca ilość S100B podnosi się o kilkaset procent. Dodatkowo wzrost stężenia tego białka nie musi wcale oznaczać obumierania neuronów a na przykład tylko zwiększoną przepuszczalność naczyń mózgowych na skutek wzrostu ciśnienia krwi pojawiającego się podczas fazy walki w trakcie bezdechu. Co ciekawe, zbliżony wzrost stężenia S100B notuje się np. u biegaczy. Niemniej jednak fakt, że po blackoucie zanotowano silniejszy i znacznie dłużej utrzymujący się efekt może budzić pewien niepokój.
Należy również wspomnieć o zagrożeniu chorobą dekompresyjną, która w przypadku freediverów, w odróżnieniu od nurków sprzętowych, dotyka przede wszystkim mózgu. Prawdopodobnie jest to wynikiem aktywacji odruchu nurkowego skutkującej przekierowaniem większości krwi do tego narządu. Badania przeprowadzone na japońskich Ama wykazały liczne przypadki udarów mózgu związanych z chorobą dekompresyjną. Należy podkreślić, że takie zagrożenie pojawia się nawet przy nurkowaniach na głębokość rzędu dwudziestu metrów w przypadku wielokrotnego ich wykonywania z zastosowaniem zbyt krótkich przerw na powierzchni. Pamiętać o tym powinni przede wszystkim łowcy podwodni polujący na większych głębokościach.

Mózg jest w stanie do pewnego stopnia zaadaptować się do długotrwałej hipoksji. Dobitnie świadczy o tym fakt, że istnieją na świecie miejsca od tysięcy lat zamieszkałe przez ludzi leżące ponad 4000 m n.p.m. Na takich wysokościach wysycenie krwi tlenem spada poniżej 90%. Badania na szczurach wykazały, że w warunkach tych dochodzi do wytworzenia w mózgu nowych naczyń włosowatych (ich ilość może wzrosnąć nawet dwukrotnie). Zwiększają się też zdolności neuronów do pobierania glukozy z krwi oraz uzyskiwania energii w procesach beztlenowych. Prawdopodobnie ograniczeniu ulega również zużycie tlenu przez mózg. Wysoka odporność na hipoksję wykazywana przez czołowych freediverów sugeruje obecność podobnych adaptacji. Trening freedivingowy wbrew pozorom może mieć też pozytywne efekty. Badania na zwierzętach wykazały, że krótkie epizody hipoksji hartują mózg, zmniejszając rozmiary uszkodzeń w następstwie udaru. Freediving prawdopodobnie aktywuje też mechanizmy chroniące nasz organizm przed wolnymi rodnikami tlenowymi.

Podsumowując, osoby uprawiające freediving czysto rekreacyjnie, lub trenujące z umiarkowaną intensywnością, w mojej opinii nie mają powodów do niepokoju. Niestety przeprowadzono jeszcze zbyt mało badań żeby potwierdzić bądź wykluczyć negatywny wpływ wyczynowego freedivingu na mózg. Tak czy inaczej ten negatywny wpływ, o ile w ogóle istnieje, nie może być znaczny, inaczej wszyscy czołowi zawodnicy mieli by już objawy demencji. Dla bezpieczeństwa radziłbym jednak nie ćwiczyć tabelek dzień w dzień, nie robić maksymalnych prób przy każdej okazji i unikać samby oraz blackoutów. Jeżeli jednak mamy w planach mistrzostwo świata musimy zaakceptować ryzyko utraty paru neuronów, w końcu żaden sport wyczynowy nie jest dobry dla zdrowia.

Uaktualnienie (luty 2016)

W ostatnim czasie opublikowano wyniki badań przeprowadzonych na grupie 17 zawodników startujących tego samego dnia w konkurencji statyki (średni czas trwania 5min) oraz dynamiki (średni dystans 88m). Przed pierwszym startem oraz po ukończeniu drugiej konkurencji pobrano od nich próbki krwi, w których oznaczono stężenie markerów uszkodzenia mózgu: białka S100B oraz swoistej enolazy neuronowej (NSE). W trakcie zawodów u 9 uczestników zanotowano sambę lub blackout. W odróżnieniu od poprzednich badań, poziom S100B we krwi nie uległ zmianie. Doszło natomiast do podwyższenia stężenia NSE do wartości spotykanych u osób, które przeżyły zatrzymanie krążenia bez poważnych uszkodzeń neurologicznych. NSE, w porównaniu do S100B, jest bardziej selektywnym markerem. Enzym ten występuje bowiem tylko we wnętrzu komórek nerwowych oraz krwinek i uwalniany jest jedynie w następstwie ich uszkodzenia. Wzrost jego stężenia we krwi zawodników jest więc niepokojący. Należy jednak zaznaczyć, że autorzy nie stwierdzili zależności pomiędzy czasem trwania statyki i dynamiki oraz wystąpieniem blackoutu bądź samby a poziomem NSE. Do wyników tych badań trzeba więc podchodzić z rezerwą, tym bardziej, że eksperymenty na zwierzętach wykazały iż stężenie NSE rośnie także w następstwie niedokrwienia nerek, wątroby oraz przewodu pokarmowego. Przepływ krwi przez te narządy może ulec znacznemu ograniczeniu po aktywacji odruchu nurkowego, tak więc istnieje możliwość iż zaobserwowane w tej pracy zmiany nie miały swojego źródła w mózgu. Pocieszające są również wyniki niedawnych badań mózgu Guillaume Nery’ego przy pomocy funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, które nie wykazały żadnych zaburzeń.

_________________________

Artykuł został opublikowany na stronie www.freediving.com.pl 27 sierpnia 2013 roku i cieszył się dużym uznaniem wśród czytelników. Poniżej publikujemy zamieszczone pod artykułem komentarze.