Hranice člověka: Jak fungují těla freediverů a potápěčů do extrémních hloubek?

Lidé už od nepaměti posouvají své hranice. Ve sportovních výkonech se dostávají ke slovu čím dál lepší technologie a chytřejší tréninkové metody, na posouvání rekordů má bezpochyby vliv jednoduše i to, že profesionálních sportovců je nejvíce v historii. Za fascinujícími výkony, které zdánlivě popírají lidskou přirozenost, ale mnohdy stojí něco mnohem staršího – prosté mechanismy přežití. A první věc, již bezesporu potřebujeme k přežití všichni bez rozdílu, je kyslík.

Na jeden nádech

Freediveři jsou potápěči, kteří plavou v extrémních hloubkách pod vodou bez dýchacího přístroje. Ti nejlepší dokážou zadržet dech na mimořádně dlouhou dobu – rekord žen je devět minut, u mužů ten doposud nejlepší vydržel nedýchat necelých 12 minut. Když se podíváte na zátěž, kterou tento sport klade na lidské tělo, zdá se být téměř nemožné, že by se někdo mohl potápět do tak velkých hloubek a na tak dlouhou dobu – a přesto se to děje. Díky vědcům víme proč.

Ale než si to vysvětlíme, zkuste zadržet dech. Na pět vteřin. Jednoduché? Nadechněte se tentokrát zhluboka a délku zadržení dechu zdvojnásobte nebo ztrojnásobte. Možná jste pociťovali nutkání nadechnout se za 10 nebo 15 vteřin. V tu dobu se většina lidí začne cítit nepříjemně. Ve skutečnosti to ale není proto, že by vám docházel kyslík. V těle se jen hromadí oxid uhličitý, a to signalizuje vašemu mozku, že se ho musí výdechem zbavit.

Nedovolit mozku panikařit

Každá činnost našeho těla spotřebovává kyslík a produkuje CO₂ jako odpadní produkt. Když dýcháte, nabíráte vzduch do plic, takže vaše tělo může přijímat čerstvý kyslík do krve. Zároveň odvádí oxid uhličitý zpět do plic, takže ho můžete vydechnout. Když přestanete dýchat, přestože jen na pár vteřin, množství kyslíku se začne snižovat a hladina CO₂ se zvyšuje, jak se hromadí v krvi. Pokud se vaše hladina kyslíku sníží příliš, ztratíte vědomí.

Náš mozek nedokáže dostatečně dobře signalizovat nedostatek kyslíku. Umí ale reagovat na zvyšující se množství CO₂ a vysílá signály do těla, aby dýchalo (nebo dýchalo více), a tím se ho zbavilo. Jakmile nutkání dýchat zesílí, přidají se i kontrakce bránice jako další „argument“ k nadechnutí. Mozek zkrátka bojuje o život a nevidí, že kyslíku má ještě dost.

Pokud se dokážete popasovat s počátečním nepohodlím, jež má na svědomí váš panikařící mozek, otevřou se vám nové obzory. Zdravý člověk může zadržet dech na jednu až dvě minuty a má v krvi stále 100 procent kyslíku, jak tvrdí doktor Peter Lindholm z Kalifornské univerzity v San Diegu, který se věnuje problematice zdravotních aspektů potápění a zároveň je sám freediverem. Když zvládnete odolat nutkání se nadechnout v prvních vteřinách, stačí, abyste to několikrát zopakovali, a mozek si uvědomí, že nejde o život. To znamená, že nepříjemný pocit může s tréninkem ustoupit.

Někteří potápěči před ponorem záměrně hyperventilují a dávají si pozor na to, aby každý výdech trval o něco déle než nádech. Sníží tím obsah oxidu uhličitého v krvi, což umožní jejich mozku malý náskok. Ti pokročilejší používají techniku, při níž donutí plíce pojmout víc kyslíku, než by byly schopny normálně obsáhnout. Jde o takzvané pakování neboli žabí dýchání, odborně zvané glosofaryngeální. To je speciální technika nádechu používaná i u pacientů se sníženou vitální kapacitou plic, která spočívá v postupném „polykání“ vzduchu do plic pomocí úst a v zabránění unikání vzduchu hrtanem a nosem. Tím dojde k navýšení objemu vzduchu v plicích.

To jsou ale jen drobné triky oproti něčemu, co sdílíme s každým dalším savcem na planetě. Zatím jsme se totiž nevěnovali tomu hlavnímu aspektu potápění – vodě a jejímu tlaku.

Pod tlakem

Jakmile vstoupíte do vody, atmosférický tlak se výrazně zvýší. V 10 metrech pod hladinou vás svírá dvojnásobný tlak oproti tomu běžnému, na který jste zvyklí. Lékaři kdysi věřili v to, že se lidé nemohou ponořit hlouběji než zhruba 40 metrů, než se jejich orgány zhroutí, ale lidské tělo má své vlastní způsoby, jak se proti tlaku v hloubce bránit.

Tlak ovlivňuje vzduch, jejž si potápěči nesou v plicích. Způsobuje jeho smršťování na cestě dolů a rozpínání, když se vracejí zpátky na hladinu. Další věcí, na kterou musejí potápěči brát ohled, když se ponoří hlouběji, je jejich vztlak. Jakmile dosáhnou určité hloubky, stanou se vůči okolí neutrální, přestanou se vznášet a poté začnou klesat. Hloubkoví potápěči to používají jako způsob, jak sestoupit dolů, aniž by museli spotřebovávat energii plaváním. Freediveři obvykle nosí závaží, aby přirozený vztlak kompenzovali.

Dávné dědictví

Lidské tělo má fascinující sbírku předem naprogramovaných reakcí, které lidem zbyly z dob, kdy většina živočichů přežívala ve vodě. Tou nejzásadnější z nich je potápěcí reflex vlastní všem obratlovcům dýchajícím vzduch. Nejsilnější je u vodních savců, ale mají ho vyvinutý i novorozenci, kteří díky němu dokážou okamžitě po narození plavat. Freediveři se tento reflex naučili využívat ve svůj prospěch.

Reakce se spustí, jakmile ponoříme obličej do – ideálně studené – vody a začneme zadržovat dech. Náš mozek zaregistruje tekutinu i rostoucí hladinu CO₂ a zapojí potápěcí reflex. Tělo pak začne přesměrovávat krev z končetin do našeho mozku a dalších životně důležitých orgánů. To pomáhá dodávat kyslík do zásadních částí organismu a také chrání naše plíce před kolapsem pod tlakem v hloubce. Mimochodem, to je také důvod, proč se potápěčům chce na toaletu mnohem častěji než „suchozemcům“ – tělo interpretuje krev jako přebytečnou tekutinu a snaží se jí zbavit.

Naše srdeční frekvence se zpomaluje, protože si obsah krve – a tedy i vysoký tlak – držíme ve středu našeho těla. To je další způsob, jakým se organismus snaží šetřit kyslík. Slezina se stáhne. Tím vytlačuje spoustu nových červených krvinek, které pomáhají přenášet kyslík v našich cévách.

Cílem potápěcího reflexu je zkrátka pomoct nám přežít pod vodou déle – tím, že chrání náš mozek a další životně důležité orgány před nedostatkem kyslíku a také před poškozením tlakem vody. To je právě ten důvod, proč mnoho lidí dokáže zadržet dech ve vodě déle než na souši. A spousta z nás tuto reakci využívá podvědomě, aniž by o tom věděla – vybavíte si ten klid, když se ponoříte do vody a potopíte si hlavu?

Z extrému do extrému

Potápěče netrápí jen nedostatek kyslíku, jejich organismus se musí vyrovnat i s velkými teplotními rozdíly. Naštěstí je k tomu lidské tělo uzpůsobeno a umí se vypořádat s lecjakým extrémem, ať už jde o horko přes 100 stupňů Celsia v sauně, nebo minus 150 stupňů v kryokomoře, určené pro terapii chladem.

Lidské tělo běžně udržuje svoji tělesnou teplotu v rozmezí 35,8–37 °C. Pro člověka, který není oblečený ani nevykonává žádnou náročnou aktivitu, je ideální teplota vzduchu okolo 28 °C. Nicméně během fyzické námahy s vysokou intenzitou a v extrémním prostředí se tělesná teplota začne zvyšovat. Termoregulace představuje schopnost organismu udržovat konstantní a optimální tělesnou teplotu. Ta je klíčová pro řízení všech biochemických procesů v našem těle, které mohou zrychlovat nebo zpomalovat v závislosti právě na tom, zda teplota stoupá, nebo klesá. Termoregulace nastupuje až tehdy, když tělo opustí komfortní teplotní zónu.

Centrálním orgánem, regulujícím tělesnou teplotu a fungujícím jako termostat, je hypotalamus, část našeho mezimozku. Na povrchu kůže se nacházejí povrchové receptory, takzvané tepelné senzory, které jsou propojeny právě s hypotalamem. Tyto receptory reagují na změny teploty a prostřednictvím reflexů pomáhají udržovat konstantní tělesnou teplotu. Člověk má přibližně 250 000 termoreceptorů pro detekci chladu a 30 000 pro detekci tepla. Teplota těla se mění v závislosti na aktuální aktivitě, celkovém stavu organismu, okolní teplotě, vlhkosti a průtoku vzduchu, stejně jako na oblečení.

Slupka a jádro

Z hlediska termoregulace se lidské tělo skládá ze dvou hlavních částí: tepelného jádra a tepelné slupky. Tepelné jádro zahrnuje vnitřní orgány v hrudní a břišní dutině, lebeční a hluboko uložené části končetin, které mají vysokou metabolickou aktivitu. Jádro je hlavním zdrojem produkce tepla, tvoří zhruba 70 % tepelného výdeje těla a jeho teplota se pohybuje mezi 35,0 a 37,3 °C. Tepelná slupka je povrchová vrstva těla a její šířka závisí na individuálním tělesném typu.

Slupku tvoří kůže, podkoží, vrstva tuku pod kůží a končetiny. Teplota tepelné slupky je proměnlivá a mění se pod vlivem okolí, obvykle je nižší než teplota tepelného jádra. Ideální rozdíl teploty mezi tepelným jádrem a tepelnou slupkou u zdravé osoby činí přibližně 4 °C. Kůže má tedy obvykle teplotu kolem 33 °C.

Jak je tedy možné, že se lidský organismus zvládne vypořádat i s extrémními teplotami, a navíc si to – alespoň co se kryokomory a sauny týče – užít?
Nejde totiž jen o teplotu. Musíme se podívat na jeden klíčový faktor, který ovlivňuje, jak teplotu vnímáme a jak na ni naše tělo reaguje. Tím faktorem není nic jiného než vlhkost vzduchu. Kombinace teploty a vlhkosti vzduchu (případně rychlosti větru, pokud jsme venku) nám dává dohromady „pocitovou teplotu“ – tedy to, co skutečně vnímáme. Každý z vlastní zkušenosti ví, že -10 °C v zimě na horách za jasného dne bez větru vnímáme úplně jinak než stejných -10 °C, když je zataženo a silně fouká.

U sauny i kryokomory se místo větru a dalších aspektů venkovního počasí zaměříme kromě teploty vzduchu hlavně na vlhkost. Obecně platí, že vzduch není dobrým vodičem tepla, zatímco voda je v tom mnohem účinnější. V suchém vzduchu sauny je tedy přenos tepla velmi nízký, a k tomu funguje pocení jako účinný způsob ochlazování. Vlhkost vzduchu v sauně bývá obvykle mezi 10 a 20 %, někdy ještě nižší.

Kryoterapie naopak vystavuje tělo extrémnímu chladu po několik minut. Stejně jako v sauně i v kryokomoře je vzduch extrémně suchý, což zpomaluje proces ochlazování těla. Vnitřní mechanismy se starají o udržení tělesné teploty, kůže se ochlazuje pomalu, takže nedochází k omrzlinám. Jakákoli cirkulace vzduchu v kryokomoře by urychlila ochlazování, takže se většinou jedná o uzavřený prostor.