При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика — всего 0,02-0,03 кг/см2 и нагрузка на сердце возрастает незначительно.
Дыхание под водой возможно лишь при том условии, что внешнее давление воды равно внутреннему давлению воздуха в системе "легкие — дыхательный аппарат". Несоблюдение этого равенства затрудняет дыхание или делает его вообще невозможным. Так, дыхание через трубку на глубине 1 метр при разности между внешним и внутренним давлением 0,1 кг/см2 требует большого напряжения дыхательных мышц и долго продолжаться не может, а на глубине 2 метра дыхательные мышцы уже не в состоянии преодолеть давление воды на грудную клетку.
(Если считать площадь грудной клетки 6000 см2, то на глубине 2 и (гидростатическое давление 0,2 кг/см2) усилие со стороны воды на грудную клетку составит 0,2 х 6000 = 1200 кг!
Человек в покое на поверхности делает 12–24 вдохов-выдохов в минуту, и его легочная вентиляция (минутный объем дыхания) составляет 6-12 л/мин.
В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более 1/6 всего находящегося в них воздуха. Остальной воздух остается в альвеолах легких и является той средой, где происходит газообмен с кровью. Альвеолярный воздух имеет постоянный состав и в отличие от атмосферного содержит 14 % кислорода, 5,6 % углекислого газа и 6,2 % водяных паров. Даже незначительные изменения в его составе приводят к физиологическим сдвигам, которые являются компенсаторной защитой организма. При значительных изменениях компенсаторная защита не будет справляться, в результате возникнут болезненные (патологические) состояния.
Не весь воздух, попадающий в организм, достигает легочных альвеол, где происходит газообмен между кровью и легкими. Часть воздуха заполняет дыхательные пути организма (трахею, бронхи) и не участвует в процессе газообмена. При выдохе этот воздух удаляется, не достигнут альвеол. При вдохе в альвеолы вначале поступает воздух, который остался в дыхательных путях после выдоха (обедненный кислородом, с повышенным содержанием углекислого газа и водяных паров), а затем свежий воздух.
Объем дыхательных путей организма, в которых воздух увлажняется и согревается, но не участвует в газообмене составляет примерно 175 см3. При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.
Интенсивные мышечные движения под водой требуют большого расхода кислорода, что приводит к усилению легочной вентиляции, в результате увеличивается скорость потока воздуха в дыхательных путях организма и аппарата (дыхательной трубки). При этом пропорционально квадрату скорости потока воздуха возрастает сопротивление дыханию. С увеличением плотности сжатого воздуха соответственно глубине погружения сопротивление дыханию также возрастает.
А это оказывает существенное влияние на длительность и скорость плавания под водой. Если сопротивление дыханию достигает 60–65 мм рт. ст., то дышать становится трудно и дыхательные мышцы быстро утомляются. Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях, что приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.
Газы, входящие в состав воздуха для дыхания, оказывают влияние на организм человека в зависимости от величины их парциального (частичного) давления.
Азот воздуха начинает практически оказывать токсическое действие при парциальном давлении 5,5 кг/см2. Так как в атмосферном воздухе содержится примерно 78 % азота, то указанному парциальному давлению азота соответствует абсолютное давление воздуха 7 кг/см2 (глубина погружения — 60 м). На этой глубине у пловца появляется возбуждение, снижаются трудоспособность и внимательность, затрудняется ориентировка, иногда наблюдается головокружение. На больших глубинах (80-100 м) развиваются зрительные и слуховые галлюцинации. Практически на глубинах свыше 80 метров пловец становится нетрудоспособным, и спуск на эту глубину при дыхании воздухом возможен только на очень короткое время.
Кислород в больших концентрациях даже в условиях атмосферного давления действует на организм отравляюще. Так, при парциальном давлении кислорода 1 кг/см2 (дыхание чистым кислородом в атмосферных условиях) уже после 72-часового дыхания в легких развиваются воспалительные явления. При парциальном давлении кислорода более 3 кг/см2 через 15–30 мин возникают судороги и человек теряет сознание. Факторы, предрасполагающие к возникновению кислородного отравления, это: содержание во вдыхаемом воздухе примеси углекислого газа, напряженная физическая работа, переохлаждение или перегревание.