酸素なしで潜る熟練のダイバーは心拍数が「1分間に11回」まで低下しても耐えられるとの研究結果

呼吸するための酸素ボンベなどを使用しないで深い海に潜るフリーダイビングは、非常に長い状態を無呼吸で耐えながら潜水し、そして海面まで浮上する過酷なスポーツです。100m以上の深さに潜ることができるフリーダイバーを調査した新たな研究により、潜水中は心拍数が1分間に11回(11bpm)まで減り、意識障害を起こすレベルまで血中酸素飽和度が低下するケースがあると判明しました。

When the human brain goes diving: using near-infrared spectroscopy to measure cerebral and systemic cardiovascular responses to deep, breath-hold diving in elite freedivers | Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences
https://doi.org/10.1098/rstb.2020.0349

Divers beat seals during deep dives | University of St Andrews news
https://news.st-andrews.ac.uk/archive/divers-beat-seals-during-deep-dives/

Free divers' heart rates can drop as low as 11 beats per minute | Live Science
https://www.livescience.com/divers-brain-oxygen-level-lower-seals.html

熟練したフリーダイバーは4分間以上も息を止め、100m以上の深さまで潜ることができます。しかし、息を止めている潜水中は酸素を体に取り入れることができず、血液を通して全身に酸素を送りこむ能力が阻害されてしまうため、意識を失ってしまうリスクも存在します。30年間にわたりフリーダイバーの研究を行ってきたミッド・スウェーデン大学のErika Schagatay氏によると、「これまでの研究は実験室内での模擬潜水中に行われたため、深い海を潜水する例外的なダイバーにおける脳や心血管系への影響や、どれほどこれらのダイバーが体を酷使しているのかを理解することはできませんでした」とのことで、フリーダイバーの体内で何が起こっているのかは不明な点が多数残されていました。

そこでスウェーデンやイギリス、オランダ、日本などの国際的な研究チームは、生体に近赤外線を照射して酸素飽和度の変化などを計測する近赤外線分光法(NIRS)を用いて血液や脳の酸素飽和度、そして心拍数などを測定する「Artinis Medical Systems」という特殊なデバイスを開発しました。Artinis Medical Systemsは皮膚にLED光を照射するウェアラブルデバイスであり、高深度における非常に強い水圧にも耐えられるとのこと。研究チームはこのデバイスをフリーダイバーの頭部に装着し、心拍数や血中酸素飽和度を測定しながら、100m以上の深さまで潜ってもらう実験を行いました。

実際に、研究チームに協力したフリーダイバーが100m以上の水深まで潜っていく様子は、以下のムービーを見るとよくわかります。

When the human brain goes diving - YouTube


右側の数字が、上から「心拍数」「血中の酸素飽和度」「脳の酸素飽和度」を示しており、スタート時点の心拍数は60bpm、血中酸素飽和度は99％、脳の酸素飽和度は70％となっています。

潜水が始まると、まずは心拍数が減少し始めます。これは、血中酸素飽和度を下げないようにする体の適応システムが働いているためです。

潜水を始めてから50秒で、ローマのコロッセオ(高さ48m)を超える深さまで到達。この時点で心拍数は42bpmまで低下しています。

次第にダイバーはバタ足を止め、自由落下のような形で潜っていきます。潜水開始から1分35秒が経過した時点で水深87mに到達し、心拍数は36bpm。血中酸素飽和度は99％ですが、脳の酸素飽和度は65％に減少しています。

そしてついに水深100mを突破し、心拍数は30bpmまで低下。これでも十分に低い数値ですが、中には11bpmまで心拍数が下がったケースもあったとのこと。

ダイバーが折り返し地点に到達して浮上を始めると、心拍数は一気に上昇して60bpmに。一方、血中酸素飽和度や脳の酸素飽和度は急速に減少し始めます。

潜水開始から3分が経過した時点でダイバーは水深66mまで上昇しており、合計で140m近く上下している計算になります。心拍数は66bpmであり、血中酸素飽和度は81％、脳の酸素飽和度は60％。

ダイバーが水深40mまで浮上してきた時点で、ついに脳の酸素飽和度が50％を下回りました。研究チームによると、脳の酸素飽和度が50％を下回ると意識を失う可能性があるそうです。

水深30mで、ダイバーが無事に水面まで浮上するのをサポートするセーフティダイバーが合流。フリーダイビングでは血中酸素飽和度が低下する浮上時、特に最後のひと踏ん張りにおけるリスクが高いとのこと。

潜水開始から4分13秒が経過した時点で心拍数は66bpm、血中酸素飽和度は59％、脳の酸素飽和度は36％。これは大脳の機能不全が起きてもおかしくないレベルだそうです。

水面に顔を出す直前、ダイバーの脳の酸素飽和度は25％近くまで低下しました。これは潜水中のアザラシよりも低い数値であり、エベレストの頂上で測定された最低値に相当すると研究チームは述べています。

このダイバーは無事、水面まで浮上することができました。

論文の筆頭著者であるセント・アンドルーズ大学のChris McKnight博士は、「フリーダイバーが示す並外れた生理学的反応と忍耐力を超えて、彼らは非常に有益な生理学的グループかもしれません。彼らの生理学的反応は非常に独特であり、さらされている状況を簡単に再現できないため、血液や脳の酸素レベル低下や厳しい心血管系の抑制に対しての体の反応を理解する、特殊な方法を提供してくれます」とコメント。研究チームによると、今回の発見がフリーダイバーの安全性を高める役に立つ他、外傷や外科的処置を受けた患者の心臓や脳を保護する方法の理解につながる可能性があるとのことです。