水中潜水の人体生理学

水中潜水の人体生理学とは、水中環境がダイバーに及ぼす生理学的影響、および息止め潜水中と適切な呼吸ガス供給による大気圧での呼吸中の水中での行動への適応のことである。したがって、これにはフリーダイビングまたは水中呼吸装置を使用する大気圧ダイバーに一般的に限定される生理学的影響の範囲が含まれる。ダイバーには、浸水、水への曝露、息止め持続時間の限界、大気圧の変化、上昇した大気圧での呼吸ガスの影響、呼吸装置の使用によって引き起こされる影響、および感覚障害など、いくつかの要因が影響する。これらすべてがダイバーのパフォーマンスと安全性に影響を与える可能性がある。^[1]

浸水は体液バランス、循環、呼吸運動に影響を及ぼします。^{[2] [3]}冷水にさらされると、有害な寒冷ショック反応、^{[4] [5]}有益な潜水反射、過度の体温低下を引き起こす可能性があります。^{[6] [7] [8] [9]}呼吸を止められる時間は、酸素貯蔵量、二酸化炭素濃度の上昇に対する反応、および溺死の危険性が高い低酸素性失神のリスクによって制限されます。^{[10] [11] [12]}

周囲圧力の大きな変化や突然の変化は、気圧外傷と呼ばれる傷害を引き起こす可能性がある。^{[1] [13]}加圧下での呼吸にはいくつかの影響がある。代謝的に不活性なガスは組織に吸収され、麻酔作用やその他の望ましくない作用を持つ可能性があり、減圧中に泡が発生しないようにゆっくりと放出されなければならない。^[14]代謝的に活性なガスは濃度に比例してより大きな影響を持ち、濃度は分圧に比例し、汚染物質の場合、分圧は絶対周囲圧力に比例して増加する。^[1]

呼吸仕事量は、呼吸ガスの密度の増加、呼吸器のアーティファクト、水中での姿勢による静水圧の変化によって増加します。水中環境は感覚入力にも影響を与え、安全性や深度での効率的な機能に影響を及ぼす可能性があります。^[2]

ダイビングが人体に与える影響、ダイビング中に発生する可能性のある予見可能な傷害のメカニズム、およびそのような傷害が発生した場合に必要となる対応を理解するには、解剖学と生理学に関する基礎知識が必要です。ダイビングの生理学は、プロのダイバーの入門レベルのトレーニングの一部ですが、レクリエーションダイバーの場合は、認定機関によっては特定の認定に必要な最低限の知識しか提供していないため、異なる場合があります。範囲と詳細レベルは、トレーニングプロバイダーと認定機関によって異なる場合がありますが、通常は中等学校レベルの詳細です。一般的に必要なサブトピックのいくつかを次に示します。^[15]

ダイビングが人体に与える影響とダイビング傷害のメカニズムを適切に理解するために必要な基礎生理学の側面。^[15]

• 代謝 – 生物における一連の化学反応
  • 臓器 – 同様の機能を持つ組織の集まり
  • 組織 – 特定の機能を果たす類似の細胞の集まり
• 循環器系 – 動物の血液を循環させる器官系
  • 血液 – 栄養素を体全体に運ぶ有機液
  • 心臓 – ほとんどの動物の体内にある臓器
    • 心房中隔欠損症、卵円孔開存症とも呼ばれる – 出生時に存在する人間の心臓の欠陥
  • 灌流 – 循環器系またはリンパ系を通じて臓器または組織に液体が流れること
  • 肺循環 – 血液を心臓から肺へ、そして再び心臓へ運ぶ循環器系の一部
    • 肺シャント – 酸素を奪われた血液による肺毛細血管のバイパス
  • 全身循環 – 酸素を含んだ血液を心臓から運び出す心血管系の一部
• 筋骨格系 – 筋肉と骨格系を使って人間に運動能力を与える器官系
• 神経系 – 行動と感覚を調整する動物の一部
  • 中枢神経系 – 脳と脊髄
  • 耳 – 聴覚と平衡感覚を司る器官
• 呼吸（生理学）  – 環境と組織間のガス交換
  • 血液空気関門 – 肺毛細血管内の肺胞空気と血液を隔てる膜
  • 呼吸 – 肺に空気を出入りさせるプロセス
  • 換気の制御 – 呼吸の制御
  • 死腔（生理学）  - 吸入された空気はガス交換の一部ではない
  • ガス交換 – ガスが生体膜を通して拡散するプロセス
  • 高炭酸ガス血症、別名CO2_貯留– 組織内の二酸化炭素濃度が異常に高い状態
  • 低炭酸血症 – 血液中の二酸化炭素が減少した状態
  • 低酸素症 – 組織内の酸素が不足する病状リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • 喉頭けいれん – 声帯の不随意収縮により吸入が制限される
  • 呼吸交換比 – 二酸化炭素の代謝生成と酸素の摂取の比率
  • 呼吸商 – 体内で生成される二酸化炭素と体内で消費される酸素の比率
  • 呼吸器系 – 動物や植物のガス交換のための生物学的システム

商業ダイバーや一部のレクリエーションダイバーの認定に適切な応急処置技術を十分に理解するために必要な基礎生理学の側面。（ほとんど同じシステムですが、応急処置に必要なより実用的な詳細が含まれています）^[15]

• 応急処置 – 緊急時の応急医療処置
• 心肺蘇生法 – 突然の心停止後の緊急処置
• 呼気蘇生 – 救助者の呼気を利用した人工呼吸
• 酸素投与 – 治療目的の酸素供給

人体を水に浸すと、血液の内部の静水圧に対抗する水の外部静水圧によって、循環、腎臓系、体液バランス、呼吸に影響が及ぶ。これにより、四肢の血管外組織から胸腔への血液の移動が起こり、 ^[2]浸水利尿として知られる体液損失が、浸水直後の水分補給された被験者の血液の移動を補う。^{[3] [2]}頭を出して水に浸かることによって体に生じる静水圧は、陰圧呼吸を引き起こし、これが血液の移動に寄与する。^[3]

^{血液の移動により、呼吸と心臓の作業負荷が増加する。一回}拍出量は、水没や周囲圧力の変化によって大きく影響されないが、心拍数の低下は、特に息止め潜水における潜水反射により、全体的な心拍出量を減少させる。 [2]直立姿勢では、静水圧による腹部の頭蓋変位により肺容量が減少し、肺容量の減少により気道内の空気流抵抗が大幅に増加する。^[3]肺水腫と、毛細血管充血をもたらす肺血流および圧力の上昇との間には関連があると思われる。これは、水没または水中に沈んでいる間の高強度運動中に発生する可能性がある。^{[2]胸部の周囲圧力と呼吸ガス供給圧力との静水圧差による負の静的肺負荷により、軟部肺組織のコンプライアンスが低下し、}呼吸仕事量が増加する可能性がある。^[16]

寒冷ショック反応は、突然の寒さ、特に冷たい水に対する生物の生理的反応であり、薄い氷を突き抜けるなど、非常に冷たい水に浸かった場合によく見られる死因である^{[5] 。冷気による即時のショックで不随意に息を吸い込み、水中にいれば溺死する可能性がある。また、冷たい水は血管収縮による心臓発作を引き起こす可能性がある[4]} 。心臓は、同じ量の血液を全身に送り出すために、より多くの働きをしなければならず、心臓病患者の場合、この余分な負荷によって心停止を引き起こす可能性がある。氷水に落ちた後、最初の 1 分間のトラウマを生き延びた人は、溺死しない限り、少なくとも 30 分間は生き延びることができる。しかし、体が「必須ではない」筋肉への血流を防御的に遮断するため、10 分後には浮いたままでいるなどの有用な作業を行う能力は大幅に低下する^{[5] 。}

潜水反射は、基本的な恒常性反射よりも優先される水没への反応であり、空気呼吸するすべての脊椎動物に見られます。^{[6] [7]酸素貯蔵を心臓と脳に優先的に分配することで}呼吸を最適化し、長時間水中にとどまることができます。これは水生哺乳類（アザラシ、^[17] カワウソ、イルカ、マスクラット）で強く発揮されますが、^[18]人間を含む他の哺乳類にも存在します。ペンギンなどの潜水鳥にも同様の潜水反射があります。^[6]潜水反射は、特に顔面を冷やしたり、息を止めることによって引き起こされます。^{[6] [19]最も顕著な影響は心血管系に見られ、末梢血管収縮、脈拍数の低下、酸素を節約するために血液を重要な臓器に向け直す、}脾臓に蓄えられた赤血球の放出、そして人間では心拍リズムの不整などが見られます。^[6]水生哺乳類は水中に潜っている間に酸素を節約するための生理学的適応を進化させてきたが、無呼吸、徐脈、血管収縮は神経反応として陸生哺乳類と共有されている。^[7]

低体温症は体温の低下であり、体が吸収して生成する熱よりも放散する熱の方が多い場合に起こります。 ^[20]臨床的低体温症は、体幹温度が35 °C (95 °F) 以下に低下した場合に起こります。^[21]熱の損失は、冷水中での水泳やダイビングにおける主な制限です。^[8]痛みやしびれによる指の器用さの低下は、全般的な安全性と作業能力を低下させ、結果として他の傷害のリスクを高めます。^{[8] [9]}合理的な意思決定能力の低下は、他の危険によるリスクを高め、冷えた筋肉の筋力低下も、日常的な状況と緊急事態の両方を管理する能力に影響を及ぼします。組織温度の低下と末梢灌流の低下は、不活性ガスの溶解度とガスの吸放出率に影響し、それによって減圧ストレスとリスクに影響します。^[21]水中では空気中よりも体温が急速に失われるため、屋外の気温としては妥当な水温であっても、適切に保護されていないダイバーは低体温症に陥る可能性があります。ただし、これが直接的な臨床的死因となることはあまりありません。^[8]

外耳道を冷水に長時間さらすと骨腫の成長を誘発する可能性がある。^[21]

ダイバーの体温状態は減圧ストレスとリスクに大きな影響を与え、安全の観点からは体温の快適性よりも重要です。温かいときのガスの吸収は冷たいときよりも速く、ガスの放出も同様です。これは主に表面組織で感知される温度知覚に対する灌流の違いによるものです。ダイビングのガスの吸収段階で快適さのために暖かさを維持すると、比較的高い組織ガス負荷が発生する可能性があります。また、減圧中に体が冷えると、冷えた組織の灌流が減少するため、またおそらく冷えた組織ではガスの溶解度が高くなるため、ガスの除去が遅くなる可能性があります。^[21]

空気呼吸動物による息こらえ潜水は、新鮮な呼吸ガス源（通常は水面の空気）に戻るまで利用可能な酸素で潜水を行う生理的能力によって制限される。この体内の酸素供給が枯渇すると、動物は循環内の二酸化炭素の蓄積によって呼吸衝動が高まり、続いて中枢神経系の低酸素症によって意識を失う。これが水中で起こると、動物は溺れる。動物の息こらえ潜水深度は、壁で囲まれた内部の気室の容積が呼吸の圧縮ガスのすべてで占められ、柔らかい空間が外圧によって潰れたときに制限される。深く潜れる動物は、害なく広範囲に潰れる可能性のある内部気室を有しており、潜水中の不活性ガスの吸収を避けるために、潜水前に積極的に息を吐くことがある。

息止めによる失神は、息止めダイビングの終盤に脳低酸素症によって引き起こされる意識喪失であり、スイマーは必ずしも緊急に呼吸する必要を感じておらず、原因となる明らかな医学的状態もない場合である。これは、ダイビング直前の過呼吸、浮上時の圧力低下、またはこれらの組み合わせによって引き起こされる可能性がある。被害者は息止めダイビングの熟練者であり、健康で強いスイマーであり、以前に問題を経験したことがないことが多い。^{[13] [12] [11]}

ダイビング中に水中で意識を失ったり、意識が朦朧としたりしたダイバーやスイマーは、短時間で救助され蘇生されない限り、通常は溺死します。 ^[22]フリーダイビングの意識喪失は死亡率が高く、主に40歳未満の男性に起こりますが、通常は回避可能です。リスクを定量化することはできませんが、過換気のレベルに関係なくリスクは明らかに増加します。^[10]

フリーダイビングのブラックアウトは、一定深度、深度からの浮上時、深度からの浮上後の水面など、どのダイビングプロファイルでも発生する可能性があり、意識が失われるダイビングプロファイルと深度に応じて、いくつかの用語で説明される場合があります。浅いダイビング中のブラックアウトは、深いダイビングからの浮上中のブラックアウトとは異なり、深水ブラックアウトは深度からの浮上時の減圧によって引き起こされるのに対し、浅水ブラックアウトは過換気後の低炭酸ガス血症の結果です。^{[11] [23]}

意識を維持できる最低限の組織および静脈の酸素分圧は約20ミリメートル水銀柱（27 mbar）です。^[24]これは肺の約30ミリメートル水銀柱（40 mbar）に相当します。^[25]脳機能には約46 ml/分の酸素が必要です。これは脳血流868 ml/分で最小動脈血酸素分圧（）29ミリメートル水銀柱（39 mbar）に相当します。^[24]${\displaystyle {P_{a_{O_{2}}}}}$

過換気は血液中の二酸化炭素を枯渇させ（低炭酸ガス血症）、呼吸性アルカローシス（pHの上昇）を引き起こし、酸素-ヘモグロビン解離曲線の左シフトを引き起こす。その結果、静脈の酸素分圧が低下し、低酸素症が悪化する。^[24]通常換気による息止めは、通常、90%以上の飽和度で解除される（CO2による_）が、これは低酸素症からは程遠い。低酸素症は呼吸駆動力を生み出すが、高炭酸ガス性呼吸駆動力ほど強くはない。^[26]これは高所医学で研究されており、低気圧のため低酸素症は高炭酸ガス症を伴わずに発生する。^[25]高炭酸ガス性呼吸駆動力と低酸素性呼吸駆動力のバランスは遺伝的変異性があり、低酸素トレーニングによって修正できる。これらの変異は予測リスクを確実に推定できないことを意味しているが、ダイビング前の過換気は明確なリスクを伴う。^[10]

フリーダイビングにおけるブラックアウトには3つの異なるメカニズムがある：^[27]

1. 持続性低酸素症は、呼吸が長く止まったために代謝活動によって酸素分圧が低下し、意識を失う場合に発生します。この状態は、酸素をより早く消費する運動や、血液中の二酸化炭素濃度を低下させる過換気によって加速され、次のような症状が現れます。
   • 酸素とヘモグロビンの親和性を高め、潜水の終わりに向けて脳組織への酸素供給を減少させる（ボーア効果）。
   • 呼吸したいという衝動を抑え、意識を失うまで呼吸を止めるのが容易になります。これはどの深さでも起こり得ます。^{[28] [27]}
2. 虚血性低酸素症は、過換気後の低二酸化炭素による脳血管収縮から生じる脳への血流減少、または舌咽腔への送気（肺パッキング）による心臓への圧力上昇（血液循環全般を低下させる）、またはその両方によって引き起こされます。脳が血液供給量よりも多くの酸素を使用した場合、脳酸素分圧は意識を維持するのに必要なレベルを下回ることがあります。このタイプの失神は、ダイビングの早い段階で発生する可能性があります。^{[27] [29]}
3. 浮上誘発性低酸素症は、浮上時に周囲の圧力が低下するため酸素分圧が低下することで引き起こされます。圧力がかかった深海での酸素分圧は意識を維持するのに十分かもしれませんが、それはその深度でのみであり、浅瀬や水面の圧力低下では十分ではありません。^{[30] [27] [29]}

浮上時のブラックアウトのメカニズムは、過換気による低炭酸ガス血症による急速なブラックアウトとは異なり、必ずしも過換気に続くものではありません。^{[11] [23]しかし、過換気はリスクを悪化させ、両者の間に明確な境界線はありません。浅水ブラックアウトは、過換気と}無呼吸に続いて、極端に浅い水域で、さらには陸上でも起こる可能性がありますが、深いフリーダイビングの浮上段階では、その影響ははるかに危険になります。浅水ブラックアウトと深水ブラックアウトという用語はかなりの混乱があり、さまざまなウォータースポーツ界で異なるものを指すために使用されたり、互換的に使用されたりしています。たとえば、浅水ブラックアウトという用語は、ブラックアウトが通常ダイバーが浅い深さまで浮上するときに発生するため、浮上時のブラックアウトを説明するために使用されています。^{[28] [30] [31]}

フリーダイバーに関する最近の研究（2021年）では、専門の潜水哺乳類において無呼吸潜水に特徴的な脳血行動態の変化が示されています。一部のダイバーでは、潜水の終わりに向かって静脈血量の大幅な増加も見られました。測定された動脈酸素飽和度の値は、極端な値で25％と、かなりの動脈脱酸素化を示したケースもありました。心拍数の変化は潜水哺乳類と同様で、変化のパターンが記録され、心拍数が1分あたり40拍未満のときの心臓波形の変化は、血管コンプライアンスの低下を示唆する変化と関連していました。^[32]

ダイバーに作用する周囲圧力には、大気圧と水圧（静水圧）の 2 つの要素があります。水中で 10 メートル（33 フィート）潜ると、周囲圧力が海面の気圧とほぼ同量増加します。したがって、水面から水中 10 メートル（33 フィート）まで潜ると、ダイバーにかかる圧力は 2 倍になります。この圧力変化により、ガスで満たされた空間の容積は半分になります。ボイルの法則は、ガス空間の容積とガス内の圧力の関係を説明しています。 ^{[1] [33]}

気圧外傷は、体内または体と接触しているガス空間と周囲のガスまたは液体との間の圧力差によって引き起こされる体組織の物理的損傷です。 ^[13]これは通常、ダイバーが浮上または潜降するときなど、生物が周囲の圧力の大きな変化にさらされたときに発生します。ダイビング中、気圧外傷を引き起こす圧力差は静水圧の変化です。^[1]

最初の損傷は通常、閉鎖空間内のガスの膨張によって直接的に、または組織を介して静水圧的に伝達される圧力差によって、張力またはせん断による組織の過度の伸張が原因です。組織破裂は、最初の外傷部位を介して局所組織または循環にガスが導入されることで複雑になる可能性があり、遠隔部位での循環の閉塞を引き起こしたり、その存在によって臓器の正常な機能を妨げたりする可能性があります。^[13]気圧外傷は、一般に副鼻腔または中耳への影響、減圧症(DCS)、肺過圧損傷、および外部からの圧迫による損傷として現れます。^[13]

潜降時の気圧障害は、ダイバーと接触する閉鎖空間内のガスの容積の自由な変化を妨げ、組織とガス空間の間に圧力差を生じさせることによって引き起こされ、この圧力差による不均衡な力によって組織が変形し、細胞が破裂します。^[13]

浮上時の気圧外傷は、ダイバーと接触する密閉空間内のガスの容積の自由な変化が妨げられた場合にも発生します。この場合、圧力差により周囲の組織に張力が生じ、その張力が組織の引張強度を超えます。組織破裂の他に、過圧によりガスが組織に侵入し、循環器系を通じてさらに遠くまで侵入することもあります。^[13]この浮上時の肺気圧外傷 (PBt) は、肺過膨張症候群 (POIS)、肺過圧障害 (LOP)、肺破裂とも呼ばれます。結果として生じる傷害には、動脈ガス塞栓症、気胸、縦隔気腫、間質気腫、皮下気腫などがありますが、通常はすべて同時に起こるわけではありません。^[33]

水中呼吸器から深海でガスを呼吸すると、肺には大気圧よりも高い圧力のガスが含まれることになる。そのため、フリーダイバーは10メートル（33フィート）まで潜っても息を吐かずに安全に浮上できる。肺の中のガスは大気圧で吸い込まれているからである。一方、 10メートルで深く息を吸い込み、息を吐かずに浮上するダイバーは、肺の中に大気圧の2倍の量のガスが含まれており、生命を脅かす肺損傷を被る可能性が非常に高い。^{[13] [33]}

高圧環境の爆発的な減圧は重度の気圧外傷を引き起こし、続いて重度の減圧気泡の形成やその他の関連する傷害を引き起こす可能性があります。バイフォードドルフィン号の事故はその一例です。^[34]

圧迫性関節痛は、比較的高い圧縮率で高い周囲圧力にさらされることによって引き起こされる関節の痛みです。膝、肩、指、背中、腰、首、肋骨の深部が痛む痛みとして記録されています。痛みは突然激しく現れ、関節がざらざらする感覚を伴うことがあります。^{[35]一般的には海水深}60m （メートル）付近で発症し、症状は深さ、圧迫率、個人の感受性によって異なります。強さは深さとともに増し、運動によって悪化する場合があります。圧迫性関節痛は一般に深海潜水、特に飽和潜水で問題となり、十分な深さではゆっくりとした圧迫でも症状が出ることがあります。Peter B. Bennettらは、トリミックスを使用すると症状が軽減できることを示しました。^[36]減圧による長期的な影響なしに症状は解消します。

呼吸ガスを常圧で供給すると、潜水時間を大幅に延長することができますが、この技術的解決策によって他の問題が発生する可能性があります。代謝的に不活性なガスの吸収は時間と圧力の関数として増加し、これらは溶解状態で存在する結果として窒素酔いや高圧神経症候群などの望ましくない影響を直ちに引き起こす可能性があります。^{[37] [38]}また、減圧中に組織内で溶解から抜け出すときに問題を引き起こす可能性があります。^[39]

代謝活性ガスの濃度が上昇すると、他の問題も発生します。これらの問題は、高分圧での酸素の毒性作用^[40] 、過度の呼吸努力と死腔の増加による二酸化炭素の蓄積^[41]、高圧での濃度増加による呼吸ガス中の汚染物質の毒性作用の悪化^[42]、恒常性維持のための換気制御への影響など多岐にわたります。^[43]

こうした問題のひとつは、呼吸ガスの不活性成分が血液中に溶解し、圧力下で高濃度のまま他の組織に運ばれることです。圧力が下がったとき、濃度が十分に高ければ、このガスは静脈血を含む組織内で泡を形成し、減圧症または「ベンド」と呼ばれる障害を引き起こす可能性があります。この問題は、ガスが溶解したまま除去できるほどゆっくりと減圧し、^[39]形成された泡が症状を引き起こさないほど小さく数が少ないうちに除去することで対処できます。^[44]

減圧の生理学には、生体組織におけるガスの溶解度、分圧と濃度勾配、拡散、バルク輸送、気泡力学の複雑な相互作用が関係している。^[45] ガスは大気圧で呼吸され、その一部は血液やその他の体液に溶解する。不活性ガスは、組織に溶解したガスが肺のガスと平衡状態になるまで（「飽和潜水」を参照）、または組織に溶解した不活性ガスの濃度が平衡状態よりも高くなるまで大気圧が下げられ、再び拡散し始めるまで吸収され続ける。^[39]

液体へのガスの吸収は、特定の液体への特定のガスの溶解度、通常は分圧で測定されるガスの濃度、および温度に依存する。 ^[39]減圧理論の研究では、組織に溶解したガスの挙動が調査され、時間の経過に伴う圧力の変化についてモデル化される。^[46]溶解すると、溶解したガスの分布は、溶媒のバルクフローがない場合には拡散によって、または溶媒（血液）がダイバーの体の周りを循環し、ガスがより低濃度の局所領域に拡散できる灌流によって行われる。呼吸ガス中の特定の分圧で十分な時間が与えられると、組織内の濃度は、溶解度、拡散速度、灌流に応じた速度で安定または飽和する。呼吸ガス中の不活性ガスの濃度がいずれかの組織の濃度よりも低下すると、ガスが組織から呼吸ガスに戻る傾向がある。これはガス放出として知られており、減圧時に周囲の圧力の低下や呼吸ガスの変化によって肺内の不活性ガスの部分圧が低下するときに発生します。^[39]

特定の組織におけるガスの総合濃度は、圧力とガス組成の履歴によって決まります。平衡状態では、酸素が組織内で代謝され、生成された二酸化炭素の方がはるかに溶解しやすいため、溶解ガスの総濃度は周囲圧力よりも低くなります。しかし、周囲圧力の低下中、圧力低下の速度が拡散と灌流によってガスが除去される速度を超える場合があり、濃度が高くなりすぎると、過飽和組織で気泡形成が発生する段階に達することがあります。気泡内のガス圧が、周囲圧力と気泡と液体の界面からの表面張力の複合外部圧力を超えると、気泡が成長し、この成長によって組織が損傷する可能性があります。この損傷によって引き起こされる症状は、減圧症として知られています。^[39]

実際の拡散速度と灌流速度、および特定の組織におけるガスの溶解度は一般には知られておらず、かなり異なります。しかし、実際の状況を多かれ少なかれ近似する数学モデルが提案されており、これらのモデルは、特定の圧力曝露プロファイルで症状のある気泡形成が発生する可能性があるかどうかを予測するために使用されています。^[46]

ヘリウムとおそらくネオンを除いて、呼吸できるガスはすべて、程度は大きく異なるものの、圧力がかかると麻酔効果を発揮します。^{[37] [14]麻酔は、}酩酊状態（アルコール中毒）や亜酸化窒素の吸入 に似た状態を引き起こします。浅い潜水でも起こることがありますが、通常、水深約30メートル（100フィート）未満の深さでは顕著にはなりません。

効果は脂溶性が高いガスの方が一貫して大きく、この2つの特性は機構的に関連しているという十分な証拠がある。^{[37]深度が増すにつれて、精神障害が危険になる可能性がある。ダイバーは麻酔の影響の一部に対処することを学ぶことはできるが、}耐性をつけることは不可能である。麻酔はすべてのダイバーに影響を与えるが、感受性はダイビングごとに、また個人間で大きく異なる。

ナルコーシスは、浅い水深に浮上することで数分で完全に回復し、長期的な影響もありません。したがって、ダイバーが症状に気づいており、浮上して対処できる限り、オープンウォーターでのダイビング中のナルコーシスが深刻な問題になることはめったにありません。知覚を変える効果のため、ナルコーシスの発症に気付きにくい場合があります。^{[47] [48]}最も無害な場合、ナルコーシスは不安の緩和、つまり平穏な気持ちと環境の支配感をもたらします。これらの効果は、さまざまな濃度の亜酸化窒素と本質的に同一です。また、アルコールや大麻、ジアゼパムやアルプラゾラムなどのよく知られているベンゾジアゼピン系薬剤の効果にも似ています（それほど近くはありませんが） 。^[49]このような効果は、認識されず対処されないままになる差し迫った危険を引き起こさない限り、有害ではありません。いったん安定すると、効果は特定の水深では通常同じままで、ダイバーがより深く潜ると悪化するだけです。^[50]

ナルコーシスの最も危険な側面は、判断力、マルチタスク、協調性の低下、意思決定能力と集中力の喪失です。その他の影響としては、めまい、視覚または聴覚障害などがあります。この症候群は、ダイバー個人や病歴、個人歴に応じて、高揚感、めまい、極度の不安、抑うつ、または妄想を引き起こす可能性があります。より深刻な場合、ダイバーは自信過剰になり、通常の安全なダイビングの実践を無視することがあります。 ^[51]反応時間の増加や認知機能のエラーの増加によって示される精神活動の低下は、ダイバーが事故に対処し損ねるリスクを高める影響です。^[52]ナルコーシスは、寒さの不快感と震えの両方の知覚を低下させ、それによって体温の生成に影響を与え、その結果、冷たい水中で体幹温度がより速く低下し、問題が進行していることへの意識が低下します。^{[52] [53] [54]}

麻酔の対処法は、浅い水深まで浮上することだけです。麻酔の影響は数分以内に消えます。^[55]合併症やその他の症状がある場合は、浮上することが常に正しい初期対応です。それでも問題が残る場合は、ダイビングを中止する必要があります。他の症状で緊急援助が必要でない限り、減圧スケジュールに従うことができます。^[56]

窒素酔いを避ける最も簡単な方法は、ダイバーが潜る深さを制限することです。酔いは深度が深くなるほど重症になるため、ダイバーは浅い深さに留まることで重度の酔いを回避できます。レクリエーション ダイバー認定機関のほとんどは、基本ダイバーの認定を 18 メートル (60 フィート) の深さまでしか行いません。この深さでは、酔いは重大なリスクにはなりません。通常、空中で 30 メートル (100 フィート) まで潜れる認定を受けるには、追加のトレーニングが必要であり、このトレーニングには、酔い、その影響、および管理に関する説明が含まれます。ダイバー トレーニング機関の中には、レクリエーション ダイバーが 40 メートル (130 フィート) の深さまで潜れるようにするための特別なトレーニングを提供しているところもあり、多くの場合、より詳しい理論と、厳重な監督下での深海ダイビングの練習が含まれます。^[57]レクリエーションの深さを超えるダイビングのトレーニングを行うスキューバ組織は、平均的なダイバーに深度で過度の麻酔を引き起こすガスでのダイビングを禁止し、空気中の窒素の一部または全部の代わりにヘリウムを含む他の呼吸ガス混合物（トリミックスやヘリオックスなど ）の使用を強く推奨する場合があります。ヘリウムには麻酔効果がないためです。^{[37] [58]}これらのガスの使用はテクニカルダイビングの一部であり、追加のトレーニングと認定が必要です。^[59]商業的な水上供給ダイビングでは、空気で通常50メートルの深さまで到達しますが、ダイバーは水面から監視され、気道はフルフェイスマスクまたはヘルメットで保護されます。^[60]

検査の結果、すべてのダイバーが窒素酔いの影響を受けることがわかっていますが、一部のダイバーは他のダイバーよりも影響が軽いと感じています。主観的な障害に対処する方法を学んだため、一部のダイバーは他のダイバーよりもうまく対処できる可能性がありますが、根本的な行動の影響は残ります。^{[61] [62] [63]}これらの影響は、ダイバーが酔いを経験していないと感じていても、依然として影響を受けている可能性があるため、特に危険です。^[47]

高圧神経症候群（HPNS）は、ダイバーがヘリウムを含む呼吸ガスを使用して約500フィート（150メートル）より深く潜ったときに起こる神経学的および生理学的 潜水障害です。経験する影響とその重症度は、潜水速度、深度、ヘリウムの割合によって異なります。^[38]

HPNS の症状には、振戦、ミオクローヌス、傾眠、脳波変化、^[64] 視覚障害、吐き気、めまい、精神能力の低下などがあります。^{[38] [65]} HPNS には 2 つの要素があり、1 つは圧縮速度によるもので、もう 1 つは絶対圧力によるものです。圧縮効果は、500 フィート (150 メートル) 以下を毎分数メートル以上の速度で潜降すると発生する可能性がありますが、圧力が安定すると数時間以内に軽減します。深度による影響は、1,000 フィート (300 メートル) を超える深度で顕著になり、その深度で過ごした時間に関係なく持続します。^[38]ダイバーの HPNS に対する感受性は個人によって大きく異なりますが、同じダイバーによる異なるダイビング間ではほとんど違いがありません。^[38]

HPNSを完全に予防することはできないと思われますが、症状の進行を遅らせたり変化させたりするための効果的な方法があります。^{[38] [66]}圧迫速度を遅くしたり圧迫を止める部分を追加したりすることで、パフォーマンスの大きな初期低下を防ぐことができることが分かっています。 ^{[38] [67]一方、ヘリウムと酸素の混合物に}窒素や水素などの他のガスを含めると、 神経学的影響が抑制されます。^{[68] [69] [70]}

人間の生理機能は、海面近くの大気圧条件に適応するように進化しています。大気中のガスは、それよりかなり高い圧力になると毒性を発揮しますが、毒性はガスの種類や分圧によって異なります。呼吸ガスの汚染物質の毒性は濃度に依存し、分圧、つまり深度に比例します。

酸素分圧が上昇した状態で呼吸すると、高酸素症、つまり体組織内の酸素過剰が発生します。人体は、曝露の種類に応じてさまざまな影響を受けます。中枢神経系毒性は、大気圧を超える高酸素分圧に短時間曝露することで発生します。肺毒性は、高圧治療中に高酸素レベルに長時間曝露することで発生する可能性があります。症状には、見当識障害、呼吸障害、近視などの視力変化などがあります。正常値を超える酸素分圧に長時間曝露するか、非常に高い分圧に短時間曝露すると、細胞膜の酸化損傷、肺胞の虚脱、網膜剥離、発作を引き起こす可能性があります。酸素毒性は、高酸素レベルへの曝露を減らすことで管理されます。研究によると、長期的には、ほとんどの種類の酸素毒性から確実に回復できます。

圧縮呼吸ガスを使用した水中ダイビングなど、通常よりも高い分圧で酸素を吸入する現場では、高酸素症の影響を回避するためのプロトコルが存在します。これらのプロトコルにより、酸素毒性による発作はますます稀になっています。

中枢神経系酸素中毒は、視覚変化（特にトンネル視野）、耳鳴り、吐き気、けいれん（特に顔面のけいれん）、行動変化（易刺激性、不安、混乱）、めまいなどの症状として現れる。その後、 2つの段階からなる強直間代発作が起こることがある。1つ目は、数秒間の激しい筋収縮（強直期）で、2つ目は、筋弛緩と収縮を交互に繰り返す急速なけいれんにより、けいれん的な動きが生じる（間代期）。この発作は、意識不明の状態（発作後状態）で終了する。^{[71] [40]発作の発症は、}呼吸ガス中の酸素分圧と曝露時間に依存する。しかし、発症前の曝露時間は予測できず、個人間でも、また同じ個人でも日によっても大きな変動があることが試験で示されている。^{[71] [72] [73]}さらに、水中への浸水、寒冷への曝露、運動などの多くの外的要因は、中枢神経系の症状の発症までの時間を短縮する。^{[74]耐性の低下は}二酸化炭素の保持と密接に関連している。^{[75] [76] [77]}

肺毒性の症状は、肺につながる気道で炎症が始まり、それが肺に広がることで起こります。^{[78] [79] [80]}これは吸入時の軽いチクチク感として始まり、頻繁な咳へと進行します。^[78]酸素分圧が上昇した状態で呼吸が続くと、吸入時に軽い灼熱感、制御できない咳、時折の息切れを経験します。^[78]一般的に、肺が保持できる空気の量（肺活量）が減少し、呼気機能と肺の弾力性に変化が見られます。^{[80] [81]} 0.5 bar（50 kPa）を超える酸素への曝露が断続的であれば、肺が回復し、毒性の発現が遅れます。^[82]

ダイバーの通常の呼吸は、二酸化炭素の排出が不十分な肺 胞低換気（高炭酸ガス血症）を引き起こす。 ^[1]米国海軍実験潜水部隊 のEHランフィアによる実験では、次のことが示唆されている。^[1]

• 4気圧（400kPa）でのより高い吸入酸素分圧は、水面直下で空気を呼吸する場合に同じ作業率で見られる値よりも終末呼気二酸化炭素濃度の上昇の25％以下を占めた。^{[85] [86] [87] [41]}
• 1気圧（100kPa）以上の圧力にさらされた場合、4気圧（400kPa）で窒素をヘリウムに置き換えたときの結果からもわかるように、呼吸仕事量の増加が肺胞二酸化炭素濃度の上昇の大部分を占めた。 ^{[85] [86] [87] [41]}
• 安静時の値は正常範囲内であったにもかかわらず、ダイバーがわずか数フィートの深さで呼吸した場合でも、終末呼気二酸化炭素濃度は運動とともに著しく上昇したという事実は、運動に対する換気反応が不十分であることを示している。^{[85] [86] [87] [41]}

ダイバーがシュノーケル、フルフェイスのダイビングマスク、ダイビングヘルメットなどの機械的なデッドスペースを備えた器具に息を吐き出し、その後デッドスペースから息を吸い込むと、二酸化炭素は完全に排出されません。 ^[41]

クローズドサーキットまたはセミクローズドサーキットのリブリーザーダイビングでは、吐き出された二酸化炭素を呼吸器系から除去する必要があります。通常は、ソーダライムなどのCO ₂との親和性が高い固体化合物を含むスクラバーを使用します。^[76]システムから除去しないと、吸入濃度の上昇を引き起こし、スクラバーブレークスルーと呼ばれます。ダイバーがより高いレベルの運動をすると、代謝活動の上昇により二酸化炭素が生成されます。呼吸ガスの密度は深度で高くなるため、吸入と呼気に必要な労力（呼吸仕事量）が増加し、呼吸が困難で効率が低下します。^[1]ガス密度が高くなると、肺内でのガス混合も効率が悪くなり、生理学的死腔が実質的に増加します。^[41]呼吸仕事量は、利用可能なすべてのエネルギーを呼吸に費やさなければならない点に達することがあります。この点を超えると、二酸化炭素は生成される速度と同じ速さで除去できなくなります。^[16]

ダイバーは意図的に低換気を行うことができ、これは「スキップ呼吸」として知られている。スキップ呼吸はオープンサーキットスキューバを使用する際に呼吸ガスを節約するための物議を醸す技術であり、吸入と呼気の間に短時間の休止または呼吸の停止（すなわち、呼吸を「スキップ」する）で構成される。これにより呼吸ガス中の利用可能な酸素がより多く使用されるが、肺胞ガス中の二酸化炭素レベルが上昇し、循環からの除去が遅くなる。^[88] スキップ呼吸は特にリブリーザーでは逆効果であり、呼吸動作によって二酸化炭素が除去される「ループ」の周りのガスが送り込まれるが、呼気ガスはリサイクルされ、スキップ呼吸では酸素消費量は減らない。

初期の高炭酸ガス血症の症状と徴候には、皮膚の紅潮、脈拍の増加、頻呼吸、呼吸困難、筋肉のけいれん、神経活動の低下、頭痛、混乱と無気力、心拍出量の増加、動脈血圧の上昇、不整脈の傾向などがあります。^{[89] [90]}重度の高炭酸ガス血症では、症状は見当識障害、パニック、過換気、けいれん、意識喪失に進行し、最終的には死に至ります。^{[91] [92]}

高炭酸ガス血症は中枢神経系の酸素中毒性けいれんのリスクを高める要因でもあると考えられています。^[16]

汚染物質の毒性は一般に濃度と曝露量（線量）の関数であるため、影響は周囲圧力とともに増大します。その結果、高圧で使用する呼吸ガスは、通常の表面圧力で使用する場合と比較して、毒性汚染物質の許容限度を比例して低くする必要があります。^[要出典]許容濃度は、影響が累積的であるかどうか、および許容可能な長期曝露の閾値があるかどうかによっても影響を受けます。

水中ダイビングで問題となる呼吸ガス汚染物質には、圧縮プロセスによって発生する二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、および主に沖合石油産業で問題となる硫化水素などがある。^{[93] [42]}

深度（通常約 65 メートル以下）での酸素毒性を避けるために選択された呼吸ガスは、表面圧力または浅い深さでは低酸素状態になる可能性があります。このような混合ガスでの浮上中、意識を失う前に生理学的警告が出ない可能性があります。

肺の内部と呼吸ガス供給との間の静水圧差、周囲圧力による呼吸ガス密度の増加、および呼吸速度の上昇による流動抵抗の増加は、いずれも呼吸仕事量の増加と呼吸筋の疲労を引き起こす可能性がある。^[2] 呼吸仕事量の増加は二酸化炭素に対する耐性の上昇によって部分的に補われる可能性があり、最終的には呼吸性アシドーシスを引き起こす可能性がある。水中呼吸装置の呼吸仕事量に影響を与える要因には、ガスの密度と粘度、流量、クラッキング圧力（デマンドバルブを開くために必要な圧力差）、および排気バルブの背圧などがある。^[94]

供給されたガスと肺の周囲圧力との間の圧力のわずかな変化は許容されます。これらの変化は、水中でのダイバーのトリム、デマンド バルブを操作するダイアフラムの位置、リブリーザーのカウンターラングの位置、排気バルブのクラッキング圧力と流れ抵抗、または排気バルブを通して呼吸装置に汚染された水が漏れるリスクを減らすことを目的としたフルフェイス マスクまたはヘルメットの意図的な過圧によって生じます。供給された圧力差の一貫した変化は、呼吸装置の呼吸仕事量に影響しません (グラフ全体が上下にシフトしますが、密閉された領域は変わりません)。ただし、吸入と呼気に必要な努力は通常とは明らかに異なり、過度の場合は呼吸が困難または不可能になることがあります。胸部の周囲圧力が口の呼吸ガス供給圧力よりも高い、負の静的肺負荷は、肺の軟部組織のコンプライアンスの低下により呼吸仕事量を増大させる可能性があります。フリーフローシステムは、本質的に頭部に対して正圧で作動し、排気流を制御しますが、直立したダイバーの肺に必ずしも排気流が流れるわけではありません。シュノーケル呼吸は、水泳者の肺が少なくとも部分的に水面下にあるため、本質的に負圧呼吸です。^[16]

潜水中の陰圧呼吸と肺水腫のリスク増加には関連があるようです。陰圧呼吸は肺胞の血液とガスの圧力差を増加させるためです。^[95]この影響は運動中にさらに顕著になります。^[96]同じ影響により、リブリーザーダイバーの副鼻腔の鬱血が増加する可能性があります。^[要出典]

生理学では、死腔とは、吸入された空気のうち、気道内に留まるか、灌流されていないか灌流が不十分な肺胞に到達するためにガス交換に関与しない空気の量を指します。言い換えると、呼吸ごとにすべての空気が酸素と二酸化炭素の交換に利用できるわけではないということです。哺乳類は肺から呼吸をするため、ガス交換が起こらない気道内に留まる吸気の部分は無駄になります。人間の場合、安静時の呼吸の約3分の1では、酸素と二酸化炭素のレベルに変化はありません。

呼吸器内のデッドスペースとは、使用者が息を吸ったり吐いたりするときに呼吸ガスが両方向に流れなければならない装置内のスペースであり、同じ量の使用可能な空気または呼吸ガスを得るために必要な呼吸努力が増加し、浅い呼吸による二酸化炭素の蓄積のリスクがあります。これは、実質的に生理学的デッドスペースの外部拡張です。

機械的なデッドスペースは、次のような設計機能によって削減できます。

• マウスピースに一方向バルブを配置し、吸気と排気の通路を別々に使用します。これにより、逆止弁とユーザーの口や鼻の間のデッドスペースが制限されます。この外部デッドスペースの容積をできるだけ小さくすることで、追加のデッドスペースを最小限に抑えることができますが、呼吸の負担が過度に増加することはありません。
• フルフェイスマスクまたはデマンドダイビングヘルメットを着用の場合：
  • 内部容積を小さく保つ、または
  • メインマスクの内側に小さな内部口鼻マスクがあり、外部の呼吸通路をマスク内部の残りの部分から分離します。
  • フルフェイスマスクのいくつかのモデルには、ダイビングレギュレーターで使用されるようなマウスピースが取り付けられています。これは口鼻マスクと同じ機能を持ちますが、口呼吸を強制する代わりに、外部のデッドスペースの容積をさらに減らすことができます。口の周りの容積が小さくなると、発話の歪みが増します。これにより、コミュニケーションが困難になる可能性があります。
  • フリーフローダイビングヘルメットは、ダイバーが使用できる量よりもはるかに多くの空気を供給し、口鼻コンパートメントをなくすことで、デッドスペースの問題を回避します。これにより、ヘルメットの内部全体が実質的に新鮮な空気になります。これは、オープンサーキットシステムで大幅に高いガス使用量を犠牲にして、各呼気中および呼気後に適切にフラッシュされるためです。これにより、呼吸器官の流れに対する抵抗による呼吸仕事量の増加も最小限に抑えられるため、フリーフローヘルメットは、激しい運動が必要な用途に特に適しています。^[97]

水中では、水中を通過する距離に応じて光が急速に減衰するため、自然光のレベルが低くなり、物が見にくくなります。物体と観察者の間で光が散乱するため、物が見えにくくなり、コントラストも低下します。これらの影響は、光の波長、水の色、濁度によって異なります。脊椎動物の目は通常、水中視覚または空気視覚に最適化されており、人間の目の場合も同様です。空気に最適化された目の視力は、直接接触して水に浸かった場合、空気と水の屈折率の違いによって深刻な悪影響を受けます。角膜と水の間に空気層を設けることでこれを補うことができますが、スケールと距離の歪みという副作用があります。人工照明は、近距離での照明を改善するのに効果的です。^[98]

立体視力、つまり異なる物体の相対的な距離を判断する能力は水中では著しく低下し、これは視野の影響を受けます。ヘルメットのビューポートが小さいために視野が狭くなると、立体視力が大幅に低下し、手と目の協調性が失われます。^[98]

透明水中の非常に近距離では、マスクの平面レンズによる屈折による拡大により距離が過小評価されるが、腕の届く範囲を超える遠距離では、濁度の影響を受けて距離が過大評価される傾向がある。水中では相対的および絶対的な奥行き知覚は低下する。コントラストの喪失により距離が過大評価され、拡大効果により近距離での過小評価が生じる。^[98]

ダイバーはこれらの歪みを補正することを学ぶことで、これらの影響にかなり適応することができます。^[98]

ダイバーのマスクやヘルメットのフェースプレートの光学的な歪み効果により、頭を動かすと静止した物体が動いているように見えることもあります。

水は空気とは異なる音響特性を持っています。水中の音源からの音は、音響特性が似ているため、水と接触している体の組織を比較的自由に伝わります。頭が水にさらされると、音の大部分は中耳と鼓膜とは関係なく蝸牛に到達しますが、一部は中耳によって伝達されます。^[99]

骨伝導は、頭部が水に触れているとき（ヘルメットの中ではなく）の水中聴覚において重要な役割を果たします。^{[99] [100]}しかし、水中でダイバーの耳が濡れている場合、人間の聴覚は空気中よりも感度が低くなります。^[99]

音は水中では空気中よりも約4.5倍速く伝わり、^[99] 体組織内でも同様に速い速度で伝わります。そのため、音が左右の内耳に到達する間隔は空気中よりもはるかに小さくなり、脳は音源の方向を識別する間隔を区別する能力が低下します。^[101]音源の位置特定はある程度可能ですが、困難です。^[99]

この中耳のバイパスは、耳の周波数感度にも影響を及ぼします。^[99]音は、界面を通過するときに密度または弾性の変化（音響インピーダンスの不一致）に比例して反射されるため、頭を硬いヘルメットで覆うと、水中で発生した音が大幅に減衰する可能性があります。 ^[要出典]内部の音響減衰材料は、騒音レベルをさらに低減する可能性があります。^[99]

水中での周波数感度も空気中とは大きく異なり、水中での聴力閾値は一貫して高いものの、大幅に偏りがあります。^[99]湿式伝導の周波数感度に応じて騒音の危険性を評価するために、水中騒音加重尺度が利用可能です。^[99]

ダイバーの難聴は既知の問題であり、多くの要因がありますが、その 1 つが騒音への曝露です。^[99]オープン サーキット ダイバーは、吸入時にレギュレーターを通過する気流によって高レベルの呼吸音を、呼気時に気泡音を発生します。^[99]主な騒音源は排気泡で、95 dB(A) を超えることがあります。音声通信とフリーフロー デミストにより、これらのレベルは 100 dB(A) を超えます。通信が理解可能になるには、背景音より約 15 dB 高い必要があるためです。^[99]フリーフロー ヘルメットの騒音レベルは、通常、デマンド システムよりも高く、デミスト ノイズ レベルと同程度です。^[99]リブリーザー システムとリクレイム システムは、ほとんどの場合気泡音がないため、大幅に静かです。ヘッドギアの種類は、送信がウェットかドライかによって、騒音感度と騒音の危険性に影響します。^[99]水中での人間の聴覚は、耳が濡れていると空気中よりも敏感になり、ネオプレン フードによってかなりの減衰が得られます。ヘルメットを着用すると、聴覚感度は呼吸ガスや室内の大気の組成や圧力によって大きな影響を受けないため、感度は地上の空気中と同様になります。^[99]

ダイバーの触覚知覚は、環境保護スーツと低温によって損なわれる可能性があります。不安定さ、装備、中性浮力、水の慣性および粘性効果による動きに対する抵抗の組み合わせは、ダイバーの邪魔になります。寒さは感覚と運動機能の低下を引き起こし、認知活動を妨げ、混乱させます。大きく正確な力を発揮する能力が低下します。^{[102] : Ch.5D}

バランスと平衡は、前庭機能と、視覚、器官感覚、皮膚感覚、運動感覚、時には聴覚からの二次的な入力に依存し、これらは中枢神経系によって処理されてバランス感覚を提供します。水中では、これらの入力の一部が欠落または減少し、残りの手がかりがより重要になります。入力が矛盾すると、めまいや方向感覚の喪失につながる可能性があります。前庭感覚は、これらの状況で迅速で複雑で正確な動きを行うために不可欠であると考えられています。^{[102] : Ch.5C}

運動感覚、固有受容覚、有機知覚は、ダイバーに個人の位置と動きを認識させる感覚フィードバックの主要な部分であり、前庭および視覚入力と関連して、ダイバーが水中で身体の平衡とバランスを維持するために効果的に機能することを可能にします。^{[102] ：Ch.5D}

中性浮力の水中では、運動感覚、固有受容覚、有機感覚によって受け取られる位置の手がかりが減少するか、または消失する。この影響は、ダイバースーツやその他の装備によって悪化する可能性がある。^{[102] : Ch.5D}

味覚と嗅覚は水中のダイバーにとってそれほど重要ではないが、飽和潜水ダイバーにとっては、宿泊室にいる間はより重要である。圧力下で長時間過ごすと、味覚と嗅覚の閾値がわずかに低下するという証拠がある。^{[102] : Ch.5D}

陸生系統から海に戻った空気呼吸の海洋脊椎動物は、ウミヘビ、ウミガメ、ウミイグアナ、イリエワニ、ペンギン、鰭脚類、クジラ目、ラッコ、マナティ、ジュゴンを含む多様なグループです。潜水脊椎動物のほとんどは、比較的短く浅い潜水を行います。ウミヘビ、ワニ、ウミイグアナは沿岸水域でのみ潜水し、10 mより深く潜ることはめったにありませんが、これら2つのグループは、はるかに深く長い潜水を行うことができます。皇帝ペンギンは、定期的に400〜500 mの深さまで4〜5分間潜水し、8〜12分間潜水することが多く、最大約22分間の持久力があります。ゾウアザラシは2～8か月間海に留まり、継続的に潜水し、時間の90%を水中で過ごし、1回の潜水の平均時間は20分で、潜水間の水面滞在時間は3分未満です。潜水時間は最長約2時間で、通常は水深300～600メートルで餌を食べますが、1600メートルを超えることもあります。アカボウクジラは、餌を探すために水深835～1070メートルで定期的に潜水し、約50分間水中に留まることが分かっています。記録されている最大深度は1888メートルで、最大潜水時間は85分です。^[103]

空気呼吸をする海洋脊椎動物は、餌を求めて潜水するため、深度での圧力の影響と餌を見つけて捕獲する必要性に対処しなければならない。潜水への適応は、この2つの要件に関連している可能性がある。圧力への適応は、ガスが満たされた空洞への圧力の機械的影響、圧力下でのガスの溶解度の変化、および圧力が代謝に直接及ぼす可能性のある影響に対処する必要があり、一方、呼吸保持能力への適応には、代謝、灌流、二酸化炭素耐性、および酸素貯蔵能力の変更が含まれる。^[103]

ほとんどの海洋哺乳類は、通常、有酸素潜水限界内で潜水します。これにより、水面または水面近くでの回復期間が最小限に抑えられ、水中で過ごす合計時間が長くなりますが、一部のアカボウクジラを含むいくつかの種は、定期的に嫌気性代謝を必要とする期間潜水し、その結果、潜水の間に長い回復期間が必要となる重大な酸素負債が発生します。^[104]

潜水脊椎動物は、体内組織に貯蔵される酸素の量を増やしている。この酸素貯蔵には、肺の空気に含まれる酸素、血液中のヘモグロビンに貯蔵される酸素、筋肉組織のミオグロビンの 3 つの成分がある。潜水脊椎動物の筋肉と血液は、陸生動物よりもヘモグロビンとミオグロビンの濃度が高い。潜水脊椎動物の運動筋のミオグロビン濃度は、陸生同族の最大 30 倍である。ヘモグロビンは、陸生動物と比較して、血液量と血液中の赤血球の割合が比較的多いことで増加する。最も高い値は、最も深く長く潜る哺乳類で見られる。血液の量は一般に体重に比例して比較的多く、潜水中には脾臓に貯蔵された赤血球によって血液中のヘモグロビン含有量が増加することがある。^[103]

体の大きさは潜水能力の要因である。体重が大きいほど代謝率は比較的低くなるが、酸素貯蔵量は体重に正比例するため、他の条件が同じであれば、体が大きい動物はより長く潜水できるはずである。泳ぎの効率も潜水能力に影響し、抗力が低く推進効率が高いほど同じ潜水でもエネルギー消費が少なくなる。バーストや滑空移動もエネルギー消費を最小限に抑えるためによく使用され、上昇または下降の一部に正または負の浮力を利用することがある。^[103]

• 潜水医学 – 水中潜水によって引き起こされる障害の診断、治療、予防
• 潜水生理学および医学の研究者リスト
• 水中潜水の生理学 - 海洋脊椎動物の潜水への適応

• Clark, James M.; Thom, Stephen R. (2003)。「圧力下の酸素」。Brubakk, Alf O.、Neuman, Tom S. (編)。Bennettと Elliott のダイビングの生理学と医学(第 5 版)。米国: Saunders。pp. 358–418。ISBN 978-0-7020-2571-6. OCLC  51607923.*リップマン、ジョン、ミッチェル、サイモン J. (2005)。「窒素中毒」。ディープ イントゥ ダイビング(第 2 版)。オーストラリア、ビクトリア州: JL パブリケーションズ。pp. 103–8。ISBN 978-0-9752290-1-9. OCLC  66524750.
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• 米海軍潜水監督官（2008年）。米海軍潜水マニュアル（PDF） 。SS521-AG-PRO-010、改訂6版。米海軍海洋システム司令部。 2014年12月10日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。 2014年1月21日閲覧。