объясните почему человек долго не может задерживать дыхание и даже в критических ситуациях, например находясь под водой, он все равно сделает вдох

Данная ситуация возникает в связи с тем, что в процессе газообмена с тканями человеческого организма концентрация кислорода в крови будет стремительно падать, а концентрация СО2 постепенно нарастать. В конечном итоге, когда концентрация последнего достигнет предельно допустимой отметки, и человек больше будет не в состоянии противится волевым усилием действию СО2 на хеморецепторы, он сделает вдох.