Сейчас мы узнаем, почему они в этом совершеннее нас.
Основные различия
а. Податливые ребра
Благодаря эластичности ребер у них происходит замедление дыхания. Установлено, что их “дыхательная амплитуда” в 5— 10 раз больше, чем у человека, что улучшает обновление альвеолярного воздуха. По этой же причине значительно эластичнее нашей и грудная клетка морских млекопитающих, способная выдерживать гораздо большие давления и, следовательно, значительно изменять свой внутренний объем. Возможно, например, такое понижение кровяного давления в легких, при котором стенки альвеол будут соприкасаться, т. е. легочный объем сократится до размеров мертвого пространства. Хотя легкие морских млекопитающих пропорционально меньше наших, используют они их эффективнее. При каждом вдохе нормальный человек обновляет только 15–20 % своего легочного объема воздуха; дельфин же в долю секунды вдыхает почти 90 % свежего воздуха, из которого извлекает половину содержащегося в нем кислорода, в то время как наши легкие не позволяют нам извлечь более 5–6 %. Короче говоря, дельфин, вдыхая в три раза больше нас воздуха, использует его в шесть раз лучше. Мало того, во время глубоководных погружений при сжатии легких воздух остаточного объема притекает в мертвое пространство бронхов и трахеи, которые препятствуют газовой диффузии через свои стенки, накапливая, следовательно, азот в тканях (доктор Ж. Р. Луильер).
б. Устойчивость к углекислому газу
Морские млекопитающие лучше противостоят повышенному содержанию CO2 в крови, и из-за этого использование кислорода вдыхаемого воздуха обычно вдвое выше.
в. Шунты
Анатомические шунты (ответвления от основного направления в обход какого-либо участка) замедляют попадание CO2 в мозг.
г. Количество легочных альвеол
Это число у человека равно 150 млн. единиц. Будь дельфин таких же размеров, его легкие насчитывали бы до 450 млн. альвеол.
д. Резервы
Известно, что кислород воздуха фиксируется в красных кровяных шариках. У зубатых китов их содержание повышено. Фиксирующий пигмент — гемоглобин, которым так богата кровь этих животных, способствует насыщению кислородом кровяных шариков.
е. Миоглобин
Это особое соединение запасает кислород непосредственно в мышцах. Мышцы животных-ныряльщиков содержат двойной запас миоглобина по сравнению с мышцами человека. Нам пока неизвестно, каким образом им удается разлагать миоглобин, высвобождая из него кислород.
Объем крови морских млекопитающих в процентном отношении к весу тела вдвое больше, чем у земных. Сама кровь лучше приспособлена к транспортировке кислорода, половина которого сосредоточена на уровне миоглобина.
Возникает существенный вопрос: каким образом китообразные во время погружения справляются с нехваткой кислорода — горючего своих мышц и мускулов? Попытаемся ответить. Подводник, долго вентилирующий легкие перед тем, как нырнуть, загружает кислородом гемоглобин крови (41 % используемого кислорода) и миоглобин мышц (13 %), в то время как остаток идет в легкие (34 %) и другие ткани (12 %). Китообразные же, наоборот, с практически пустыми легкими и ненаполненными миоглобином мышцами сосредоточивают тот же самый 41 % кислорода в крови и такое же высокое (по мнению профессора Слайпера из Амстердамского университета) количество его в миоглобине, т. е. тоже 41 %. Вот откуда берется дополнительный запас горючего для мышц, в три раза превышающий запас любого ловца жемчуга.
ж. Запас кислорода в начале апноэ выше, чем у человека
Покидая поверхность, прежде чем задержать дыхание, зубатые китообразные испытывают благотворное влияние от более удачного “вклада” кислорода. Но не только этим объясняется их способность опускаться на те глубины, которых они достигают. В организме животного обнаруживаются и другие явления, приводящие в действие целый комплекс механизмов и рефлексов регулирования и приспособления к новым условиям, предписанным животному в погружении.
з. Низкий уровень основного метаболизма
Доктор Гвиллерм определяет основной метаболизм как “максимальное потребление кислорода в состоянии покоя на единицу веса и поверхности тела”. Сейчас установлено, что метаболизм у млекопитающего-ныряльщика значительно ниже, чем у человека. Мы уже заметили, что большие размеры слона облегчают этому животному сохранение тепла. Аналогично и ткани крупных морских млекопитающих нуждаются в меньшем потреблении кислорода, поскольку они эффективнее используют каждое пополнение легких воздухом. Метаболизм ламантина в 5—10 раз ниже, а кита — в 14 раз ниже, чем у нас.
и. Защита от холода
Мы говорили, рассказывая о водной обезьяне, что человек имеет слой подкожного жира, позволяющий ему некоторое время противостоять холодной воде. Такой изотермический слой есть у всех млекопитающих-ныряльщиков, животные же северных морей защищены от холода массивной жировой оболочкой, и их потери тепла значительно ниже.
к. Периферийное сужение сосудов
При погружении китообразных за счет сужения сосудов в периферийных областях тела, в конечностях кровь возвращается и концентрируется в районе грудной клетки и в наиболее “ценных” органах, которым она в данный момент особенно нужна.
л. “Чудесные сети” Кювье
Кювье открыл у млекопитающих-ныряльщиков сеть капилляров, выполняющих роль настоящих теплообменников. Во время процесса периферийного сосудосужения эти “чудесные сети” выступают посредниками между насыщенными кровью областями тела животного и обескровленными, создавая некоторым образом преграду теплу и ограничивая его распространение необходимым минимумом. Такие капилляры сравнивают с губками, хранящими запасы свежей крови в грудной клетке и мозге.
Робер Стенюи в книге “Дельфин — кузен человека” описывает наблюдение ученых: “Артериальная система дельфинов и китов имеет многочисленные модификации. Это бесконечные извилины артерий, широкое сплетение сосудов, наполненных обогащенной кровью, в основном они сосредоточены под плеврой, между ребрами, с обеих сторон позвоночника. Ответвляясь от одних к другим, они могут вдруг развернуться, как если бы были образованы только одним сосудом, тысячу раз сложенным вокруг себя самого”. Самая важная артерия простирается вдоль позвоночного столба и между ребрами. Эта “чудесная сеть” грудной клетки образована двумя маленькими ветвями аорты и межреберными артериями. Такая же сеть окружает мозг, насыщаемый кислородом позвоночных артерий, которые тесно связаны с “чудесной сетью” грудной клетки.
м. Обращение к анаэробному дыханию
Мы видели в начале этого исследования, что “каждая живая клетка содержит цитоплазму, в которой зафиксировано прародительское анаэробное дыхание…” (д-р Гвиллерм). Иначе говоря, организм млекопитающих-ныряльщиков может обратиться за помощью к приспособленным функциям древнего анаэробного дыхания, когда запас кислорода у него на пределе, и выиграть несколько лишних минут.
н. Кислородный дефицит
Млекопитающее-ныряльщик может заставить ткани своего организма занять часть кислорода в долг, в ограниченнейший долг, который поспешит восполнить, как только вернется на поверхность.
о. Брадикардия при погружении
Доктор Поль Бер, французский исследователь, уже в 1870 г. изучал процесс замедления сердечного ритма утки. В 1899 г. было начато систематическое исследование этого явления у животных-ныряльщиков. Брадикардия уменьшает энергетический расход сердечной мышцы, замедляет перенос кислорода к тканям, и по этой же причине тормозятся метаболические процессы (д-р Гвиллерм). Этот механизм выживания срабатывает моментально, едва голова животного или человека погружается в воду, он похож на снижение числа оборотов мотора при сокращении подачи топлива (кислорода на нашем примере). У человека расположенные вокруг губ нервные окончания чувствительнейшей системы тройничного нерва сразу же реагируют на контакт с водой, и передаваемые мозгом сообщения приказывают сердцу приостановить свою деятельность.
Вот основные данные сердечного ритма, примерная таблица брадикардии у некоторых известных животных и человека.
На поверхности, ударов в минуту / В погружении, ударов в минуту
Нормальный человек 70 / 50
Подводник 70 / 35
Хорошо тренированный подводник 60 / 28
Дельфин 110 / 45
Белуха 30 / 16
Бобр 140 / 20
Тюлень 120 / 10
Пингвин 240 / 20
