Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Самое существенное отличие тюленей и китов от человека, ныряющего в водолазном снаряжении, — то, что животные лишены непрерывного притока воздуха. Однако у человека многократные погружения с наполненными воздухом легкими тоже в конце кон-
_Ныряние у млекопитающих и птиц 255
цов вызывают кессонную болезнь. В связи с этим очень важно, что тюлень делает в начале каждого погружения выдох, а не остается под водой с легкими, наполненными воздухом, как человек. Выдыхают ли воздух в этой ситуации киты, остается неизвестным, но у них чрезвычайно большая и широкая трахея. Возможно, что это — приспособление, позволяющее киту быстро вентилировать легкие при кратковременном подъеме на поверхность.
Не менее, а может быть, и еще более важен тот факт, что объем легких у китов невелик по сравнению с объемом верхних дыхательных путей (Scholander, 1940). Когда кит опускается на глубину, возросшее давление сжимает его легкие и выдавливает воздух в обширную трахею, которая защищена от сжатия костными кольцами. Если объем несжимаемой трахеи составляет l/io объема легких, то на глубине 100 м легкие будут полностью сжаты и весь воздух перейдет в трахею. Если в легких нет воздуха, то и азот не может переходить в кровь (в отличие от того, что происходит у человека). Азот не попадает в кровь также и потому, что кровоток в легких кита на глубине падает до минимума; таким образом, даже если в легких и было некоторое количество воздуха, то, прежде чем кит достигнет глубин, где легкие сжимаются, очень мало азота успеет попасть в кровь.
ТОКСИЧНОСТЬ КИСЛОРОДА
Чистый кислород при давлении 1 атм вреден для большинства теплокровных животных. Человек может благополучно дышать чистым кислородом в течение 12 ч, но после 24 ч возникают неприятные ощущения за грудиной и признаки нарастающего раздражения легких. Крысы, если держать их в атмосфере чистого' кислорода, погибают с симптомами сильного раздражения легких через несколько дней. Если давление O2 выше 1 атм, то раздражению органов дыхания предшествуют неврологические симптомы. Продолжительное вдыхание кислорода под давлением 2 атм вызывает судороги, а мышечная работа повышает чувствительность к O2. Давление кислорода в 3 атм человек может выносить не дольше нескольких часов, а более длительное воздействие уже небезопасно.
Значение токсичности кислорода в связи с водолазным делом очевидно. Если водолаз спускается на глубину 40 м и дышит сжатым воздухом, то общее давление этого воздуха будет 5 атм. Поскольку кислород составляет Vs часть воздуха, парциальное давление O2 составит 1 атм (что близко к границе токсичности). Понятно, что погружение на большие глубины тем опаснее, чем больше давление O2 превышает 1 атм.
^ Единственный реальный путь предупреждения токсического воздействия кислорода на водолазов, работающих на глубинах 40 ш и более, состоит в том, чтобы снизить содержание кислорода во»
256 Глава 6. Энергетический обмен
вдыхаемом ими воздухе. На глубине 40 м (5 атм) водолаз мог бы использовать для дыхания газовую смесь, содержащую 10% O2 и 90% N2. В этом случае парциальное давление O2 будет 0,5 атм, что не представляет никакой опасности. При спуске на большую глубину содержание кислорода в газовой смеси следовало бы еще больше снизить, а для уменьшения риска кессонной болезни при декомпрессии азот можно было бы частично или полностью заменить другим газом, например гелием.
НАРКОТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ
Еще одно ограничение в отношении глубины, на которую может •спуститься водолаз, связано с прямым физиологическим действием инертных газов. Азот под давлением в несколько атмосфер вызывает наркотический эффект, подобный действию закиси азота (веселящего газа); разница состоит в том, что эффект азота проявляется лишь при высоких давлениях.
Наркотический эффект развивается не сразу, но на глубине 100 м он настолько выражен, что применение азотно-кислородщлх смесей практически невозможно. Поэтому необходимо использовать какие-то другие газы, лучше всего опять-таки гелий. Для этого годился бы и водород, однако он взрывоопасен, что сильно усложняет обращение с ним. В конце концов и гелий под очень высоким давлением начинает оказывать значительное побочное действие на организм, и это ограничивает глубину, на которую может спускаться водолаз даже в наилучшем снаряжении; речь не идет, конечно, о случаях, когда человек находится внутри прочной конструкции вроде батискафа или жесткого скафандра, где давление остается на низком уровне.
Для ныряющих животных проблемы наркотического эффекта инертных газов, так же как и токсического действия кислорода, не существует по той простой причине, что они не дышат во время лребывания под водой.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КИСЛОРОДОМ ВО ВРЕМЯ НЫРЯНИЯ '
Человек, ныряющий без специального снаряжения, должен прежде всего обеспечить себя кислородом. Обычно он наполняет легкие воздухом, чтобы увеличить свой запас кислорода и иметь возможность дольше оставаться под водой. Однако теоретически имеется целый ряд других способов для достижения той же цели і(табл. 6.4). Некоторые из них по физиологическим причинам неосуществимы или же, насколько известно, не используются животными. У большинства ныряющих животных имеется сочетание нескольких адаптации, и в результате способность к нырянию у них достигла — по человеческой мерке — поразительной степени.
