Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Линия регрессии на рис. 2.6 может быть описана уравнением
V1 = 0,0567 ¦M01'02,
где Vi — объем легких в литрах, а Мъ — масса тела в килограммах У млекопитающего с массой тела 1 кг ожидаемый объем легких будет 0,0567 л, или 56,7 мл. Если принять, что объем тела в литрах равен массе тела в килограммах (для практических целей это верно, ибо мы знаем, что человек близок к нейтральному равновесию в воде и, следовательно, имеет среднюю плотность около 1), объем легких получится равным 5,67% объема тела. (Тот, кто незнаком с арифметическими манипуляциями над степенными уравнениями, найдет краткое объяснение в Приложении В.)
ВДОХ и выдох
Газообмен в легких осуществляется в альвеолах; трахеи, бронхи и их разветвления — только соединительные трубки. В конце выдоха эти трубки наполнены «использованным» воздухом из альвеол, а когда начинается вдох, этот воздух втягивается обратно в альвеолы, прежде чем туда войдет свежий наружный воздух. Наличие воздуха в дыхательных путях уменьшает количество свежего воздуха, входящего в альвеолы, и поэтому объем дыхательных путей называют мертвым пространством. Объем воздуха, вдыхаемого за один вдох, называют дыхательным объемом. У здорового человека в покое дыхательный объем составляет около 500 см3. Так как мертвое пространство занимает около 150 см3, в альвеолы поступает только 350 см3 свежего воздуха. Таким образом, мертвое пространство составляет около 7з дыхательного объема в покое. При физической нагрузке относительная роль мертвого пространства меньше. Например, если человек, который глубоко дышит, вдыхает за один раз 3000 см3 воздуха, то мертвое пространство в 150 см3 составит лишь '/го дыхательного объема. Таким образом, в покое мертвое пространство составляет значи-
1 Масса — фундаментальное свойство материи, а вес — это сила, с которой на нее действует определенное гравитационное поле. В гравитационном поле Земли масса и вес, если их выражать в килограммах, численно совпадают. В различных гравитационных полях масса остается постоянной, а вес меняется. Например, на Луне человек, весящий на Земле 70 кг, будет иметь ту же массу— 70 кг, а вес — в шесть раз меньший, чем на Земле, т. е. около 12 кг (более правильно писать кгс, что означает килограмм-сила). Из-за совпадения массы и веса на Земле между ними обычно не делают различия. Однако в нашем примере корректным будет такое утверждение: масса человека равна 70 кг независимо от того, где он находится — на Земле, на Луне или в космосе, а вес его на Земле будет 686 H (ньютонов), на Луне—НО Нив космосе —0 Н.
Легкие млекопитающих 55
тельную часть дыхательного объема, а при нагрузке — относительно несущественную.
Важной особенностью дыхания является то, что легкие никогда полностью не освобождаются от воздуха. Даже если человек выдохнет все, что может, в легких еще останется около 1000 см3 воздуха. Поэтому человек не может наполнить легкие только «свежим» воздухом: вдыхаемый воздух всегда смешивается с воздухом, оставшимся в альвеолах и мертвом пространстве.
При дыхании в состоянии покоя в легких человека перед началом вдоха может содержаться около 1650 см3 воздуха. Во время вдоха в легкие входят 350 см3 свежего воздуха и смешиваются в них с 1650 см3, которые уже находятся там. Таким образом, обновление воздуха происходит лишь на одну пятую часть. В результате этого состав газа в альвеолах остается достаточно постоянным, где-то на уровне 15% кислорода и 5% CO2. Такой состав альвеолярного воздуха сохраняется и при физической нагрузке; иными словами, усиленная вентиляция при нагрузке точно подстраивается к повышенному потреблению кислорода.
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Каждый, кто выдувал мыльные пузыри, знает, что при открытом выходе для воздуха пузырь стремится сокращаться и выдавливать из себя воздух, пока не исчезнет совсем. В легких у позвоночных мы имеем нечто похожее: пузыреобразная форма и большая кривизна альвеол ведут к тому, что поверхностное натяжение во влажных внутренних поверхностях стремится заставить «пузыри» сжаться и исчезнуть. В результате могло бы произойти спадение альвеол, но эта тенденция сводится к минимуму благодаря присутствию на стенках альвеол веществ, сильно уменьшающих поверхностное натяжение.
Эти вещества — фосфолипиды, и за свое влияние на поверхностное натяжение они получили название сурфактантов. Сурфак-танты обнаружены в легких всех позвоночных — млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий. Количество сурфактантов в легких позвоночных, по-видимому, всегда превышает тот минимум, который требуется для покрытия всей легочной поверхности мономолекулярным слоем (рис. 2.7).
МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА ДЫХАНИЯ
Перемещение воздуха в легкие и обратно требует затрат энергии, и было бы интересно сравнить эти затраты с тем, что дает поглощаемый кислород. Проще всего было бы сравнить количество кислорода, расходуемое на работу насоса, с тем его количеством, которое организм получает за тот же период времени.
Определить работу, связанную с дыханием, довольно трудно,
56 Глава 2. Дыхание в воздухе
