Зоология / Общая зоология / Физиология и этология животных

повышается на 1 атм. На глубине 100 метров давление составит 11 атмосфер. При таком давлении в крови и тканях человека растворяется большое количество газов, среди которых особенно опасным является азот (так как он находится в большом количестве и не может использоваться тканями организма). Азот хорошо растворим в жирах и липоидах, поэтому накапливается в большом количестве в мозгу и нервных стволах.

При быстрой декомпрессии (т.е. переходе от повышенного давления к нормальному давлению) происходит выделение газов в жидкостях и тканях организма и образуется большое количество газовых пузырьков (эффект шампанского). Пузырьки кислорода быстро потребляются тканями и исчезают. Образовавшиеся пузырьки азота закупоривают капилляры, что приводит к нарушению кровообращения (кессонная болезнь). При этом возникают боли в суставах, головокружение, рвота, одышка и потеря сознания. При постепенном снижении давления азот выводится через легкие наружу.

В настоящее время при погружении водолаза на большую глубину азот заменяют гелием, который почти нерастворим в воде. Любительское погружение на сжатом воздухе не более 45 м (для женщин не более 20). Техническое погружение до 66 метров.

Рис. 64. Барокамера

Фридайвинг - ныряние под воду с задержкой дыхания. Так в Швейцарии Петер Колат смог провести под водой без воз-

121

духа 19 минут и 21 секунду. У женщин бразильянка Карол Мэер установила рекорд 10 июля 2009 года 18 минут 32 секунды. По условиям соревнования можно вдохнуть кислород из баллона за 10 минут до погружения.

В настоящее время всемирно признанный рекорд погружения на глубину без акваланга принадлежит жителю княжества Монако Пьеру Фрола. 6 июля 2004 года он опустился на глубину в 123 метра, привязав к себе 28-килограмовый груз. На поверхность он поднимался посредством собственных рук и ласт на ногах.

Самое глубокое в мире погружение без акваланга осуществил австриец Герберт Ницш, его рекорд составил 214 метров. Рекорд погружения с аквалангом принадлежит французу Паскалю Бернабе (5 июля 2005 года). Спортсмен менее чем за 10 минут опустился на глубину в 330 метров. Вместе с тем, обратное всплытие заняло у него почти 9 часов.

Давление над уровнем моря равно 760 мм рт. ст. (т.е. 1 атм.) В верхних слоях атмосферы давление уменьшается и соответственно с этим снижается парциальное давление кислорода. На высоте 3000 м атмосферное давление уменьшается на 1/3 и составляет 510 мм рт. ст., на высоте 6000 м - на 1/2 - 380 мм рт. ст. и на высоте 9000 м оно снижается на 2/3 - 200 мм рт. ст. На высоте 3000 м человек чувствует себя удовлетворительно. У него усиливается вентиляция легких, ускоряется кровообращение, а через несколько часов увеличивается содержание гемоглобина.

При подъеме на высоту 4000 - 6000 м снижается напряжение кислорода в крови (гипоксемия) и возникают расстройство физиологических функций (горная болезнь).

Рис. 53. Эверест

122

Эверест (Джомолунгма) расположен в Гималаях на границе Непала и Тибетского автономного района (Китай), Северная (главная) вершина (8848 м) расположена на территории Китая. На вершине Джомолунгмы сила ветра до 200 км/ч, и температура воздуха ночью понижается до −60°C.

Таблица 5 - Изменение давления в зависимости от высоты над уровнем моря

На высоте 15000 м давление воздуха равно 80 мм рт. ст. В этих условиях даже при дыхании чистым кислородом (с помощью кислородного прибора) парциальное давление в альвеолярном воздухе значительно ниже нормы и не обеспечивает достаточного поступления кислорода в кровь. Поэтому при полетах в стратосфере необходимы герметичные кабины или индивидуальные герметические скафандры, в которых поддерживается нормальное давление.

Особенности дыхания у птиц:

1.Нет диафрагмы (развита очень слабо).

2.Небольшие легкие (объем у кур 13 см3).

3.Наличие воздухоносных мешков, выпячивания которых

проникают в выросты трубчатых костей. Объем воздухоносных мешков у кур составляет 130-150 см3. У птиц шейные, переднегрудные, заднегрудные, и брюшные воздухоносные мешки парные, межключичные, сливаются в один непарный мешок.

4.Двойное дыхание (при вдохе воздух идет через легкие в задние брюшные и грудные мешки, а при выдохе через возвратные бронхи снова поступает в легкие).

5.Нет легочной плевры (легкие прочно прикреплены к ребрам).

6.Вдох и выдох осуществляются за счет активного мышечного сокращения.

7.Дыхательная паренхима легких представлена слепыми выростами, образованными стенками парабронхов (воздушными

123

капиллярами), которые окружены соединительной тканью и образуют воронки.

8. Высокий уровень обмена веществ. Общий объем дыхательной системы у птиц в 3 раза больше, чем у млекопитающих такой же живой массы.

Рис. 65. Воздухоносные мешки птиц

Частота дыхательных движений зависит от вида, массы тела, физиологического состояния, возраста и пола животного. Частоту дыхания определяют у животных следующими способами: по движению ребер и мышц живота; с помощью фонендоскопа по шумам в области трахеи и легких; по движению воздуха во время выдоха (поднося тыльную сторону кисти руки к носу животного).

Для определения жизненной емкости легких необходимо взять сухой спирометр установить его стрелку на ноль. Протереть мундштук спиртом. Нос зажать пальцами. Стоя сделать глубокий вдох и взяв мундштук спирометра в рот произвести максимальный выдох.

Жизненная емкость легких у человека зависит от возраста, роста, пола и физического развития. Его величина может быть определена по данному эмпирическому уравнению: для мужчин ЖЕЛ = 2,5 • рост (м); для женщин ЖЕЛ = 2,3 • рост (м).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после самого глубокого вдоха. Жизненная емкость легких состоит из дыхательного объема, резервных объемов вдоха и выдоха в отличие от общей емкости, в ее состав не входит остаточный объем воздуха. Объем жизненной емкости легких у человека составляет в среднем 3-5 литров.

Дыхательный объем - воздух, который вдыхается при

124

спокойном вдохе. Объем этого воздуха равен у человека 0,3- 0,6л, у лошади 5-6 л, коровы 4,5-6 л.

Резервный объем вдоха, или дополнительный воздух - максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после обычного вдоха; у здорового человека он составляет в среднем 1,5 литров.

Резервный объем выдоха, или резервный воздух - максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после обычного выдоха. У человека он составляет в среднем 1,5 литров, у лошади 10-12 литров, у коровы 5-7 литров.

Остаточный объем легких, или остаточный воздух - то количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха. У человека он составляет в среднем 1-1,5 литров, у лошади 10 литров.

Общая емкость легких - количество воздуха, содержащееся в легких в конце максимального вдоха, она равняется сумме жизненной емкости и остаточного объема.

Рис. 66. Спирометры

Функциональная остаточная емкость легких - объем воздуха, остающийся в легких после спокойного выдоха, в ее состав входят резервный объем выдоха и остаточный объем легких (остаточный воздух).

Показателем вентиляции легких является минутный объем дыхания (МОД) - т.е. количество воздуха вдыхаемого (или выдыхаемого) за одну минуту. Минутный объем дыхания равен произведению дыхательного объема на частоту дыхательных движений.

Однако этот показатель недостаточно характеризует эффективность дыхания, поскольку часть воздуха находящаяся во "вредном пространстве" не участвует в газообмене.

Например: Определить минутный объем легочной венти-

125

ляции у двух человек, если первый за одну минуту делает 10 дыхательных движений, а второй 20. Объем дыхательного воздуха равен соответственно 600 и 300 мл. Минутный объем дыхания будет равен у первого 10 • 600 мл = 6000 мл, а у второго

20 • 300 мл = 6000 мл.

Рис. 67. Дыхательные объемы и емкости легких

Объем "мертвого пространства" составляет у человека примерно 150 мл. С учетом этого объема, воздух, прошедший через альвеолы легких составит (альвеолярная вентиляция): у первого человека 6000 мл ─ (150 мл • 10) = 4500 мл, а у второго 6000 мл ─ (150 мл • 20) = 3000 мл. Таким образом, более эффективным будет дыхание при медленном, но глубоком дыхании.

Норма объема воздуха на человека 2 м3/ч. Если комната размером 4 м • 4 м =16 м2 , то для 2 человек этого воздуха достаточно на 10 часов, для 3 человек на 6,66 часов, для 4 человек на 5 часов.

Для определения степени обновления воздуха в легких при одном вдохе рассчитывают коэффициент легочной вентиляции - т.е. отношение объема вдыхаемого воздуха к альвеолярному, выраженное в процентах.

Например: При объеме дыхательного воздуха у человека 500 мл в альвеолы легких поступит 500 мл ─ 150 мл = 350 мл. Альвеолярная порция воздуха состоит из остаточного и резервного (функциональная остаточная емкость) 1000 мл + 1500 мл =

126

2500 мл. Таким образом коэффициент легочной вентиляции со-

ставит (350 мл : 2500 мл) • 100 = 14,0 %.

Таким образом, при вдохе воздух обновляется на 1/7 часть. В результате низкой степени обновления воздуха состав газа в альвеолах достаточно постоянный и даже при физической нагрузке не происходит резкого перепада его химического состава.

Кислородная емкость крови это максимальное количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови при её полном насыщении. Масса грамм-молекулы 02 = 22400, а одной полипептидной цепи гемоглобина 16400. Отсюда 1 г Нb теоретически может присоединить 1,36 мл О2. Однако фактически эта величина составляет 1,34 мл. Каждые 100 мл крови содержат 20 мл кислорода, т. е. кислородная емкость артериальной крови равна 20 объемным процентам.

Тема: Пищеварение

Пищеварение - процесс расщепления сложных органических соединений (белков, жиров и углеводов) до простых соединений, лишенных видовой специфичности и способных к всасыванию и использованию организмом.

Витамины и минеральные вещества усваиваются организмом в нативном (лат. nativus врожденный, неизмененный) виде.

Пищеварение включает следующие процессы:

1.Механические (изменение размеров, плотности, консистенции).

2.Физико-химические (набухание, растворение под действием желчи, НСl).

3.Биологические (ферментативный гидролиз сложных

органических соединений - полимеров до простых - мономеров).

Функции органов пищеварения:

1.Секреторная - выработка и выделение соков содержащих пищеварительные ферменты.

2.Моторная - принятие, измельчение, перемешивание, продвижение пищи и удаление не переваренных остатков.

3.Всасывание (абсорбция) - переход воды и продуктов расщепления в кровь и лимфу.

4.Экскреторная - выделение конечных продуктов обмена веществ из внутренней среды организма.

5.Синтез витаминов, белков, липидов, углеводов с участием микроорганизмов.

6.Инкреторная - выработка гормонов регулирующих сек-

127

рецию пищеварительных соков (гастрин, секретин, холецистокинин и др.).

Виды пищеварения:

1.Внутриклеточное - захватывание и переваривание пищи внутри клетки за счет внутриклеточных ферментов. Пиноцитоз и фагоцитоз (у простейших, лейкоциты млекопитающих). Различают цитоплазматическое, за счет ферментов цитоплазмы, и вне плазматическое в специализированных внутриклеточных полостях (вакуолях) с участием ферментов лизосом.

2.Полостное (внеклеточное) - в полости желудочнокишечного тракта за счет ферментов пищеварительных соков.

3.Пристеночное (мембранное) - переваривание питательных веществ на поверхности слизистой оболочки тонкого отдела кишечника за счет ферментов структурно связанных с мембраной.

4.Внешнее - у пауков, бактерий, моллюсков. Бактерии выделяют ферменты в среду, а затем поглощают образовавшиеся мономеры.

5.Коллективное - у пчел, термитов.

6.Симбиотическое - у жвачных бактерии и простейшие. Основным методом исследований функций органов пище-

варения является Павловская фистульная методика, позволяющая получить чистый желудочный и кишечный сок, а также выведение протоков пищеварительных желез. Гистохимическая методика позволяет установить наличие определенных ферментов слизистой ЖКТ. Для регистрации сократительной деятельности ЖКТ применяют баллонографический метод, радиотелеметрический, рентгенологический и др.

Метод ангиостомии (гр. аngeion сосуд + stoma отверстие) - изучение состава крови притекающей и оттекающей от ЖКТ. К стенке кровеносного сосуда прикрепляют тонкую металлическую трубку, а другой конец подшивают к коже. Для взятия крови в трубку вводят иглу.

Метод меченых атомов (введение радиоактивных изотопов) позволяет определить скорость всасывания и распределение питательных веществ.

Голод - ощущение, вызываемое возбуждением пищевого центра.

Пищевой центр - комплекс функционально взаимосвязанных структур ЦНС, регулирующих пищевое поведение и координирующих деятельность пищеварительного тракта.

128

Пищевой центр представлен отделами коры больших полушарий, образованиями лимбической системы, ретикулярной формацией (ствола мозга), гипоталамусом, продолговатым мозгом и др. отделами ЦНС.

Центром ощущения голода и насыщения являются ядра гипоталамуса. Раздражение латеральной области гипоталамуса вызывает усиленное потребление корма, а раздражение

вентрамедиальных отказ от пищи.

Возбуждение соответствующих центров гипоталамуса осуществляется за счет нервных импульсов поступающих от ЖКТ и гуморальных раздражителей.

Основными гуморальными факторами, вызывающими чувство голода, являются уровень глюкозы, свободных жирных кислот, аминокислот, метаболитов (кислоты цикла Кребса у плотоядных и ЛЖК у жвачных) в крови, а также снижение запасов питательных веществ в организме.

Жажда (ощущение потребность животного в воде) возникает в результате снижения запасов воды в организме и нарушении нормального соотношения между Н2О и NаСl. При жажде уменьшается потоотделение, появляется сухость во рту, снижается диурез, повышается температура тела, учащается дыхание и сердцебиение.

Ощущение жажды происходит в результате раздражения осморецепторов в гипоталамусе, механорецепторов слизистой рта, а также соответствующих рецепторов в крупных венах.

К органам полости рта относятся губы, щеки, десны, зубы, твердое и мягкое небо, язык и склонные железы.

Крупный рогатый скот захватывает траву (сено, силос) языком, покрытым острыми ороговевшими сосочками. Корова удерживает траву между резцами нижней челюсти и зубной пластиной резцовой кости верхней челюсти и обрывает ее рывком головы. Комбикорм корова может захватывать губами.

Овцы захватывают траву подвижной раздвоенной верхней губой и языком. Траву обрезают резцами.

Лошади захватывают траву подвижными губами, затем фиксируют резцами и резким движением головы вниз или в сторону отрывают. При поедании из кормушки лошадь пользуется языком.

Свиньи, захватывают корм при помощи языка и губ.

Воду (лошади, жвачные и свиньи) пьют, опуская в нее сомкнутые губы, с небольшим отверстием, и насасывают жидкость благодаря отведению нижней челюсти и языка к глотке.

129

Жевание - механическая обработка корма. Жевание - рефлекторный акт и происходит при раздражении рецепторов полости рта.

Корм дробится и перетирается коренными зубами благодаря движению челюстей в вертикальном и боковом направлении. Центр, регулирующий работу жевательных мышц, расположен в продолговатом мозгу (часть пищеварительного цента, а высшие инстанции в гипоталамусе и коре больших полушарий).

У коров при жевании нижняя челюсть движется то влево, то вправо относительно верхней челюсти (т.е. боковые движения нижней челюсти). Жевание одностороннее с периодическим чередованием сторон. Во время первого пережевывания корм измельчается слабо (до частиц 1,5 см). Животные заглатывают едва сформировавшийся ком. Обычно корова совершает 15-30 жевательных движений. При кормлении зерном значительная часть зерен попадает в рубец в целом виде. Более тщательно корм измельчается во время отрыгивания и пережевывания жвачки.

Лошади пережевывают корм тщательно. Жуют на одной стороне челюстей и меняют стороны с большими интервалами (через 30-60 минут). На каждую проглоченную порцию они совершают 30-50 жевательных движений.

Свиньи при поедании плотного корма на каждую порцию затрачивают 30-35 жевательных движений.

Плотоядные животные почти не пережевывают пищу. Они отрезают зубами куски мяса и проглатывают их.

Глотание - акт рефлекторный. Центр глотания находится в продолговатом мозгу. При касании пищевым комом неба, основания (корня) языка или глотки раздражаются рецепторы, от которых по языкоглоточному нерву импульсы поступают к центру глотания. От данного центра эфферентные импульсы (по волокнам подъязычных, тройничных, языкоглоточных и блуждающих нервов) поступают к мышцам полости рта, глотки, гортани, пищевода.

Пищевой ком при движении пересекает дыхательные пути, однако, не попадает в них. В фазу глотания мягкое небо, поднимаясь, прикрывает вход в носоглотку (хоаны), а надгортанник (под давлением корня языка) перекрывает вход в гортань. Пищевой ком быстро проталкивается в нижние отделы глотки, а затем в воронкообразное расширение пищевода.

Как только комок пищи попал в глотку, происходит сокра-

130