Если водолаз слишком быстро поднимется из морской глубины на поверхность, его может поразить декомпрессионная, или кессонная, болезнь. Но почему от нее не страдают глубоководные киты и другие морские млекопитающие, которые дышат, как и человек, – легкими? Ученые из Океанографического института Вудс-Хоул (США) и Океанографического парка Валенсии (Испания) предполагают, что морским животным удается избежать болезни благодаря необычному строению их легких. Однако внешние факторы могут увеличить риск заболевания у животных, которые умеют его избегать.
Обычно киты, дельфины и морские свиньи (не путать с морскими свинками!) из подотряда зубатых китов, а также морские черепахи могут многократно погружаться на глубину и выныривать обратно – и при этом они не страдают высотными болями (так иногда называют декомпрессионную болезнь). Ученые долгое время недоумевали, как им это удается.
Когда морские животные ныряют на глубину, где давление во много раз выше, чем у поверхности воды, их легкие сжимаются. Это разрушает их альвеолы – крошечные мешочки в конце дыхательных путей, где происходит газообмен. Азотные пузырьки накапливаются в крови и ткани животных. Если они поднимаются медленно, азот может возвращаться в легкие и выдыхаться. Но если они поднимаются слишком быстро, пузыри азота не успевают рассеяться обратно в легкие. При меньшем давлении на более мелких глубинах пузырьки азота расширяются в кровотоке и ткани, повреждая сосуды и вызывая боль. Аналогичный процесс происходит и организме человека и вызывает кессонную болезнь. Но не у морских млекопитающих.
Дело в том, что структура грудной клетки млекопитающих такова, что позволяет их легким сжиматься. Ученые предположили, что это пассивное сжатие является основной адаптацией морских млекопитающих: оно позволяет избежать чрезмерного содержания азота в крови, когда те находятся на глубине.
В рамках исследования морские биологи сделали КТ-изображения умершего дельфина, тюленя и домашней свиньи, находящихся под давлением в гипербарической камере. Команда смогла увидеть, что в легких морских млекопитающих образуются два отдела: один заполнен воздухом, а другой «сжат». Исследователи полагают, что кровь течет главным образом через вторую область – ту, в которой почти нет воздуха. Это вызывает так называемую неравномерность вентиляции и перфузии различных отделов легких, что позволяет поглощать кислород и углекислый газ в крови животного, одновременно сводя к минимуму или предотвращая обмен азота. Такое возможно, потому что каждый газ имеет разную растворимость в крови. Подобную особенность не обнаружили у земной свиньи.
«Этот механизм защитит китообразных от чрезмерного количества азота и, таким образом, минимизирует риск декомпрессионной болезни», – отметил Даниэль Гарсия-Парраха из Океанографического парка Валенсии, ведущий автор исследования.
Тем не менее этот природный механизм может давать сбой. Например, из-за воздействия чрезмерного шума, который производит человек – на корабле, во время исследовательских, поисковых, промышленных работ. Сбой системы приводит к увеличению кровотока в заполненный воздухом отдел легких. Это способствует расширению газообмена: количество азота увеличивается в крови и тканях, когда давление падает во время подъема.
Получается, что глубоководные морские млекопитающие все же могут быть восприимчивы к декомпрессионной болезни – но не по своей природе. В 2002 году работа на морском флоте сонаров, или гидролокаторов – устройств активной эхо-локации, которые предоставляют информацию о расстоянии до объекта, его скорости, размере, – привела к тому, что большое количество китов выбросило на берег Канарских островов. У 14 из них в тканях присутствовали пузырьки газа – знак декомпрессионной болезни.
Команда из Океанографического института Вудс-Хоул и Океанографического парка Валенсии отмечют, что дальнейшие исследования потребуют разработки инструментов для анализа того, как изменяется поток крови в легких морских млекопитающих и вентиляция в зависимости от различных факторов-раздражителей (таких, как звуковые волны гидролокаторов) во время погружения животных на глубину.
[Фото: Phys.org, Ocean Care]
