Що залишилось від наших зябер
Закрити Created with Sketch.
Технічне обслуговування | З нагоди чемпіонату світу з вільного плавання у Вільфранш-сюр-Мер, інтерв’ю з фізіологом Фабрісом Жулією про історію нашого тіла. Що залишилось від нашого водного минулого? Коли з’явилися перші легені? Чи є людина морським ссавцем, як будь-який інший ?
Француз Стефан Міфсуд виходить із води після світового рекорду статичного апное: 11 хвилин 35 секунд без дихання. Запис встановлений 8 червня 2009 року в Ла Крау і з тих пір його більше не побили. • Подяки: Патрік Авентьє/Гамма-Рафо - Гетті
Чемпіонат світу з фридайвінгу проходить у Франції у Вільфранш-сюр-Мері з 6 по 15 вересня. Під час цієї зустрічі плавці опустяться на глибину понад 100 метрів і затримають подих на дуже довгі хвилини (світовий рекорд статичного апное - не рухаючись - також належав французу протягом десяти років: Стефану Міфсуду, на фото зверху та в відео нижче). Вистави, які занурюють простих людей у прірву питань. Що ми запитали у фахівця в цій галузі: Фабріс Жулія, лікар з фізіології екстремальних середовищ (дайвінг, висота), викладач Тулонського університету та дослідник C2VN (Центр судинної кардіології та харчування) Медичного факультету Марселя. Як фахівець він брав участь у підготовці багатьох спортсменів, включаючи Стефана Міфсуда.
Відео про світовий рекорд статичного апное, встановлений французом Стефаном Міфсудом у 2009 році: 11 хвилин 35 секунд без дихання.
Коли з’явилися перші тварини з легенями? ?
Про легені ми заговорили близько 400 мільйонів років тому. Приблизно в цей час тварини почали мати можливість дихати повітрям. Спочатку це тварини, які мають подвійну специфічність: водне та повітряне дихання. Вони мають два органи: легені і зябра.
Яка різниця між легенями та зябрами ?
Обидва органи мають одне і те ж призначення: витягувати кисень з повітря або води. Але у випадку з легенями вам потрібна система, яка забезпечує подачу кисню та видалення вуглекислого газу, тому необхідна вентиляція. Для зябер достатньо, щоб орган контактував з водою і щоб був струм. Але це не завжди правда. Якщо взяти випадок із восьминогами, головоногими молюсками, але із зябрами, у них є сифони, які вводять воду, кишену киснем, і повертають воду, насичену вуглекислим газом. Тому є схожість, але для зябер велика різниця полягає в тому, що їх можна використовувати лише через воду, їх потрібно змочувати.
слухати (59 хв.) 59 хв
Легені не могли витягувати кисень із води ?
Ви повинні знати, що у воді кисню в 30 разів менше, ніж у повітрі, тому, навіть якщо ми потенційно можемо дихати водою, в ній є лише 0,7% кисню. 'Води і 21% у повітрі, тому у нас не буде ті самі входи, тим більше, що ця смішна кількість кисню зменшується, якщо температура, кислотність або солоність зростають. Але крім того, наші вентиляційні м’язи не можуть циркулювати занадто щільну воду. Отже, риба дуже ефективна! Вони мають дуже високу здатність до вилучення кисню. Однак деякі види стикаються з надзвичайно низьким вмістом кисню і виживають, розвиваючи легені, окрім зябер: наприклад, легені, риби, які мешкають в Амазонці в дуже кислій прісній воді, вони дихають на поверхню.
Целакант також представляє пережиток легені предків - це тварина, яка за 350 мільйонів років дуже мало еволюціонувала і яка має таку ж морфологію, як наші предки, які вперше залишили воду. Риби гурамі також мають систему дихання, яка називається «лабіринтами», що дозволяє їм витягувати кисень з повітря. Деякі земноводні, такі як уродели, також виявляють кілька форм дихання протягом свого життя: розгалужене та шкірне, коли вони молоді, потім легеневе. Нарешті, деякі комахи дихають завдяки так званим рильцям - дуже маленьким трубочкам, які надходять кисень до органів через трахеоли та альвеоли, без вентиляції.
Східноафриканська легеня. По-англійськи тварина називається «lungfish»: легенева риба. • Подяки: А. Хартл/Альянс фотографій/Blickwinkel/Newscom - Maxppp
Чи зберігає наше тіло сліди нашого далекого водного минулого ?
На відміну від морських ссавців, які повернулися в море п'ятдесят мільйонів років тому, ми ніколи не поверталися, і наша еволюція була односторонньою. Але насправді наше тіло має ряд механізмів, пристосованих до апное або принаймні до нестачі кисню.
По-перше, існує так званий "дайвінг-рефлекс", дайвінг-рефлекс: цей механізм є у всіх наземних тварин, і він ще більше підкреслюється у морських тварин. Коли тварина занурює свої дихальні шляхи у воду, вона встановлює пристрої для боротьби з нестачею кисню, яка з’явиться через деякий час. Серед цих механізмів найбільш помітним із усіх є уповільнення частоти серцевих скорочень. Причина проста: серце - це м’яз, яка споживає багато кисню, тому, якщо воно б’ється менш швидко, воно споживає менше.
Другий механізм - це те, що називається периферичним звуженням судин, воно має подвійне призначення. Коли ви перебуваєте у воді, температура, як правило, нижча, ніж у повітрі, тому вам доведеться обмежити втрати тепла. Якщо в ногах, руках, шкірі тощо циркуляція менше, то теплообміну менше, тому ви втрачаєте менше калорій. Друга причина: якщо циркуляція менша, ці території споживають менше кисню, який за короткий термін можна відновити для двох життєво важливих органів: мозку та серця. Якщо ми закриваємося в деяких місцях, ми можемо легко перенаправити кров на інші.
Нарешті, є те, що називається легеневою ерекцією. Це адаптивний механізм, властивий людині під час пірнання, і який запобіжить надмірне стискання грудної клітини у разі підвищення тиску. Це насправді не захисний механізм від кисневого голодування. Це дозволяє людям заглибитися, обмежуючи дроблення легенів через кровопостачання, яке врівноважує тиск. Цього немає у морських ссавців, це наземний механізм ссавців.
Морських ссавців більше, ніж нас ?
Набагато більше речей! Перші морські ссавці з’явились 50 мільйонів років тому. Вони повернулись у воду швидше за нас. У них є легені, але вони не є анатомічно ідентичними. Вони являють собою стисливі легені з альвеолами, які закриваються при підвищенні тиску навколишнього середовища, внутрішній тиск в альвеолі зростає, що дозволяє кисню значно краще дифундувати в крові.
Друга відмінність: у нас є грудина на рівні грудної клітини і дуже мало плаваючих ребер. Це допомагає підтримувати вертикальну поставу та вставляти наші дихальні м’язи. Але ця грудина робить нашу грудну клітку дуже жорсткою і дуже мало деформується. У морських ссавців дуже мала грудна кістка, а деяким вона взагалі не потрібна і не потрібна, тому їх грудні клітини повністю деформуються, вони не відчувають тиску, вони слідують за ним. Ось чому, коли кити або дельфіни сідають на мілину, вони задихаються і гинуть. Їхні органи стискаються, оскільки їх грудна клітка не жорстка, не підтримує кровотік, вони задихаються під власною вагою.
Кашалот, сфотографований біля Азорських островів у 2009 році. Вид має рекорд апное для ссавця, наділеного легенями: 1 год. 30 без дихання. • Подяки: VW Pics/Universal Images Groupe - Getty
Морські ссавці також мають більший об’єм легенів, але вони також мають пазухи, наповнені рідиною; наші наповнені повітрям. Ось чому нам потрібно направляти повітря у вухо, щоб протистояти тиску на барабанні перетинки. У ссавців однакова кров, у них більше її з гемоглобіном, здатним приймати набагато більше кисню. Їх енергетичний ланцюг також не однаковий: вони використовують набагато більше ліпідів, ніж інші ссавці. Для боротьби з холодом шляхом нарощування жирового шару, боротьби з тиском, а також для виробництва їх енергії, ліпіди набагато ефективніші за цукри. Тренуючись, фрідайверу вдається використовувати більше своїх ліпідів для виробництва своєї енергії.
Як довго морські ссавці можуть перебувати під водою ?
Рекорд посідають кашалоти з 1:30 апное, виміряним проти трохи більше 11 хвилин для найкращої людини. І знаючи, що рекорд людини встановлений у статичному апное, не рухаючись, поки кашалот плавав, полював. Так споживав кисень! Ми не знаємо, яка їх межа.
Деякі популяції людей більше підходять для дайвінгу, ніж інші ?
Так, Баджау, наприклад, в Океанії, але вони далеко не єдина популяція, яка має генетичні схильності: більший рефлекс апное або більша стійкість до гіпоксії (нестача кисню). Вони мають характеристики, які можуть нагадувати популяції Анд, пристосовані до нестачі кисню через відсутність життя на висоті більше 3000, 4000 або навіть 5000 метрів. Вони розробили специфічні ферментативні механізми з венозною системою, пристосованою для зберігання більшої кількості крові, отже, більше кисню, більшої селезінки (селезінка - це орган, що зберігає кров, використовується у випадках стресу, таких як крововиливи). У них немає однакових рецепторів на клітинах і вони втрачають свідомість менш легко.
Чи могли б ми дихати рідиною, як у фільмі про Джеймса Кемерона, Безодня ?
Так, ми можемо дихати рідиною, і це навіть застосовувана техніка. Перші успішні випробування рідинної вентиляції відбулися в 1960-х роках за допомогою роботи американського фізіолога Йоханнеса Кілстра. Він працював на ВМС США і придумував, як врятувати людей, що опинились на підводному човні, що опинився на дні води. Ідея полягала у введенні води у всі порожнини тіла, щоб запобігти декомпресійній хворобі. Він використовував солону воду з високим тиском для розчинення кисню, і це працювало не надто погано.
Витяг з фільму Безодня, де щура занурюють у перфторуглерод - рідину, якою можна дихати легенями.
Згодом були проведені нові експерименти з молекулою, отриманою з перфторуглероду (продукт, згаданий у фільмі «Безодня»), здатного зберігати в 15 разів більше кисню, ніж рідина Кілстри; крім того, ця молекула може також відновити діоксид вуглецю, що виділяється організмом. Кілька дослідників розробили інший продукт: перфтороктилбромід, який зараз використовується без небезпеки. Застосовується у недоношених дітей, які перебувають у дихальній недостатності, або як допінгова речовина у деяких спортсменів (вводиться в кров). Отже, Abyss, можливо, але не зовсім так, як у фільмі: вентиляція рідини вимагає наявності зовнішнього насоса, оскільки грудна клітка та діафрагма людини недостатньо потужні, щоб циркулювати рідина.
Ми наземні тварини, які здійснюють вилазки у водне середовище, але ми залишаємось сушею, без схильностей, як морські ссавці.