ТЕПЛООБМЕННИКИ
Оказывается, чрезмерное охлаждение крови в ластах предотвращается благодаря особенностям структуры^их кровеносной сети, устроенной таким образом, что сосуды действуют как теплообменники. В плавниках китообразного каждая артерия полностью окружена венами (рис. 8.15), так что приходящая сюда теплая артериальная кровь охлаждается окружающей ее со всех сторон венозной кровью. В результате артериальная кровь поступает в периферические участки уже в охлажденном состоянии, и эти участки отдают воде очень мало тепла. В то же время венозная кровь оказывается нагретой еще до того, как она возвращается во внутренние области тела. Если теплообмен высокоэффективен, то венозная кровь может согреваться почти до температуры артериальной крови и тогда практически не будет охлаждать тело. Теплообменник такого типа называют противоточ- ным, так как кровь в нем движется двумя противоположно направленными потоками (Scholander, Schevill, 1955).
На рис. 8.16 показана схема противоточного теплообменника, которая помогает понять принцип его действия. Допустим, что вода с температурой 40°С течет по медной трубке, попадает да-
лее в спираль, помещенную в баню с ледяной водой, и возвращается по второй трубке, находящейся в непосредственном контакте с первой, так что между трубками легко происходит теплообмен. После выхода из спирали вода имеет температуру, близкую к температуре бани, т. е. к 0°С. Протекая дальше около
Рис. 8.15. В плавниках дельфина (морской свиньи) каждая артерия окружена сетью вен. Благодаря этому венозная кровь, прежде чем попасть во внутренние части тела, согревается в результате передачи тепла от артериальной крови (Schmidt-Nielsen, 1970.)
трубки с теплой водой, холодная вода забирает тепло, охлаждая при этом теплую воду. Спустя некоторое время устанавливаются стационарные уровни температур (вроде указанных на схеме), которые зависят от условий теплообмена между трубками и от их длины.
Когда животное плывет в теплой воде, главная проблема для него состоит в отдаче, а не в сохранении тепла. Анатомическое устройство теплообменника таково, что при увеличении притока крови и артериального кровяного давления центральная артерия расширяется и сдавливает окружающие вены. Теперь венозной крови приходится оттекать по другим венам, расположенным ближе к поверхности ласта. В результате теплообменник не работает и артериальная кровь отдает свое тепло воде, тогда как венозная кровь возвращается во внутреннюю область тела без предварительного согревания и поэтому способствует охлаждению тела. Таким образом, кровеносная система ластов может
24*
¦функционировать по-разному и способствовать либо сохранению, либо отдаче тепла.
Интересно, что такие противоточные теплообменники есть и у некоторых других животных. Например, они имеются в придатках тела у ламантинов, обитающих в водах тропиков и субтропиков. Они, казалось бы, не нужны животным, постоянно находящимся в теплой воде; но дело в том, что ламантины очень медлительны
Рис 8 16. Модель противоточного теплообменника.
В этом устройстве происходит передача тепла от притекающей воды к оттекающей; после достижения системой стационарного состояния температура воды на выходе и входе различается не более чем на 1°.
и для своих размеров имеют относительно низкую интенсивность обмена, поэтому уменьшение потери тепла имеет для них существенное значение.
Теплообменники в конечностях имеются не только у водных животных. Даже у человека в руках и ногах происходит некоторый теплообмен между главными артериями и прилегающими крупными венами, расположенными в глубине тканей. В условиях холода большая часть венозной крови возвращается по этим венам, тогда как в тепле венозная кровь идет по поверхностным венам, лежащим под кожей, тем самым избегая теплообмена с артериальной кровью (Aschoff, Wever, 1959).
Теплообмен в ногах играет очень важную роль у птиц, особенно у тех, которые стоят или плавают в воде. Если бы кровь, притекающая к покрытым тонкой кожей поверхностям ног, не проходила через теплообменник, потери тепла были бы очень велики, а благодаря теплообменнику они сводятся к минимуму. Так, например, у чайки, лапы которой находились два часа в ледяной воде, потеря тепла через кожу лап составила всего лишь 1,5% от общей теплопродукции организма (Scholander, 1955).
Сосудистые теплообменники имеются даже в конечностях некоторых тропических животных. У ленивцев артерия, идущая к передним лапам, разделяется на несколько десятков тонких параллельно расположенных артерий, соприкасающихся с примерно таким же числом вен. Такой теплообменник может показаться излишней роскошью для тропического животного; однако в дождливую и ветреную ночь потери тепла у спящего в кроне де-
Рис. 8.17. При температуре воды ниже 24 °С потеря тепла за счет охлаждения лап составляет у утки лишь небольшую долю от общей теплопродукции орга- низма. При температуре ниже О °С переход тепла в лапы (и соответственно отдача его воде) возрастает пропорционально снижению температуры волы (Kilgore, Schmidt-Nielsen, 1975.) р
рева ленивца могут быть очень большими. Значение теплообменника для ленивца было показано экспериментально. Лапу животного помещали в ледяную воду; при этом температура крови ниже теплообменника резко снижалась, а выше его венозная кровь была почти такой же теплой, как и внутренняя область тела (Scholander, Krog, 1957).
Высказывалось предположение, что сосудистые пучки в передних лапах ленивцев и лори играют совершенно другую роль, а именно связаны со способностью этих лазающих животных долго и крепко держаться за ветку дерева (Buettner-Janusch, 1966; Suckling et al., 1969). Однако сосудистые пучки расположены в проксимальной части передних конечностей, тогда как мышцы, обеспечивающие хватание — в дистальной. То, что кровь протекает по Пучку артерий, соединяющихся далее в один общий сосуд, едва ли может как-то влиять на мышцы, расположенные более дистально. Содержание кислорода и питательных веществ в крови при этом не изменяется, и только может несколько понизиться кровяное давление, что определенно не способствует увеличению силы мышц.
В условиях холода животное сталкивается с двумя противоположными проблемами: как сохранить тепло и как предохранить периферические части тела, в частности ноги, от замерзания. При не очень низких наружных температурах конфликта не возникает: уменьшение кровотока и охлаждение артериальной крови в теплообменнике позволяет свести потери тепла к минимуму.
Когда, однако, температура опускается намного ниже точки замерзания, требуется доставка дополнительного тепла в периферические ткани. Вспомним, например, голые лапы уток и других птиц. До тех пор, пока не возникает угрозы обморожения» потери тепла в лапах очень невелики, но на морозе эти потери возрастают пропорционально снижению внешней температуры (Kilgore, Schmidt-Nielsen, 1975). Повышенная теплоотдача заставляет организм усилить выработку тепла, что обнаруживается в виде отчетливого перегиба на кривой метаболизма (рис. 8.17).
Еще по теме ТЕПЛООБМЕННИКИ:
- Портал "ПЛАНЕТА ЖИВОТНЫХ". Кто ты, собака?, 2010
- Любопытное доказательство того, что собаки очень давно одомашнены, приводит советский ученый-языковед академик Н. Я. Марр...
- Антропологи изучают кости и скелеты людей очень далекого прошлого, изучают их близких и отдаленных родственников — ископаемых и современных обезьян,— чтоб восстановить путь, который прошел человек в своем развитии.
- Находки, проливающие свет на происхождение собак, имеют возраст 8—10 тысяч лет...
- Значит, собака пришла сюда вместе с человеком?..
- Находка Савенкова произвела сенсацию...
- КАК ЭТО МОГЛО СЛУЧИТЬСЯ!
- Люди не очень опасались волков, волки же не очень боялись людей и нередко подходили к стоянкам первобытного человека достаточно близко.
- Видимо, много, очень много лет жили люди и волки на расстоянии, очень медленно сближались и очень трудно понимали выгодность сближения...
- Среди ученых нет единого мнения, ради чего была приручена собака...
- Но могло быть и иначе.
- Волки жили стаями...
- Cуществует еще одна гипотеза, объясняющая появление волков среди людей...