Какое артериальное давление у жирафа

Юрий Фролов, биолог

Крог поставил вопрос, но не занялся его изучением. Физиологи вспомнили о ногах жирафа только в середине ХХ века, когда появились скоростные реактивные истребители и начались первые разработки космических кораблей. При быстром наборе высоты кровь отливает к ногам пилота, он может потерять сознание, поэтому инженеры создали противоперегрузочный костюм. В момент перегрузки в нижнюю часть комбинезона нагнетается воздух, ткань плотно обжимает ноги и таз, предотвращая отлив крови от головы. Оказалось, что у жирафа роль такого костюма играет толстая шкура ноги. Вдобавок хорошо развиты мышцы ног, выдавливающие кровь вверх. В кровеносных сосудах ног имеются клапаны, не допускающие переполнения сосудов кровью. И конечно, кровоснабжение мозга обеспечивает мощное сердце. Оно весит более 11 килограммов и поставляет мозгу около 56 литров крови в минуту при частоте пульса в покое 170. Давление — как у тяжёлого гипертоника: 240—260 на 160 миллиметров ртутного столба. А при беге (жираф развивает скорость до 64 километров в час) пульс и давление достигают прямо-таки фантастических величин. Любопытно, что после прохождения вверх по длинной (около двух метров) сонной артерии кровь снижает своё давление до 120 на 75, примерно под таким же давлением она поступает к мозгу человека и крупных млекопитающих с обычной шеей. Всё же, если жираф лежит, ему нельзя быстро встать, иначе кровь отольёт от мозга. Другая проблема возникает, когда он наклоняется, чтобы попить из реки. Голова оказывается ниже сердца, перепад давлений усиливается. Могут полопаться кровеносные сосуды мозга. В этом случае возрастает давление спинномозговой жидкости, омывающей спинной и головной мозг, оно не позволяет крови переполнить мозг. К счастью, жирафу часто пить не приходится, он потребляет всего около 10 литров воды в неделю, а остальное добывает из сочных листьев.

Есть проблемы и с дыханием. В длинной и широкой трахее, проходящей в шее, при каждом выдохе остаётся три литра отработанного воздуха. При вдохе он возвращается в лёгкие, изрядно разбавляя свежий воздух. Поэтому жирафу приходится дышать чаще, чем, например, человеку, у которого трахея гораздо короче. И всё же содержание кислорода в крови предельно низкое. Жить в горах, где воздух разрежен, жираф не мог бы.

Но ради сбора листьев и плодов с высоких деревьев — пищи, за которую с ним никто не конкурирует, жираф вынужден терпеть все неудобства своей длинной шеи. Раз до сих пор не вымер — значит, приспособился.

Фото Натальи Домриной (Намибия, май 2007 года; Ботсвана, май 2008 года).

Головная боль, шум и головокружение, ухудшение памяти, повышенная утомляемость, снижение работоспособности — подобные «несерьезные» симптомы могут свидетельствовать о хронической недостаточности мозгового кровообращения.

Клетки опухоли на самых ранних стадиях болезни начинают уничтожать клетки сосудов, попутно выходя в кровоток и расселяясь по всему организму.

Исследователи объяснили, почему кристаллы соли образуются в менее солёном слое воды.

Для человека многие животные кажутся привычными, они вроде как уже и не могут нас ничем удивить. Но на самом деле, любой живой организм на Земле — это целая биохимическая лаборатория, которая содержит ряд интереснейших механизмов. О многих животных уже публиковались материалы на Geektimes, но, конечно, далеко не о всех.

Задумывались ли вы, каким образом жираф пьет воду? Может быть, кто-то даже видел, как животное делает это, в зоопарке? На самом деле, с такой длинной шеей, как у жирафа, просто попить не получится. В его организме есть несколько приспособлений, которые позволяют без особых проблем утолить жажду, когда хочется. Внешне все просто — животное раздвигает передние конечности и наклоняет шею, прикасаясь к поверхности воды губами. Самое интересное скрыто от глаз человека.

Шея жирафа усложняла бы животному жизнь, если бы не ряд компенсирующих механизмов. Например, для того, чтобы поднимать кровь к голове на несколько метров, сердце животного увеличилось в размерах, стенки его стали гораздо толще, чем, к примеру, у окапи, близкого родственника жирафа. Давление крови у этого животного в два или даже три раза больше кровяного давления человека. Это сердце пропускает около 60 литров крови в минуту, его вес — 12 килограммов. Кровь жирафа более густая и имеет вдвое более высокую плотность кровяных телец, чем у человека. По мнению некоторых ученых, этот показатель один из наиболее высоких среди всех существующих животных.

И здесь появляется еще несколько проблем. Например, если бы не ряд компенсирующих механизмов, высокое давление крови просто убивало бы жирафа, когда тот опускает голову вниз. В мозг его вкачивалось бы большое количество крови. Но у сосудов шеи есть специфические клапаны, которые предохраняют мозг животного. Аналогичная проблема, только обратная по знаку, если так можно выразиться, возникает, когда жираф поднимает голову. Это происходит быстро, и если бы не другая группа компенсирующих механизмов, то давление крови в этот момент бы сильно падало. Может быть, это и не убило бы животное, но сознание бы оно теряло каждый раз при поднимании головы на исходную высоту. Здесь приходят на помощь все необычные по структуре сосуды, способные держать давление животного примерно на одном и том же уровне.

Жирафы умеют быстро бегать, в случае острой необходимости они достигают галопом скорости 55 км/ч, то есть на коротких дистанциях они могут перегнать скаковую лошадь. Однако, как правило, эти животные ходят не спеша, передвигая одновременно оба правых копыта, затем оба левых. Из-за своего большого веса и тонких ног жирафы могут ходить только по твёрдой поверхности.

Но вернемся к воде и процессу утоления жажды у этих гигантов. Продолжительное время считалось, что животным удается пить воду благодаря тому, что они создают область низкого давления в пищеводе и желудке. Таким образом, рассуждали ранее ученые, вода поднимается из источника по горлу и далее вливается в пищевод и желудок. На самом деле, жираф неспособен создать область низкого давления таким образом.

Этот процесс повторяется снова и снова. На каком-то этапе животное поднимает голову и шею, и вода переходит в желудок. Так повторяется несколько раз, пока жираф не напьется. По оценке исследователей, закачка воды в организм животного происходит примерно со скоростью 10 км/ч. Этого достаточно для того, чтобы поток воды создавал давление на входе в пищевод, с тем, чтобы уже находящаяся там вода не вытекала обратно. Всего в пищеводе может находиться одновременно около 5 литров воды. Каждый цикл закачки обеспечивает попадание в пищевод 300 миллилитров воды. За 25 секунд жираф может осуществить до 17 таких циклов.Интересно, что все эти данные получены физиком Филиппом Биндером, который в прошлом году поехал в один из национальных парков ЮАР. Он наблюдал за животными довольно долго, с близкого расстояния, так что смог за время наблюдений понять, что именно происходит в шее жирафа, когда тот пьет. Одно из видео, сделанных в зоопарке Phoenix Zoo в Аризоне показывает процесс утоления жажды жирафом с близкого расстояния.

Интересно, что все эти данные получены физиком Филиппом Биндером, который в прошлом году поехал в один из национальных парков ЮАР. Он наблюдал за животными довольно долго, с близкого расстояния, так что смог за время наблюдений понять, что именно происходит в шее жирафа, когда тот пьет. Одно из видео, сделанных в зоопарке Phoenix Zoo в Аризоне показывает процесс утоления жажды жирафом с близкого расстояния.

Для того, чтобы обеспечивать нормальную жизнедеятельность организма, природе пришлось увеличить в ходе эволюции легкие жирафа, чтобы он мог дышать на высоте 3-х метров, перекачивая воздух в легкие. Такие изменились кости, мышцы и соединительная ткань — ведь, как и говорилось выше, жираф постоянно испытывает перегрузки.

Жирафы обитают в саваннах Африки. Сегодня их можно встретить только к югу и юго-востоку от Сахары, прежде всего в саваннах Восточной и Южной Африки. Популяции севернее Сахары были искоренены человеком ещё в древности: во времена Древнего Египта они существовали в дельте Нила и на берегах Средиземного моря. К сожалению, в XX веке ареал жирафов вновь значительно сократился. Наиболее крупные популяции жирафов сегодня обитают в заповедниках и резерватах.

«Суперсердце» качает кровь к шее жирафа

Для детей и ученых, чрезвычайные формы жирафа поставили множество вопросов. Почему у них такие длинные шеи, сейчас ответили частично. Однако, как именно они поддерживают эту шею, и что заставляет гнать кровь в голову, ведь она находится в двух метрах от сердца, оставалось неизвестным. Сейчас исследования показывают, что у жирафов есть небольшое, мощное, супер сердце, которое отличается от тех, которыми обладают другие аналогичные млекопитающие. Ученые опубликовали открытия в журнале сравнительной биохимии и физиологии, в Части A.

Забавная длинная шея

«Существует не так много животных, которые обладают очень длинной шеей», говорит эксперт по жирафам Профессор Грэм Митчелл из Центра исследований дикой природы в Ондерстепурте, Южная Африка. Профессор Митчелл провел исследование вместе с профессором Джоном Скиннером из Центра Ветеринарных Исследований дикой природы при Университете Претории в ЮАР.

«У жирафов есть это очень забавная длинная шея, из-за чего сразу же возникают два вопроса, первый — почему, а второй — как», говорит он. Ответом на первый вопрос, говорит профессор Митчелл, является то, что длинная шея, вероятно, предоставляет ряд преимуществ, помогая животным питаться различными молодыми побегами, регулировать температуру тела и быть более бдительными.

Но он хотел узнать больше о том, как жираф (Giraffa) поддерживает такую длинную шею и в состоянии преодолеть его физиологические ограничения. «У жирафов это большая проблема, что голова находится в двух метрах от сердца,» говорит профессор Митчелл. «Таким образом, как у очень больших животных туда поступает кровь?»

Под давлением

Большинство млекопитающих имеют относительно низкое кровяное давление, так как их кровь должна двигаться только на короткое расстояние между головой и сердцем.

Для жирафа это расстояние значительное.Это создает две проблемы: сердце жирафа должно справиться с гидростатическим давлением, оказываемого на него количеством крови в такой длинной шее. Для того, чтобы кровь поступала в голову, сердце должно биться достаточно сильно, чтобы преодолеть это значительное давления, вызванного гравитацией. Предыдущие исследования показали, что жираф имеет чрезвычайно высокое кровяное давление, вдвое большее, чем у других животных. Но это исследование является первой ступенью для разгадки истинной природы сердца жирафа и его сердечно-сосудистой системы. «В течение долгого времени считалось, что происхождение высокого кровяного давления было связано с действительно большим сердцем, что был основан на измерениях, сделанных в 1950-х», говорит профессор Митчелл. Исследователи основывают свои результаты по целому ряду измерений от жирафов, обитающих в юго-восточной Зимбабве между 2006 и 2009 годами. «Нашей целью было отчасти объяснить происхождение высокого кровяного давления и какие физиологические механизмы работают на тем, чтобы поднять артериальное давление до уровня жирафа», говорит он. «Мы установили, что сердце на самом деле очень маленькое. Даже меньше, чем вы ожидаете у животных аналогичных размеров, но его стенки невероятно толстые,» говорит профессор Митчелл. «У вас небольшое, но очень мощное сердце для доставки кровяного давления.»

Исследователи говорят, что жирафы адаптированы к высокому кровяному давлению и не страдают от последствий. Сердце жирафа развивались таким образом, чтобы иметь толстые стенки, мышцы и малый радиус, придавая ему большую силу. Стенки кровеносных сосудов утолщаются с возрастом, так же как шея жирафа вырастает, чтобы избежать разрыва под нарастающим давлением.

Расширение судов

У жирафа также есть и другие механизмы, которые помогают справиться с высоким кровяным давлением, говорит профессор Митчелл. «Артериальное давление зависит от возможностей сердечно-сосудистой системы, а также от эффективности насоса». «Жирафы получили способ корректировки возможностей сердечно-сосудистой системы и могут сокращать и расширять свои кровеносные сосуды, чтобы очень эффективно изменить мощность сердечно-сосудистой системы». Из данных, собранных из измерений тела погибших жирафов, исследователи надеются узнать больше о их необычном теле, в том числе о их поле зрения и дыхании. Профессор Митчелл говорит, что будет интересно изучить физиологию жизни жирафов с помощью дистанционного устройства для сбора данных. «Для измерения артериального давления у свободно живущего жирафа, когда он занимается своими делами, было бы действительно интересно,» говорит он. «Для тех, кто изучает высокое кровяное давление у людей, или людей, как и я, кому интересно, как жирафы получили это.»