Приспособления к гипоксии

Неблагоприятные условия газового режима складываются в норах, дуплах, в листовой подстилке, под снегом, в верхнем поясе гор и др.

Наиболее быстро в ответ на первые признаки гипоксии (например, при быстром подъёме в горах) включается механизм учащения дыхания и сердцебиения. Параллельно этим реакциям нередко наблюдается повышение общей кислородной ёмкости крови путём увеличения числа эритроцитов, а соответственно и количества гемоглобина за счёт извлечения из кровяных депо. В наиболее острых случаях при экстренном выбросе эритроцитов в кровь захватываются даже не вполне зрелые клетки. В случаях стабильного приспособления к высокогорью повышение кислородной ёмкости обеспечивается развитием мощного миокарда.

Наиболее раннее проявление действия разных концентраций кислорода – изменение скорости развития и роста.

Рисунок 8.7 – Дыхательная система земноводных

Рисунок 8.8 – Дыхательная система птиц

Рисунок 8.9 – Дыхательная система млекопитающих

Задание: рассмотрите дыхательные системы животных, представленные на рисунках 8.5 – 8.9. Какую роль они выполняют? Что у них общего и чем различаются?

По работам А. Опарина известно, что жизнь на Земле возникла, когда атмосфера нашей планеты состояла из углекислого газа, а кислород практически отсутствовал. Из такой атмосферы возникло живое вещество и сам человек. Огромные запасы CO₂ в воздухе древних эпох с десятков процентов уменьшились до ничтожно малой величины – трех сотых процента в наше время. И только позже, когда растения поглотили углекислоту и выделили кислород, атмосфера существенно изменилась. Углекислый газ из атмосферы исчез, его заменил кислород. Для клеток необходимо примерно 7% углекислоты и 2 – 3% кислорода. Воздух, окружающий организмы, содержит примерно 0,03% углекислоты, в двести раз меньше необходимого, и около 20% кислорода, что в десять раз превышает норму.

Углекислый газ является основным продуктом питания всей живой материи Земли (растения поглощают углекислоту из воздуха). Растениями питаются животные, а человек – теми и другими.

Обмен веществ в клетках человека и животных создавался в древние геологические эпохи, когда углекислота в воздухе и воде составляла десятки процентов. Поэтому концентрация CO₂ в клетках является абсолютно необходимым условием нормального протекания всех биохимических процессов. В процессе эволюции в организме человека и высших животных создалась своя автономная воздушная среда, представленная альвеолярным пространством легких, где содержится около 6,5% CO₂, а кислорода около 13%. Очевидно, это минимальная концентрация CO₂, обеспечивающая нормальный обмен веществ в клетках. Практически все животные, которые дышали кожей, потеряли углекислоту и погибли.

Снижение CO₂ в легких сдвигает рН в щелочную сторону, что изменяет активность ферментов и витаминов – регуляторов обмена веществ, а это, в свою очередь, нарушает нормальное протекание обменных процессов и ведет к гибели клеток. Если CO₂ снизится до 3%, а рН сдвинется до восьми, организм погибнет.

Для сохранения постоянства CO₂ в легких в процессе эволюции возникли следующие механизмы защиты:

а) спазмы бронхов и сосудов;

б) увеличение продукции холестерина в печени как биологического изолятора, уплотняющего клеточные мембраны в легких и сосудах;

в) снижение артериального давления (гипотония), уменьшающее выведение CO₂ из организма.

Уменьшение CO₂ в крови увеличивает свёртывающую функцию крови, в нервных клетках – уменьшает порог их возбудимости.

Вопросы для самоконтроля:

1 Какова биохимическая природа дыхания?

2 Каковы различия в системах дыхания у растений и животных?

3 Какова специфика газообмена у организмов в водной среде?

4 Какова специфика газообмена у организмов на суше?

5 Почему недостаток углекислого газа в среде губительнее для развития, чем недостаток кислорода?

6 Почему у курильщиков часто отмечают повышенное давление?