Способность гемоглобина связывать кислород у дельфинов выше, чем у наземных млекопитающих. Количество остаточного воздуха в легких китообразных невелико (за одно дыхание обновляется до 90% всего воздуха легкого у афалины. у морских свиней - до 79%).
Важные отличия обнаруживаются в распределении запасаемого кислорода в теле китообразных и наземных млекопитающих;
Распределение кислорода (в %):
| легкие | Кровь | мышцы | другие органы | |
| Человек | 34 | 41 | 13 | 12 |
| Дельфин | 9 | 41 | 41 | 9 |
Адаптивное значение такого распределения кислорода в организме китообразных чрезвычайно велико: во время длительного перерыва в дыхании насыщенные кислородом мышцы не требуют кислорода крови, и этот кислород, содержащиеся в крови и воздухе легких. может быть полностью направлен в органы, лишенные его запасов, в первую очередь в ткани ЦНС.
Живой, активно передвигающийся в плотной среде организм тратит подавляющую часть энергии на деятельность мышц. Таким образом, кровь, поступающая в рабочие органы, должна нести гораздо большее количество углеводов, необходимое для энергоснабжения. Но откуда берется у дельфинов такое огромное количество углеводов, необходимых для получения энергии в мышцах? Очевидно, немалое значение (а, возможно, и решающее) имеет то обстоятельство, что китообразные при погружении интенсивно питаются. Важное значение имеет точная информация координационных центров нервной системы о необходимости выхода на поверхность. Считается, что у китообразных концентрация углекислого газа не является сигнальным моментом о необходимости подъема.
Давление на любой глубине действует проникающе, и все органы животного должны находиться под давлением и все обменные процессы в мышцах, кишечнике и других органах будут идти при колоссальном давлении.
Ткани тела дельфина, состоящие в основном из жидкости, практически несжимаемы, и потому давление им не страшно. Нестрашно такое большое проникающее давление и для работы системы кровообращения, так. как при любом проникающем давлении сердце будет создавать некоторое избыточное давление, равное обычному артериальному или близкое к нему, что позволяет проталкивать кровь по сосудам..
Зубатые киты - крайне специализированная группа млекопитающих, порвавших с сушей, но сохранивших легочный тип дыхания. Водный образ жизни вызвал у них определенные адаптивные изменения в респираторной системе, так как защита дыхательных путей и легких от попадания воды приобретает для них жизненно важное значение. Исследования, проведенные на одном из представителей черноморской фауны - дельфине афалине, свидетельствуют о наличии определенных изменений в строении трахеи, бронхов и легких, обеспечивающих их адекватное функционирование, в основное они важны при погружении животного на значительную глубину или при большой скорости плаванья. Магистральные воздухоносные пути китообразных по сравнению с наземными млекопитающими обнаруживают существенные адаптивные изменения, оптимально способствующие быстрому обмену воздуха. Кольцеобразные хрящи образуют каркас стенок трахей и бронхов вплоть до самых мелких воздухоносных путей, предохраняющих паренхиму легких от перепадов давления в момент погружения животного. В .формировании воздухоносных путей, кроме того, принимает участие пластическая ткань, представленная плотными слоями продольно расположенных эластических волокон, лежащих непосредственно под слизистой.
При значительном интересе исследователей к теме данной работы, необходимо признать разноречивость и фрагментарность материальных данных, а также акцентировать внимание на почти полном отсутствии соответствующих материалов по объекту данного исследования
Исследовано 12 половозрелых дельфинов афалин (1,6-2,5м) Азовского Черноморского бассейна.
Особенности трахеи.
На всем своем протяжении трахея граничит с довольно плотными образованьями, местами сдавливается ими, но не спадается. Постоянный просвет трахеи обеспечивается системой хрящевых колец, соединенными между собой плотной соединительной тканью. Хрящевые кольца полностью замкнутые, спереди назад черепицеобразно накладываются одно на другое. При необходимости это допускает некоторое растяжение трахеи в длину. Нередко несколько соседних колец на каком-то участке срастается. Конфигурация колец различна. Особенно заметны сочетания колец различной конфигурации в местах бифуркации трахеи и отхождения трахеального бронха. В месте соединения трахеи с гортанью многие хрящевые кольца, как правило, сливаются.
Воздухоносные пути дельфина афалины представляют собой сложно организованную систему приспособлений, обеспечивающих нормальное {функционированием организма этих животных при различных режимах плаванья и в состоянии покоя. Представленные нами результаты морфологических исследовали свидетельствуют; т о наличии ряда особенности- трахеи, то выражается, в частности, в замкнутости хрящевых колец трахеи и бронхов, круговых связок, состоящих из грубой волокнистой соединительной ткани и труднорастяжимых, что также способствует прочности конструкции дыхательного горла. Указанные особенности в строении трахеи имеют четко выраженный адаптивный характер, так как животное осуществляет захват и проглатывание добычи целиком во время нахождения под поверхностью воды. Естественно при том предположить, что прохождение по пищеводу объекта питания (чаще всего рыбы) значительно деформировало бы трахею с мягкой мембранозной частью, создавая тем; самым определенные трудности в осуществлении дельфином акта выдоха-вдоха, следующего нередко тотчас после проглатывания пищи.
Вдох - выдох у китообразных происходит очень быстро, взрывообразно, у дельфинов обычно он завершается в 0,3-0,7сек. Координация акта дыхания у дельфинов очень точная и регулируется непосредственно центральной нервной системой, а не является безусловные рефлекторным действием, Это подтверждается прямыми экспериментам, при которых, введение даже сравнительно небольших доз наркотиков (10 мг на 1 кг веса животного) приводило к полному нарушению дыхательной ритмики, захлебыванию и смерти животного.
Дельфин может спать с одним открытым глазом, что прямо связывается с необходимостью постоянного нервного контроля дыхательного акта.
Поток воздуха, вырывающийся из легких китообразных, в момент выдоха увлекает за собой капельки воды, находящиеся вокруг дыхала. Известны настоящие чисто водяные фонтаны, которые наблюдались как у дельфинов в неволе, так и в природе у разных видов дельфинов.
Абсолютная частота дыхания также значительно различается у разных видов китообразных. Считается, что в среднее дельфины делают около 3-8 вдохов-выдохов в минуту в перерывы между продолжительными ныряньями. Но если распределить эти акты равномерно на достаточно длительное отрезке времени, то окажется, что частота дыхания китообразных составляет 1-5 раз в минуту (у наземных млекопитающих частота дыхания составляет от 70-100 у мелких грызунов, до 20 у собаки, 15 у человека, 3 у слона).
Как же функционируют органы дыхания у дельфинов? Большинство исследователей рассмотрело функционирование какого из участков дыхательной системы изолированно от соседних.
Единое наружное дыхательное отверстие зубатых китообразных у поверхности замыкается плотными кожно-мышечными складками. Воздух, заключенный в надчерепных мешках, при увеличении гидростатического давления давит на клапаны, закрывающие вход в костные отверстия. Тот факт, что гортанно-глоточный сфинктер временно замкнут, не вызывает сомнения по той простой причине, что киты, проглатывающие пищу под водой раскрывают рот на любой глубине, а следовательно, в ротовой полости и глотке давление устанавливается равные наружному гидростатическому. Следующие клапаны обнаруживаются по воздухоносному пути лишь в конце проводящих - начале респираторных отделов легких. В полости гортани и крупных бронхов давление, очевидно, сохранится близким, к атмосферному, что будет обеспечено, в частности, прочностью стенок трахеи и бронхов, вплоть до мельчайших, в которых находятся замкнутые хрящевые кольца.
В отличие от проводящих отделов в респираторных отделах давление будет по величине приближаться к гидростатическому, то есть наружному давлению воды на все тело кита. Роль сильных мышечных сфинктеров может заключаться в том, чтобы при погружении дельфина на глубину и при увеличении давления в альвеолах препятствовать выходу воздуха из респираторных отделов в полость крупных бронхов и обеспечивать тем самым нормальное протекание всех газообменных процессов. Строение грудной : клетки у дельфинов отличается не только сокращением числа стернальных ребер, но и развитием чрезвычайно короткой и непропорционально маленькой, (в одних случаях) или чрезвычайно расчлененной и подвижной (в других случаях) грудной кости. Все эти особенности свидетельствуют о большой сжимаемости и подвижности грудной клетки китообразных.
В связи со значительной подвижностью грудной клетки необходимо остановиться на возможности существования у китов своеобразного типа дыхания, ведущее значение при котором имеет акт выдоха, обеспечиваемый сильной мускулатурой грудной клетки и огромной по площади диафрагмой.
Таким- образом, анализ процессов, происходящих в дыхательной систем зобатых китов при нырянии, показывает, что легкие, как и другие внутренние органы, испытывают давление, равное гидростатическому и составляющее иногда многие десятки атмосфер. Система органов дыхания у китообразных весьма специфична.
Обобщая сказанное, необходимо отметить, что так как далекими предкам дельфина афалины и других дельфинов, являлись наземные млекопитающие, осуществившие в древности полный разрыв с сушей, то водный образ жизни не мог не отразиться на строении организма этих удивительных животных.