Как дыхание помогает верблюду сохранять воду и охлаждаться

Дыхание верблюда связано с обменом тепла и воды.

Как нос возвращает часть влаги

В исследовании 1981 года наблюдали верблюдов в пустынных условиях при отсутствии питьевой воды. Измеряли температуру и влажность выдыхаемого воздуха. Учёные обнаружили два способа уменьшить потери воды: охлаждение этого воздуха и удаление из него части водяного пара.

Днём температура выдоха была близка к внутренней температуре тела, а воздух полностью насыщался влагой. Прохладной ночью температура выдоха приближалась к окружающей, а относительная влажность иногда снижалась примерно до семидесяти пяти процентов.

Авторы объясняли охлаждение обменом тепла между воздухом и поверхностями носовых ходов. При вдохе эти поверхности охлаждаются, а при выдохе получают тепло от проходящего воздуха. Поглощение влаги связывали со свойствами поверхности носа обезвоженного животного: она отдаёт пар на вдохе и принимает его обратно на выдохе.

Совместное охлаждение и уменьшение влажности, по оценке работы, позволяло сохранить около шестидесяти процентов воды относительно выдоха полностью насыщенного воздуха при температуре тела. Это сравнение дыхательных потерь с заданным исходным вариантом, а не уменьшение всей потребности организма в воде. Действие механизма дополнительно показали на простой механической модели.

Что менялось при сильной жаре

В работе 1987 года изучали четырёх верблюдов, которых ежедневно содержали в климатической камере при температуре сорок семь градусов. Измеряли дыхание, температуру тела и мозга. Сопоставляли животных с нормальным обеспечением водой и при нескольких уровнях обезвоживания.

С повышением температуры тела увеличивался объём воздуха, проходившего через дыхательную систему за минуту. При температуре тела выше 37,5 градуса у обезвоженных животных этот показатель был примерно вдвое ниже. Одновременно повышалась частота дыхания, а объём отдельного вдоха уменьшался. Подсчёт отдельных вдохов не заменяет измерение количества проходящего воздуха.

Температура мозга обычно немного превышала температуру тела. Иногда наблюдали обратное соотношение. У двух животных дополнительные измерения проводили при ходьбе на открытом воздухе: после ходьбы продолжительностью более тридцати минут температура мозга становилась ниже температуры тела.

Исследователи заключили, что при жаре верблюды учащают дыхание, но сужение сосудов носовых структур может препятствовать охлаждению мозга через обмен теплом в сосудистой сети. Поэтому более частое дыхание само по себе ещё не гарантирует одинакового охлаждающего результата. Вывод относится к изученным животным и заданным условиям камеры и нагрузки.

Как кровоток связан с охлаждением мозга

Исследование 1992 года рассматривало сосудистый механизм у одногорбого верблюда. В этом механизме кровь охлаждается в носовой области за счёт испарения, затем венозный поток направляется к структурам около мозга. В особой сосудистой сети прохладная венозная кровь помогает уменьшить температуру артериальной крови до её поступления в мозг.

Учёные также изучали собственную способность сосудов поддерживать напряжение стенки. Такое собственное напряжение называют мышечным тонусом: его изменение позволяет менять просвет сосудов. Тонус был выражен в лицевых, носовых венах и венах около глаза. Небольшие изменения температуры в диапазоне от тридцати трёх до сорока пяти градусов меняли состояние этих сосудов.

При повышении температуры лицевые вены сужались, тогда как носовые и вены около глаза расслаблялись. Такое различие способствует направлению охлаждённой венозной крови к областям, где возможен обмен теплом с кровью, поступающей в мозг. Авторы считали этот механизм важным участником управления кровотоком в голове при тепловой нагрузке.

Здесь речь идёт об избирательном охлаждении мозга, а не обязательном одинаковом снижении температуры всего тела. Работа объясняет устройство управления потоком крови. Наличие такого механизма и его действие в конкретной обстановке — связанные, но разные вопросы: условия влияют на конечный результат.