Как кровообращение жирафа справляется с высотой тела

Сердце жирафа создаёт высокое артериальное давление, необходимое для подачи крови к голове, находящейся значительно выше него. Но объяснение не заканчивается сильным насосом. Важны устройство сердечной стенки, изменение движения крови при наклоне головы и особенности сосудов ног, где высокое давление тоже создаёт нагрузку.

Толстая стенка помогает создавать давление

В исследовании девяти жирафов под наркозом учёные измеряли размеры сердечных полостей ультразвуком и одновременно регистрировали давление. Количество крови, проходящее через сердце за время, оценивали двумя независимыми способами.

Левый желудочек — сердечная камера, отправляющая кровь в основной круг кровообращения. У изученных жирафов его полость была сравнительно небольшой относительно массы тела. Стенка при этом имела значительную толщину.

Такое сочетание позволяло создавать высокое давление без необычно большой механической нагрузки на саму стенку. Давление внутри полости и напряжение материала стенки — связанные, но не одинаковые величины. Толщина влияет на то, как распределяется нагрузка.

Авторы также выявили небольшой относительный объём крови, выбрасываемой за одно сокращение. Поэтому выражение «очень высокое давление» не означает автоматически «очень большой объём каждого выброса». Нельзя объяснять систему одним гигантским сердцем или считать давление и расход крови взаимозаменяемыми показателями.

Это результаты измерений в определённых условиях. Они не устанавливают одно постоянное значение для каждого свободно движущегося жирафа любого возраста и размера.

Наклон головы меняет работу всей системы

В другой работе исследовали пять жирафов под наркозом, сохранявших самостоятельное дыхание. Их удерживали вертикально и меняли положение головы. Одновременно измеряли давление, кровоток и поперечный размер сонной артерии и яремной вены — крупных сосудов шеи.

Артерия несёт кровь к голове, вена участвует в её возвращении. При опускании головы яремная вена расширялась, в ней накапливалась кровь, а измеряемый поток по ней прекращался. Подача крови сердцем уменьшалась. При этом поток в исследуемой сонной артерии оставался неизменным.

Когда голову снова поднимали, яремные вены спадались и кровь возвращалась в центральную часть кровообращения. Показатели работы сердца и центрального венозного давления восстанавливались.

Получается, что сосуды нельзя представить как жёсткие трубки, сохраняющие одинаковый просвет при любом положении. Их форма и количество содержащейся крови влияют на общую систему.

Авторы заключили, что в изученных условиях кровоснабжение головы обеспечивало артериальное давление, без поддержки механизма сифона — пассивного перетекания жидкости по заполненной трубке с восходящим и нисходящим участками. При этом измерение сонной артерии не является записью каждой реакции мозга. Ограничение метода остаётся существенным.

Ноги тоже нуждаются в защите от давления

Высокое давление в артериях ног могло бы увеличивать нагрузку на мелкие сосуды. Поэтому исследователи проверяли не только сердце и шею, но и строение сосудов конечностей.

В работе с одиннадцатью жирафами ультразвуковые наблюдения сочетали с изучением выделенных сосудов. Ниже локтя обнаружили участок с более толстой стенкой и меньшим внутренним просветом. Сокращение этого участка сопровождалось падением давления вдоль артерии.

Мелкие мышечные артерии ног также отличались от сосудов шеи. Их стенки были относительно толще, а сократительные возможности больше. Отдельные измерения показали, что ткани ног менее податливы растяжению, чем сравниваемые ткани шеи.

Авторы рассматривали эти особенности как механизмы, способные защищать капилляры — самые мелкие сосуды — от высокого артериального давления. Это согласованная работа сосудистых стенок и окружающих тканей, а не одна одинаковая заслонка во всех частях тела.

Что показывает наружный портрет

Длинная шея и высокие ноги хорошо видны на иллюстрации целого жирафа. Однако толщина сердечной стенки, просвет артерии и накопление крови в вене на обычной фотографии не различимы. Внешняя высота объясняет вопрос, а ответ потребовал отдельных анатомических и физиологических измерений.