Лекция 3
Двигательная активность и максимальный кислородный запрос
Оптимальный размер наземного млекопитающего
Энергия существования
Двигательная активность и максимальный кислородный запрос
Животным и птицам необходимо двигаться, чтобы найти пищу, партнера, укрытие, защищаться или нападать. Кроме того, мелкие теплокровные за счет мышечной дрожи обогреваются. Существует не совсем ясная и сложная нервно-химическая связь между сократительной деятельностью скелетной мускулатуры и жизнедеятельностью остальных систем. Однако очевидно, что гармоничное развитие и жизнедеятельность организма требует обязательной активности скелетной мускулатуры, масса которой, вспомним, составляет почти половину Мт. Замечено, например, что копытные, долго находясь в стойле, начинают топтаться на месте, компенсирую свой малоподвижный образ жизни. Экспериментально показано, что при искусственном обездвиживании животного (это сделано на крысах, которых до нескольких месяцев содержали в узких пеналах) происходит атрофия не только мышц, но и потеря белка во многих органах и нарушение их функций [69]. Не случайно в нашем цивилизованном мире выявляют многие нервные, сердечно-сосудистые заболевания, обусловленные гиподинамией. Последствия резкого снижения мышечной деятельности возникают и при работе в условиях невесомости. Наши космонавты, долго находившиеся на космических станциях, в последние годы после приземления выходят из кабин на своих ногах, хотя первые космонавты - только выползали. Почему? Оказалось, что в условиях невесомости в скелетных мышцах происходит заметная дистрофия, а кости теряют кальций. У нас в стране был разработан метод предотвращения этих нарушений, и основным требованием в нем была ежедневная работа на велоэргометре [14]. Поэтому врачи, ныне встречающие космонавтов, по тому, как они выходят из спускаемого аппарата могут видеть, тренировались ли они в космосе или ленились.
В первой главе говорилось, что отличительной чертой животных является их способность к передвижению. Органы движения, в основе которого лежат сократительные белки, у животных очень разные.
Рис. 19. Способы передвижения и длина тела животного. Внизу показана плывущая инфузория длиной около 150 мкм с координированным направлением движения ресничек [72].
Самые маленькие одноклеточные, например сперматозоиды, использует жгутики; обычно их один – два. У клеток покрупнее есть реснички. Их сотни и тысячи. А у животных длиной 100 мкм и более используются уже мышцы, рис. 19.
Скорость передвижения животных растет по мере увеличения их размера, однако и у самых маленьких она заметна [83]:
Сперматозоид 0.3 м/ч Инфузория 0.5 м/ч Комар 600 м/ч
Шмель 18000 м/ч Бражник 54000 м/ч Гепард 100000 м/ч
Максимальные энергетические затраты целого организма оценивают при мышечной работе, а не при работе других систем, например, пищеварительного тракта или почек. Почему? Скелетная мускулатура – самый крупный орган животного, и жизнедеятельность этого органа меняется в больших для организма пределах и при самых значительных изменениях кислородного запроса.
У животных возникают ситуации, когда необходимо развивать максимальную мощность (работу, выполненную за единицу времени), например, убегать от врага. Как соотносятся между собой БМ, который зависит от Мт0,75, и максимальный окислительный метаболизм, протекающей без кислородного долга?
Исследование такой максимальной потребности в кислороде у млекопитающих было проведено на животных с Мт от 7 г до 263 кг, которых заставляли развивать максимальную мощность при беге на тредбане с возможной для них высокой скоростью или устанавливая дорожку тредбана под углом. Во всех случаях время бега ограничивалось началом появления в крови недоокисленных продуктов метаболизма, рис. 20.
Для всех 22 видов млекопитающих:
максимальное VО2 (мл О2/мин) = 115۰Мт (кг)0.81
базальное VО2(мл О2/мин) = 11∙Мт (кг)0.75
При сравнении этих уравнений видим, что в ряду млекопитающих по мере увеличения их Мт числовой коэффициент перед Мт «a» при максимальной работе в 10 раз выше, чем при БМ (115 и 11), что отражает 10-кратное повышение VО2. Кроме того, максимальное VО2 с увеличением Мт становиться более зависимым от нее («b» 0.81 и 75).
Рис. 20. Максимальная скорость потребления кислорода при беге у 22 видов млекопитающих с разной массой тела (Taylor et al.,1981), по: [73].
Используя эти формулы, можно рассчитать и сравнить базальную и максимальную величины VО2 (мл О2мин-1кг-1) у животных с Мт 10 г и 300 кг: базальное максимальное их отношение