Софонты

Кровь тюленя обладает лучшей способностью переносить кислород, чем кровь человека, отчасти благодаря большему объёму крови у тюленей, а частично из-за более высокую концентрациию гемоглобина ( гемокрит ), а поскольку в теле тюленя больше крови, у него больше и красных кровяных телец ( эритроцитов ). Большее количество эритроцитов приводит к более высокому содержанию гемоглобина — кровяного пигмента, который содержится в эритроцитах и переносит кислород. Однако эритроциты тюленя отличаются меньшим содержанием воды, чем эритроциты сухопутных млекопитающих, поэтому даже на клеточном уровне это животное создано для запасания большего количества кислорода — этим объясняется его более высокий гематокрит. Конечно, содержание эритроцитов в крови ограничено, поскольку, как мы знаем, если их слишком много, то кровь становится слишком густой для нормальной работы сердца. Однако морские млекопитающие обходят это ограничение, прибегая к дополнительным методам хранения кислорода для последующего использования. Один из таких способов — это использование миоглобина, то есть соединения, которое содержится в мышцах и связывает кислород. На самом деле миоглобин имеет столь высокую концентрацию в мышцах тюленя, что под микроскопом он почти чёрного цвета! У людей также есть миоглобин, но, к сожалению для фридайверов, его способность хранить кислород намного меньше, чем у тюленей. Миоглобин легче, чем гемоглобин, связывает кислород и транспортирует его к местам использования — митохондриям. Мышцы, поглощая кислород из крови, накапливают его в виде оксимиоглобина. Таким образом миоглобин создает резерв кислорода в мышцах, который используется для усиления окислительных процессов, например при физической работе, однако так как его нет в крови, миоглобин не участвует в доставке кислорода к мышцам, а лишь создает в них запас кислорода, так как подобно гемоглобину, миоглобин высокотоксичен при его нахождении в свободном состоянии в плазме крови: крупные молекулы миоглобина могут закупоривать канальцы почек и приводить к их некрозу; конкурируя с гемоглобином эритроцитов за связывание с кислородом в лёгких и не выполняя функцию передачи кислорода тканям, свободный миоглобин ухудшает кислородное снабжение тканей и приводит к развитию тканевой гипоксии. У человека и высших животных, обитающих на суше, миоглобин связывает только около 14% кислорода, транспортируемого с кровью, тогда как у животных, живущих в воде ( например, у всё того же тюленя ), миоглобин связывает около 40% всего кислорода, находящегося в организме животного. Содержание миоглобина у морских млекопитающих Вид / Миоглобин (г/100 г) Северный морской котик - 3,5 Кашалот - 5,0 Тюлень Уэддела - 5,4 Полосатый тюлень - 8,1 Помимо всего прочего, морские млекопитающие способны хранить кислород в тех тканях тела, в которых не может человек, что даёт им возможность хранить больше кислорода. Особенно это касается селезёнки. Механизм хранения кислорода в селезёнке схож с тем, который использует человек, однако кислородная вместимость селезёнки морских млекопитающих значительно больше, чем у человека. Так многие млекопитающие, живущие в воде, не обладают более существенным отношением объёма лёгких к размеру тела, чем млекопитающие, которые живут на суше, однако они могут погружаться под воду на длительное время, задерживая дыхание, поскольку выработали альтернативные механизмы увеличения количества вдыхаемого кислорода. Например, максимальное время погружения тюленя не определяется только его способностью сохранять кислород, поскольку тюлени могут действовать в анаэробном режиме. Однако аэробный обмен веществ предпочтительнее анаэробного, поскольку анаэробный метаболизм в 18 раз менее эффективен, чем аэробный, и обычно требует длительного восстановительного периода, так что может быть использован только в крайнем случае. Снижение интенсивности обмена веществ позволяет тюленям увеличить количество времени, в течение которого они поддерживают аэробное дыхание во время погружения, поскольку это позволяет экономнее расходовать запасы кислорода. Кроме того, посредством выборочной перфузии тканей тюлени способны увеличивать продолжительность сохранения запасов кислорода. Момент, в который тюленю или другому животному, совершающему погружения, нужно вынырнуть и вдохнуть кислород или переключиться на анаэробное дыхание, называется АПН. Уровень солей молочной кислоты в крови начинает повышаться сверх значений состояния покоя после достижения АПН и приводит к возникновению чувства жжения в мышцах. Так как же тюлени действуют в анаэробном режиме? В отличие от тканей человека, ткани тюленей значительно легче переносят три фактора асфиксии: недостаток кислорода, высокий уровень двуокиси углерода и низкий уровень pH. Недостаток кислорода вызывается его потреблением при аэробном дыхании, двуокись углерода — это отходы жизнедеятельности мышц, а низкий уровень pH — это результат выделения молочной кислоты при анаэробном дыхании. Способность легко переносить эти три фактора позволяет тюленю действовать в анаэробном режиме после исчерпания запасов кислорода. Длительные погружения обычно вынуждают тюленей превышать АПН и прибегать к анаэробному дыханию. Экспериментально это было установлено путём забора крови: увеличение уровня солей молочной кислоты в крови свидетельствовало о том, что тюлень использовал анаэробное дыхание. Тюлени используют разные способы ныряния, чтобы избавиться от остатков молочной кислоты, которая скапливается при анаэробном погружении. Например, время восстановления после погружения у тюленей Уэддела различается в зависимости от продолжительности времени, проведённого под водой. После нескольких длительных ( около 20 минут каждое ) погружений эти тюлени выполняют серию коротких аэробных ныряний, что позволяет постепенно удалить из крови накопившиеся соли молочной кислоты. Ещё одна стратегия, применяемая тюленями, морскими львами и китами при запасании кислорода, — это достижение энергетической эффективности. Как можно ожидать, глубина погружения и, соответственно, пройденное расстояние влияют на количество времени, остающееся для плавного скольжения, которое является основным способом сохранения кислорода, применяемым морскими млекопитающими. Количество времени, затраченного на плавное скольжение во время погружения, значительно и нелинейно увеличивается с глубиной погружения и выражается в существенной экономии энергии с точки зрения использования кислорода. Как вы расцениваете идею обеспечить их четырьмя сердцами? В теле есть два контура: верхний и нижний. Верхний обеспечивает кровоснабжение жизнено важных органов, в т.ч. и мозга. Нижний контур питает конечности. Оба контура имеют точки соприкосновения в каждом из сердец, но внешнее для контура сердце легко перекрывается клапаном, что изолирует контур полностью. Такие же клапоны располагаются перед каждой конечностью. Благодаря этому жизнено важный орган дублируется, и при повреждении сердца верхнего контура, сердце нижнего берет на себя его обязаности. К тому же, при повреждении нижнего контура, верхний останется не поврежденным, поэтому даже если софонту оторвёт руку, этот не убьёт его - он восстановится, а угрозы жизнено важным органам не будет даже в теории. Примерно так должна быть устроена двухконтурная кровеносная система. Зелёным обозначены клапаны, изолирующие конечность от кровотока в случае разгерметизации. Они расположены в нескольких местах: У нижнего контура перед входами в каждую конечность и перед входом в верхний контур. У малого контура у сонной артерии и у входа в нижний контур. Верхний контур подключён к нижнему, а потому в случае повреждения одного из верхних сердец, роль повреждённого органа переходит к соответственному нижнему сердцу. Но, как можно видеть из схемы, в случае повреждения нижнего сердца верхнее полностью изолируется. Оно слишком слабо, чтобы питать такую большую часть тела, к тому же его подключение к травмированному контуру опасно. Мозг и жизненно важные органы важнее инвалидности. Вены с бедной кровью идут не к своему сердцу, а к сердцу — компаньону. Это нужно для подкачки бедной крови, ведь делать это иначе у столь массивного вертикального существа трудно. В случае травмы здоровое сердце берёт на себя всю ответственность за весь контур. Такое пересечение нужно, чтобы в случае травмы одного из сердец случайно не умерла целая половина тела. При такой кровеносной системе не страшны инфаркт, тяжелые травмы. При физической нагрузке мозг и ЖВО не теряют в кислороде и их давление не повышается. Неочевидный, но очень приятный плюс на далёкое будущее: в невесомости у софонтов кровь не будет приливать к голове. Из более очевидного — они не умрут, если их надолго подвесить вниз головой. Насколько большими в сравнении с нашим были бы два верхних сердца? Верхний контур оперирует меньшим объемом крови и давлением, чем нижний. Кровь всегда должна оставаться при одном давлении, а вся нагрузка состоит в перекачке крови от ЖКТ и почек к мозгу. Даже для такого большого организма сердце нужно не больше, чем у нас. К тому же их два. Сердце нижнего контура должно справляться с огромными нагрузками, а давление должно быть достаточным, чтобы гнать кровь от пяток ног до кончиков пальцев поднятой над головой руки. Сердце должно быть размером в 3/4 от такового у организма соразмерной массы. Учитываем, что их два и получаем мощность в 1,5 от мощности аналогичного сердца ( это поправка на прямохождение ). Так как сердца софонтов рассчитаны с запасом, поскольку хоть они и работают в паре, но работают асинхронно, и по одиночке не создают необходимого давления. Потому суммарная сила сердец в 1,2-1,4 раза больше рассчетной, а значит, и масса так же больше. Расчётная масса сердца ( если бы оно было одно ) составило бы 2,6 килограммов ( при масса тела в 350 килограммов )( 0,74% от массы тела ). Фактическая средняя сумма масс всех сердец составит 3,4 килограмма. Возьму коэффициент из головы, и скажем, что масса сердца нижнего контура составляет 1 килограммов, а верхнего - 600 грамм. Насколько примерно отличается внутреннее строение каждого отдельного сердца? Так если сердца верхнего контура оперируют меньшими объёмами крови, но при этом сохраняют то же давление что и в нижних, то в отличие от нижних сердец они вполне могли бы быть трех или же двух камерными. Давление в обоих контурах как раз таки отличается. В верхнем контуре оно должно меняться плавно и не сильно. В нижнем резко и в большом диапазоне. Именно для такого различия и нужно разделение — к мозгу поступает богатая кислородом кровь нормального давления при любых обстоятельствах. К тому же не забывайте, что сердце качает не только совою венозную кровь, но и венозную кровь компаньона. К тому же оно соединено с нижним контуром, что тоже нужно учесть. Я ещё не могу сказать точно, но у них должно быть 2*4 = восьмикамерное сердце. ============================ Человеческая кровеносная система также делится на два контура: основной и легочный. Так давление крови на артерии и вене легких одинакого, и кровь качается равномерно. Пожалуй, можно оставить эту механику. Однако стоит отметить, что у софонтов система разделена так же на верхний и нижний контуры, где верхний ответственен за ЖВО, а нижний - за моторную систему. Поэтому сердца должны иметь мост между двумя контурами, возможно непосредственно между сердцами. Таким образом, сердце софонта окажется шестикамерным. Легкие обслуживают кровь из обоих контуров, но в лёгких кровь из контуров не смешивается. Легочные камеры соединены как с функциональными камерами (что обслуживают моторную систему или ЖВО), так и с камерами смешения. Камеры смешения одного контура соединены с камерами смешения другого, таким образом венозная легочная и артериальная легочная крови в обоих контурах смешивается, получая приблизительно одно количество кислорода, но в то же время ни один контур не может истратить весь кислород из крови другого контура, что гарантирует стабильность. Так же в камерах смешения происходит уравнивание давления перед поступлением в легочные и функциональные камеры. Так же такая система безопасна — в случае травмы сосуда смешения, оба контура просто изолируются друг от друга, и каждый может получать кислород. В то же время, если будет поврежден легочный сосуд, то сердце перейдет на обеспечение со стороны оппонента, и вновь вся система будет работать. Легочные камеры имеют по две артерии и две вены. Камеры смешения предназначены лишь для установления заданных давлений и играют роль аварийных клапанов. Технически, можно было бы обойтись и без них, однако если соединить легочные камеры сердец обоих контуров напрямую, это было бы небезопасно, а так же нам придется мириться с несоответствующим давлением. Оба контура работают асинхронно: в то время как нижний контур подчинен психосоматике и его сердцебиение может быть изменено в соответствии с желанием софонта, верхний контур управляется исключительно вегетативно для поддержания постоянного давления. Поэтому камеры смешения играют так же роль контроллера расхода. Почему сердце софонтов имеет дополнительные две камеры, являясь таким образом восьмикамерным? Это необходимо для уравновешивания давления между контурами и компенсации асинхронной работы. Сердце, во время своей работы, создаёт давление не постоянно, как насос, а толчками, поэтому график давления прерывист, и на нем отчетливо видно сердцебиение. Если мы включим в систему второе сердце, то мы будем видеть оба сердцебиения. Все это подчиняется тем же законам, что и гармонические волны из-за своего постоянства. Разумеется, категорически запрещается, чтобы сердца бились одновременно - это создаст избыточную нагрузку на кррвеносную систему. Поэтому все сердца бьются поочередно, при том с такой задержкой, чтобы минимизировать время, когда давление падает. Как кровь между этими двумя дополнительными камерами взаимодействует с другими? Кровь просто поступает ( или уходит ) из двух источников, а в самой камере смешивается. В артериальную камеру смешения входит одна вена — от лёгких, и отходит две артерии — к органам и к камере смешения противоположного контура. В венозную камеру смешения входит две вены — от органов и от камеры смешения противоположного контура, и отходит одна артерия — к лёгким. Сама кровь в камерах смешивается. Что любопытно сокращения сердцебиений софонтов медленнее чем у человека, однако не только из-за того, что с повышением массы тела частота сердцебиения падает ( это не связано с удельной массой крови: и у лошади, и у хорька по 75 мл/кг. Сердце мыши занимает 0,5% от массы тела ( 0,1 г к 21 г ), а у лошади - 0,75% ( 4,5 кг к 600 кг ). Артериальное давление у мыши составляет 12-15 кПа, а у лошади - 14-16 кПа. Значение слегка больше ), а поскольку это позволит снизить скачок давления, выравнив его, и при той же эффективности снизить нагрузку на сесудистую систему ( это потребует большей силы и немного иного строения мышечной ткани ). Так при наблюжении за пульсом софонтов, вначале идёт два удара сердец верхнего контура, а затем два удара нижнего контура. Общее давление в кровеносной системе изменяется минимально, а за счет того, что каждый удар длится слегка дольше ¼ всего периода, удары накладываются друг на друга, делая скачи ещё плавнее. ============================ Каждый сердечный контур занимает две камеры — на вход и на выход. Первый контур качает артериальную кровь от лёгких. Второй контур соединяет верхний и нижний контуры кровеносной системы по артерии. Третий контур соединяет верхний и нижний контуры кровеносной системы по вене. Четвёртый контур качает венозную кровь к лёгким. И того всего в каждом сердце восемь камер. По сути, ничего нового. На магистраль так же остаётся по две камеры — на вход и на выход. Просто количество магистралей, обслуживаемых сердцем, возрастает до четырёх. Считайте это за два сросшихся сердца. Как должны были бы сокращаться сердца одного и того же контура? Эта информация имеет важное значение для сосудов, так не слишком ли мощным для них будет выброс при одновременном сокращении и не слишком ли частыми будут удары пульса при их биении врозь. Работа в фазе позволит повысить давление, в то время как работа в противофазе обеспечит непрерывность в течении крови и равномерность давления. Поэтому это спорный вопрос — с одной стороны работа в фазе будет качать кровь быстрее, но с простоем, с другой — в протиивофазе — медленнее, но постоянно. В итоге мы не повысим мощность, но работа в противофазе снимает нагрузку с кровеносных сосудов и питает организм равномернее. Для синхронизации можно использовать простую сеть нейронов, координирующую работу всей системы: от синхронизации сердцебиения до мониторинга давления и аварийного перекрытия артерии к конечности. Вы используете вторичную нервную систему, к которой подключены все сердца, клапана на артериях и сердца. Так их работа будет синхронизирована, и нагрузка будет распределяться плавно. Эта нервная система будет отслеживать давление крови и не допускать его критического превышения или понижения. Она так же позволит обнаружить тромб и задействовать вероятные механизмы иммунитета по его удалению. Такая система будет косвенно соединена с ЦНС в каждом узле, что позволит отдавать ей отчёты и софонты смогут знать о состоянии своего здоровья. Более того, можно организовать защищённую обратную связь, и софонт сможет контролировать своё сердцебиение не косвенно, как человек, а непосредственно. К примеру, перед входом в анабиоз. К тому же это вторично защити её от повреждений — она не зависит от ЦНС и продолжит функционирование в случае травмы, и при случае собственной травмы найдёт обходной путь, даже сквозь ЦНС. Перелом позвоночника или кусок доски, пробивший одно из сердец, не станет летальным для софонта. Его организм сумеет продолжить работу в таком критическом состоянии и даже восстановиться. Другими словами, вы предлагаете дать им сознательный или скорее полусознательный ( чтобы избежать некоторых нежелательных проблем ) контроль над семпатической и вегетативной нервной системой, что помимо уже приведенных вами плюсов должно было бы помогать усилием воли, исходя из необходимости, урежать сердцебиение и сужать сосуды для остановки кровотечения? Практически так. Их контроль над сердцебиением сознателен, но ограничен. Как с дыханием - вы можете задержать дыхание, но до тех пор, пока это не станет опасным. Перекрытие клапанов осуществляется только автоматически, как икота. Это слишком важная система, чтобы давать над ней контроль. Тем не менее, усилием воли можно привести их в напряжение, на случай ожидания травмы. Сосуды оборудованы мышцами для сужения и увеличения. Может стоило бы оборудовать сильными мышцами основные кровеносные магистрали, чтобы в случае повреждения всех сердец сами артерии смогли создать чрезвычайно низкое, но всё же достаточное для выживания, давление? Создав множество обходных путей, в чрезвычайной ситуации некоторые сосуды могут быть расконсервированы для обхода повреждённых сердец. Созданного потока хватит, чтобы обеспечить кровью мозг, насытить её кислородом и очистить от токсинов. Для выживания больше не нужно. И хотя неясно, для чего это может пригодиться софонту в случае столь тяжелой травмы, но в будущем это станет очень полезно, когда софонты смогут оказать достаточно сложную медицинскую помощь. Шанс того, что уничтожены будут все сердца, мал, но не равен нулю. Если такое может произойти, то от этого нужно поберечься. Что может качать кровь помимо сердец? Во-первых, конечности. Во время ходьбы в сосудах ног открываются и закрываются клапаны, тем самым осуществляя подкачку давления. Поэтому люди топчутся на месте и не могут стоять ровно. Солдаты в карауле используют лайфхак — очень медленно перекатываются с ноги на ногу. Этого достаточно, чтобы кровь не застаивалась. Но в отсутствии сердец, из-за перебоя с питанием мышечная активность — последнее, на что стоит тратить давление. Во-вторых, сами кровеносные сосуды могут сокращаться. Проведите ногтем по коже — останется белая полосочка. Это капилляры сомкнулись, чтобы в случае травмы минимизировать кровопотери. Так же вы используете этот механизм, чтобы разогнать застоявшуюся кровь (поэтому у нас что-то чешется). И этот вариант уже приемлем. Сосуды и так получают питание из крови, а потому вы не тратите драгоценное давление. Сосуды могут сокращаться наподобие кишечника, прогоняя кровь дальше. Это создаст слабое, но всё же рабочее давление. Снизив затраты на обогрев и работу мышц, у вас хватит давления, чтобы питать весь организм. В это время не рекомендуется шевелиться или лежать в холоде. Но ваш мозг будет в безопасности, а вы сможете дышать. Согласитесь, неплохая альтернатива смерти. Софонт, при должном уходе сородичей, может восстановиться. Его запасов белков и жиров хватит на неспешную регенерацию хотя бы одного из сердец и герметизации травм. После этого процесс восстановления пойдёт намного быстрее, ведь вы сможете проснуться и есть. Хотя работа по уходу будет титанической, вы можете выжить без сердец вовсе и даже восстановиться. Всего-то нужно оборудовать тело парой второстепенных кровеносных сосудов, а сами сосуды — мышцами посильнее. Подобной системой подкачки должны быть оборудованы все сосуды организма без исключения. Вторичные сосуды должны располагаться как можно дальше от основных.