Дельфины — чемпионы по выдоху

Каждое дышащее воздухом морское млекопитающее сталкивается с множеством проблем при погружении: накопление углекислого газа и азота в крови может вызвать интоксикацию и декомпрессионную болезнь, а низкое внутреннее давление в жёстких лёгких может заставить кровь поступать в дыхательные пути. Однако киты, дельфины и тюлени редко страдают от этих эффектов. Андреас Фальман из Техасского университета A&M отмечает, что ранее предполагалось, будто дыхательные системы всех морских млекопитающих схожи — с жёсткими верхними дыхательными путями и спадающимися лёгкими. Однако доказательств этому было мало, и Фальману неоднократно говорили, что измерения невозможны из-за невероятно высокой скорости потока воздуха при выдохе дельфинов.

Ситуация изменилась, когда Фальман встретил Майку Бродски, ветеринара и инженера-механика. Бродски разработал портативный пневмотахометр, способный измерять потоки свыше 200 л/с менее чем за 100 мс и устойчивый к солёной воде. После 9 месяцев разработки Фальман и Бродски отправились в Dolphin Quest Oahu для работы с афалинами. Важным фактором успеха стали доверительные отношения между дельфинами и их тренерами, что позволило проводить тесты без стресса для животных.

Установив пневмотахометр над дыхалом каждого дельфина, учёные измерили давление в дыхательных путях и потоки воздуха при нормальном и усиленном дыхании. Они обнаружили, что дельфины могут вдыхать со скоростью до 33.4 л/с, но при выдохе скорость потока достигала ошеломляющих 137.6 л/с. «Китообразные — истинные чемпионы в области дыхательной физиологии», — говорит Фальман, отмечая, что их максимальная скорость потока как минимум в 2–3 раза выше, чем у наземного рекордсмена — лошади. Анализ воздушных потоков показал, что животные могут обновлять почти весь объём лёгких за один вдох благодаря высокой жизненной ёмкости лёгких. Открытие опубликовано в The Journal of Experimental Biology.

Фальман и Стивен Лоринг также измерили жёсткость (комплаенс) лёгких дельфинов. Они подтвердили 70-летнюю гипотезу Пера Шоландера о том, что лёгкие сжимаемы: у человека этот показатель составляет 0.08 на смH₂O, а у дельфинов — 0.31 на смH₂O. Измерения потребления кислорода и выработки углекислого газа позволили рассчитать метаболическую скорость животных на основе каждого вдоха. Такие измерения могут напрямую влиять на здоровье дельфинов: тестирование функции лёгких может стать новым способом оценки дыхательного здоровья китообразных в неволе и помочь в спасении животных при массовых выбросах на берег.

Преодолев технические трудности, Фальман планирует изучить дыхательную физиологию других китообразных и влияние на них выбросов на берег.