Веселин Денков - На грани жизни
Зимняя спячка бурых медведей (Ursus arctos) является факультативной. В природе летом этот медведь накапливает толстый слой подкожного жира и непосредственно перед наступлением зимы устраивается в своей берлоге для зимней спячки. Обычно берлога покрывается снегом, так что внутри значительно теплее, чем снаружи. Во время гибернации накопленные жировые запасы используются организмом медведя и как источник питательных веществ, а также предохраняют животное от замерзания. Температура его тела падает, ритм ударов сердца и дыхания сильно замедляется. Заметно понижается и обмен веществ, в связи с чем уменьшается и расход питательных веществ. Известно, что иногда в теплые зимние дни или в случае опасности медведь просыпается и даже выходит из берлоги, а затем снова засыпает в той же берлоге или в другом месте. Но обычно возвращение его к нормальной жизнедеятельности происходит весной, когда становится теплее и температура его тела повышается. Более продолжительное время, обычно до конца апреля, в своих берлогах задерживаются только самки, которые рождают там детенышей.
В природе, если зимы довольно теплые, особенно тогда, когда бурый медведь не накопит достаточного количества подкожного жира, он может не впасть в зимнюю спячку. В некоторых современных зоопарках, в которых медведей содержат в специальных помещениях с климатическим оборудованием, обеспечивающим постоянную температуру 20–25 °C; они вообще не засыпают.
Белый медведь (Thalarctos maritimus) по сравнению с остальными своими родственниками живет в наиболее суровых атмосферных условиях. При хорошей упитанности он может выдержать холод до -40 °C. Доказано, что беременные и не достигшие половой зрелости самки зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются там несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут, достаточно не окрепнут и не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.
Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977–1978 гг. провела в рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опытов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала (Euarctos americanus). Исследователи ставили себе цель: выяснить, каким образом этот вид медведя за время 3 — 5-месячного сна расходует ежедневно до 4 тыс. кал, не получая пищи и воды и не удаляя отходов из организма. Исследуя при помощи радиоизотопных методов пробы, взятые из крови и тканей, ученые пришли к предположению, что эти свойства животного обусловлены особым гормоном, поступающим еще осенью в его организм из гипоталамуса. Процессы обмена веществ у медведей, находящихся в состоянии гибернации, оказались похожими на метаболические процессы, протекающие в человеческом организме при полном голодании. Однако было установлено, что организм медведя осуществляет эти процессы значительно более рационально. Голодающий человек расходует для поддержания жизни как жировую, так и мышечную ткань. После длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какую имели осенью, и не испытывают чувство голода еще 2 недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в 5 раз более интенсивен, чем при активном состоянии животного. Для обеспечения такого обмена медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее двенадцати часов в сутки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно велика — достигает 20 тыс. кал. Сильно повышенный белковый обмен во время зимней спячки предполагает и образование многих продуктов отхода. Но в данном случае продукты распада белков появлялись в ничтожных количествах. Почки медведя выделяли всего лишь несколько капель мочи, которые через стенки мочевого пузыря всасывались обратно в кровь. Наряду с этими открытиями еще не установлено, почему в организме медведя не скапливаются ядовитые продукты распада, прежде всего мочевина, которая при активном состоянии животного удаляется из его организма с мочой. Независимо от того, что в период зимней спячки температура тела у медведей иногда значительно падала, все процессы обмена веществ протекали нормально. Кроме того, удалось выяснить, что при температуре воздуха в помещении -8 °C на поверхности кожи медведя поддерживалась температура +35 °C, в прямой кишке +22 °C, в полости рта +35 °C (при +38 °C в активном состоянии). Однако частота сердечных сокращений и ритм дыхания значительно снижались (см. таблицу).
Интерес к уникальным данным относительно гибернации медведей обусловлен поисками современной медицинской науки. Зимняя спячка черного медведя может служить моделью для подбора диеты при хронической почечной недостаточности. В организме животного, впадающего в зимнюю спячку, отсутствуют обычные конечные продукты распада белка, а концентрация в крови аминокислот, белка, щелочных солей и т. п. остается неизменной на протяжении всей зимы. Кроме того, азот в брюшной полости не накапливается. Вот почему если ученым удастся получить в чистом виде вещество (предположительно гормон), поступающее в организм из гипоталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболеванием почек. Если замедлить распад белков, то сократится образование мочевины и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хронических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.).
Раскрытие «тайны» медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот интерес обусловливается тем фактом, что медведи спят 3–5 месяцев в году, а нечто подобное может быть применено и к космонавтам, Что дает возможность экономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в космический корабль в необходимых количествах[9].
К впадающим в зимнюю спячку млекопитающим относится и очень интересная и своеобразная ехидна (Tachyglossus aculeatus). Она относится к подклассу первозвери (Prototheria), семейству ехидновых (Echidnidae). Обитает в Австралии, на островах Новой Гвинеи и на острове Тасмания. Ехидна — сухопутное роющее животное, покрытое волосами и острыми иглами на спине, обладает длинным клювом.
Ехидна откладывает 1–2 яйца, которые носит в своей кожной сумке. Там вылупляются детеныши, которых она кормит из находящихся над сумкой молочных желез.
Группа ученых под руководством Шмидта — Нильсена в 1966 г., а также Анджи и Илий в 1968 г. исследовали это интересное животное в активном состоянии и в период зимней спячки. Они установили, что, когда ехидна бодрствует, она поддерживает нормальную температуру тела даже при понижении температуры воздуха ниже 0 °C. Но если ехидну оставить при температуре 5 °C без пищи, она быстро впадает в состояние зимней спячки. При этом частота сердечных сокращений падает в десять раз (см. таблицу), температура тела понижается приблизительно до +5,5 °C, а потребление кислорода сокращается в 10 раз.
В 1971 г. группа американских ученых с целью установить, за какое время зимоспящие животные впадают в спячку, провела телеметрические измерения температуры кожи и внутренней температуры тела, а также и электрокардиографические исследования с помощью вживленной под кожу радиокапсулы. В опыте использовали четырех ежей, трех сурков, четырех сонь-полчков и четырех садовых сонь. Животных содержали в лаборатории при температуре 4–6 °C. Ежи, сурки и садовые сони впадали в состояние оцепенения уже за первые 24–48 ч, тогда как сони-полчки — только через десять суток.
Иногда в более теплые зимы животные, впадающие в зимнюю спячку, просыпаются, чтобы в это время поесть, если они запаслись пищей, и снова засыпают. Так, например, у летучих мышей выявлено много индивидуальных различий в характере зимней спячки. Доказано, что у сусликов периоды пробуждения составляют 7 % времени их пребывания в состоянии зимней спячки, причем они повторяются в среднем 1 раз каждые 11 суток и длятся по несколько часов. В это время животные расходуют столько резервов из своего организма, сколько за 10 суток зимней спячки. Хомяки тоже просыпаются через каждые несколько дней.
Какие перемены наступают у впадающих в зимнюю спячку млекопитающих?
С физиологической точки зрения зимняя спячка млекопитающих характеризуется ослаблением всех функций жизнедеятельности организма (см. таблицу) до того минимума, который позволил бы им пережить неблагоприятные зимние условия без пищи. Прежде всего сильно понижается (от 20 до 100 раз) интенсивность обмена веществ. В отличие от ежедневного сна во время зимней спячки температура тела понижается почти до температуры окружающей среды, причем зачастую она изменяется в соответствии с ее колебаниями. Но когда она понижается до 3–5 °C, организм животного включает механизм регулирования температуры, и при дальнейшем похолодании температура тела остается постоянной. Чтобы доказать это, американские ученые Р. Люке, Э. Грей и Ф. Сут в 1971 г. с помощью ЭВМ смоделировали теплопродукцию и теплоотдачу у сурка при изменении температуры тела с 36 °C в период активности до 7 °C во время зимней спячки. При сравнении температурных показателей созданной модели и живого сурка удалось установить абсолютное совпадение результатов. Было доказано, что сурок контролирует температуру тела даже в состоянии зимней спячки.
