Ранее полагали, что способность к длительному апноэ определяется большим количеством крови (до 15 % веса), поскольку в ней содержится и больший запас кислорода. Однако на поверку оказалось, что у китообразных, да и других морских (а также наземных) млекопитающих увеличение объема крови связано главным образом с увеличением скорости плавания или бегания. Количество гемоглобина, носителя кислорода, также обычно 14–17 % и опять-таки увеличивается до 21 % у скоростных видов дельфинов. Но зато мышцы буквально нашпигованы миоглобином, его в 3–5 раз больше, и потому они темно-красного, чуть ли не черного цвета. Миоглобин не только создает свой автономный запас кислорода в мышцах, но и обладает свойством втрое ускорять кислородный обмен. У новорожденного дельфина миоглобина мало, его количество увеличивается лишь с возрастом, но это генетически запрограммировано, и никакими тренировками этого не добиться. Вряд ли “человеку-дельфину” удастся обзавестись таким мощным запасом кислорода для автономной работы мышц при погружении в апноэ.
Интересны адаптации и сердечно-сосудистой системы. При погружении под воду отключается кровоснабжение мышц и большей части периферических органов. Они функционируют на собственных запасах кислорода, затем в них развивается и становится преобладающей анаэробная фаза с накоплением молочной кислоты, вынос которой в общее кровяное русло задерживается резким ослаблением или прекращением кровотока, что в свою очередь предотвращает резкий сдвиг рН крови и т. д. Эта схема обмена “аэробный — анаэробный” сохраняется и у человека-ныряльщика, но в гораздо менее специализированном виде.
Экономный расход запасов кислорода (50–56 %), накопленного в крови морских млекопитающих, осуществляется под водой рядом приспособительных функций. Уменьшается частота сердечных сокращений, появляется брадикардия. Кровоснабжение сохраняется лишь в органах, крайне чувствительных к дефициту кислорода, — центральной нервной системе и в органах чувств. Действуют “чудесные сети” — ветвления артериальных сосудов вплоть до образования мелкососудистых, губкоподобных сплетений. У китообразных их впервые описал Тисон еще в 1680 г. Эти интереснейшие образования известны не только у китообразных. Их назначение — сгладить редкий пульс, стабилизировать кровяное давление и замедлить скорость кровотока, чтобы максимально полно происходил газовый обмен: в ткани поступал кислород, а в кровь переходил углекислый газ. Разумеется, “человеку-дельфину” присоединить к имеющейся брадикардии систему “чудесных сетей” было бы весьма и весьма полезно, но от тренировки она у него не возникнет.
И это еще не все. Имеются специальные венозные расширения, лакуны, где скапливается отработанная венозная кровь, клапаны, сфинктеры на сосудах, бронхах, альвеолах, с помощью которых регулируется кровоток и многое другое, что обеспечивает китообразным нормальные условия для нахождения в апноэ до 90 % времени.
Эти особенности китообразных, равно как и ластоногих и сирен, обеспечивают им специфические по ритмике, но нормальные или даже комфортные условия обмена. Кислородная задолженность у них возникает лишь во время больших физических нагрузок — быстрого стремительного плавания или длительного пребывания на глубине, что связано, может быть, либо с поисково-охотничьим, либо оборонительным, а то и с социально-половым поведением. По этому признаку у них нет отличий от наземных существ.
Указанные морфологические и функциональные особенности дыхательной и сердечно-сосудистой системы морских млекопитающих поразительно эффективны. При каждом выдохе-вдохе они обменивают 90 % воздуха в легких, а человек — лишь 20 %. Мы все вдыхаем воздух, в котором около 21 % кислорода, но в выдыхаемом воздухе у морских млекопитающих его остается только 2–6 %, а у человека— 12–17 %. В целом дыхание морских млекопитающих в 3–5 раз более эффективное, чем у человека. Да, конечно, человеку, мечтающему нырять, как дельфин, надо учиться дышать, но при этом нельзя научиться за один дыхательный цикл сменить 90 % воздуха в легких — мешает хотя бы анатомия.
Гидростатическое давление — враг и помощник ныряльщика. Помощник в одном — наиболее полно использовать запас кислорода. На каждые 10 м погружения давление увеличивается на 1 атм. Поэтому вполне естественна первая реакция непосвященного человека: “Кит не может нырять на глубину двух километров! Это же с ума сойти — двести атмосфер! Его расплющит в лепешку!” Однако он ныряет и плавает на этой глубине, охотится, обменивается щелчками с сородичами, иногда его удается обмануть, и кашалот начинает “разговаривать” с судовым эхолотом, который тоже щелкает, чтобы измерить глубину океана.