Мифы и реальность о сухом лечебном голодании

С. И. Филонов

Современный человек именует себя царем природы. При этом царь настолько плохо ориентируется в подвластном ему царстве, что любой зверек чувствует себя в нем гораздо комфортней, чем самозваный властитель. Животные всегда поступают так, как подсказывает им интуиция, они никогда не действуют себе во вред. Они так же уязвимы, как и мы, тоже болеют, но не бегают по врачам. Скорая помощь с красным крестом на боку к ним не спешит. Они сами себе доктора, ибо ограждены системой внутренней самозащиты! Такая система имеется и у людей.

Когда я жил на Байкале, у меня был простой добрый пес. Он часто убегал из дома по разным причинам на длительное время. Приходил домой очень худой и голодный, это было голодание с водой. Но однажды его сбил пьяный мотоциклист, и когда я его осмотрел, он был в плачевном состоянии, но самое интересное, что он заполз в темный сарай и отказался от воды и еды. Любая травма – это прежде всего отек, и он инстинктивно это чувствовал. Семь дней он не ел и не пил и только на восьмой день стал есть и пить воду. Он полностью выздоровел.

Поэтому, когда авторитетные диетологи рассуждают об ужасном вреде сухого голодания, я всегда говорю своим пациентам, что если бы это было вредно, то природа за время эволюции давно бы убрала и не использовала эти механизмы. Когда я писал эту главу, мне пришлось переработать и прочитать много литературы и информации, чтобы показать, что абсолютное (безводное) голодание – это не выдумка авантюристов и шарлатанов, а универсальный природный механизм, помогающий выжить при неблагоприятных условиях или болезнях. В процессе жизнедеятельности любой живой организм постоянно подвергается воздействию неблагоприятных факторов, как внешних, так и внутренних. Результатом этого становится интоксикация – отравление организма вредными веществами, поступающими как извне, так и вырабатываемыми внутри самого организма. Токсины извне поступают в наш организм посредством дыхания, через кожу, вместе с пищей и водой. Внутри организма токсины вырабатываются как побочный продукт любых жизненных процессов: клетки делятся, старые отмирают, и, если их не выводить, они будут отравлять организм; при любых физических нагрузках происходит разрушение мышечных волокон; любые стрессы, да и любая обычная работа ума и воображения запускают в организме сложные биохимические процессы, при протекании которых «отработанный материал» также превращается в токсины, которые должны быть выведены из организма. Природа одарила всех живых существ замечательным механизмом, сообщающим о том, что организм нуждается в очистке от токсинов. По мере накопления в организме токсинов человека (и любое живое существо) охватывает сонливость, приходит усталость, и организм сигнализирует о том, что ему необходим сон. Именно во сне осуществляется основная детоксикация организма – освобождение от токсинов, скопившихся за день или поступивших в организм, к примеру, с приемом отравляющей пищи или алкогольных напитков, после которых сон может буквально свалить вас с ног. То же самое может произойти и после приема определенных лекарств, вызывающих сонливость, или снотворных, которые вызывают отнюдь не безобидный сон, а на самом деле травят вас, причем весьма изощренным образом. Нужно понимать, что если после приема пищи вас клонит в сон, значит, ваша пища была непригодной к употреблению. Поэтому каждый из нас постоянно сталкивается с частичным сухим голодом и анабиозом во сне. В это время организм и проводит свою целительную работу. В каждой клеточке живой материи генетически заложены механизмы жизни без пищи и воды. В природе существует два вида голодания. Первый – это влажное голодание, когда животное может двигаться, в этом случае оно пьет воду и ищет питание, но при тяжелых заболеваниях или ранении оно прячется в укромное место, где оно будет защищено от непогоды, находиться в тепле, покое и тишине и где никто его не потревожит. Там оно отдыхает и голодает без воды. Животное может, например, потеряв конечность (или крыло), выздоравливать без перевязок и хирургических операций. В жизни животных сухое голодание является чрезвычайно важным фактором существования. Звери голодают не только тогда, когда больны или ранены, но и во время зимней или летней спячки (в тропическом климате). Некоторые животные голодают до рождения потомства и часто – в период его кормления. Например, некоторые птицы голодают во время выведения птенцов. Другие животные голодают сразу же после рождения. Животные также вынужденно голодают во время засухи и выживают, хотя в течение долгого периода не могут добыть никакой пищи и воды. Одной из разновидностей сухого голодания в природе является состояние, которое называется анабиозом.

Анабиоз (лат. anabiosis от др. – греч. ????????? – «оживление», ??? – «вновь» и ???? – «жизнь») – состояние организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) временно прекращаются или настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении некоторых условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.) у организмов, стоящих на разных ступенях развития; при наступлении благоприятных условий происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов – оживление. Таким образом, анабиоз – биологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям, выработанное в процессе эволюции.

В случае обезвоживания организма протоплазма клеток (живой белок) из состояния гидрозоля (жидкого холодца) переходит в состояние гидрогеля (наподобие сухого желатина) и длительное время сохраняет возможность обратного перехода при наступлении благоприятных условий внешней среды. Как только складываются такие условия, протоплазма вбирает в себя воду – набухает, что ведет к восстановлению жизненных процессов.

Почему в природе многие животные и растительные организмы впадают в различные состояния анабиоза?

Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как по причине низкой температуры, так и из-за резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи, у других выработалось иное приспособление – миграция. Известны поразительно дальние перелеты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей животного мира. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления – способность впадать в безжизненное, на первый взгляд, состояние, которое у различных видов проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи и воды. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые неспособны обеспечить себя пищей зимой, для них существует опасность гибели от холода и голода. И все эти механизмы, выработанные в процессе эволюции, подчинены строгой природной целесообразности – необходимости сохранить вид.

Зимняя спячка – широко распространенное явление в природе, несмотря на то что ее проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые еще и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой, называемые теплокровными. Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела – несколько видов птиц и многие виды млекопитающих. В этой главе я постарался собрать наиболее интересные факты об этом явлении в природе: как живые существа приспосабливаются к неблагоприятным условиям и какие защитные механизмы они при этом используют. Итак, заглянем в «бюро патентов» природы.

Зимняя спячка земноводных

Холодная кровь не греет

Кому не дано поддерживать температуру тела, зимой остается одно – замереть, заснуть, оцепенеть, чтоб переждать неблагоприятные условия жизни. Так и поступают все холоднокровные: моллюски, ракообразные, пауки, насекомые, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. При наступлении зимы они впадают в спячку, именуемую холодовым оцепенением. Самое большое, на что они способны, – позаботиться об убежище, где температура не опускалась бы ниже 0 °C. В противном случае клетки тканей необратимо травмируются образующимися при замерзании кристаллами льда. Раки, совершенно не ведая, какую бурную реакцию у людей вызывают их мирные зимние лежбища, зарываются в ил на дне водоемов. Самцы обычно зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки – поодиночке в норках. Правда, одиночеством это не назовешь, потому что к своим коротким ножкам самки приклеивают от 50 до 500 штук оплодотворенных яиц, из которых в начале лета вылупляются рачки величиной с муравья. Если ил промерзает, раки не гибнут и при оттаивании оживают. Не боятся они и длительного пребывания без воды, постепенно заменяя ее в жабрах на воздух с характерным звуком (вот почему говорят, что вынутые из воды раки шепчутся, словно прощаясь друг с другом). Там же, в иле, проводят зиму водяные улитки-прудовики. Сухопутные улитки после накопления необходимых питательных веществ выкапывают норки, где сразу несколько зимовщиков могли бы вместе «вздремнуть» глубоко под землей при температуре 7–8 °C. Хорошо закупорив убежище, они спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх, которая, впрочем, тоже затягивается слизистым веществом. При значительном похолодании улитки зарываются еще глубже, образуя новые пленки и воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Все обменные процессы резко, в течение месяца, затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. И так с октября до начала апреля.

Насекомых наступление зимнего сезона застает на разных стадиях их развития: в виде яиц, личинок, куколок или уже взрослыми. Каждый вид выработал свой подход к зимовке – то, на какой стадии лучше «отоспаться». Например, божья коровка и малярийный комар зимуют только во взрослом состоянии, а тля – в яичной скорлупе. Но есть и такие, для которых любые формы для спячки хороши. Вот хотя бы домашние мухи: они зимуют и в форме личинок, и в виде куколок (в теплых навозных кучах), и во взрослом состоянии. Продолжительность сна тоже разная: бабочка павлиний глаз пребывает в состоянии анабиоза пять с половиной месяцев при температуре около 6 °C, а тутовому шелкопряду необходимо на месяц больше – при 8,6 °C.

Еще с появлением первых признаков похолодания насекомые находят удобные убежища под камнями, корой деревьев, опавшей листвой, в почве, где после снегопада сохраняется умеренно низкая и равномерная температура. При 0 °C обмен веществ у них сильно замедляется: дыхание подавляется, скорость окислительных процессов уменьшается в 10–15 раз. Чтобы пережить такое, зимовке предшествует определенная подготовка: аккумулируются запасы жира (они составляют до 18 % от массы тела), организм как можно больше обезвоживается (у личинки галлицы содержание воды падает с 65 до 20 %). Некоторые виды насекомых способны переносить очень низкие температуры, как, например, гусеницы лугового мотылька, которые сохраняют искру жизни до –30 °C! Но это скорее исключение, и далеко не каждому такое по плечу. Пчелы, например, не впадают в продолжительную спячку, их запасы накопленного жира не превышают 1,5–2 %. Но все же при температуре от 0 до 6 °C приходят в оцепенение и в этом состоянии могут находиться семь-восемь дней. При более низкой температуре они погибают. К несчастью, многих низших животных природа не снабдила отслеживающим механизмом, и при неудачном выборе места зимовки оцепенение нередко переходит в свое логическое продолжение.

Странности черной рыбы

Своеобразно реагируют на внезапное понижение температуры воды некоторые виды рыб – они впадают в шоковое состояние. После краткой фазы возбуждения перестают дышать, плавать и выглядят как мертвые. Достаточно, правда, чтобы вода потеплела, и они быстро оживают. Губительно для рыб охлаждение, приводящее к образованию в крови и тканях кристалликов льда, повреждающих стенки кровеносных сосудов. Вернуться к жизни они могут лишь в том случае, если замораживание распространилось только на поверхностные ткани. При этом рыба некоторое время живет за счет запасов кислорода в плавательном пузыре (предположение о том, что замерзшие рыбы дышат жабрами, оказалось несостоятельным).

Одна из самых приспособленных к холоду рыб – так называемая черная рыба (даллия), которая обитает в реках, озерах и торфяных болотах Чукотки и Аляски. Суровый климат позволяет ей оживляться лишь на короткий летний период, который она использует для размножения. В остальное время года рыбы зарываются и вмерзают в ил. Если температура жидкостей в теле не падает ниже 0,3 °C, то при медленном размораживании они оживают. Если же кровь замерзает – рыбы погибают. Местное население использует эту рыбу как корм для собак. Рассказывают, что если собака проглотит замороженную рыбу целиком, то вскоре после этого она в желудке размораживается и начинает сильно раздражать его стенки. В таких случаях собака обычно отрыгивает рыбу, и если та попадает в воду, то тут же невозмутимо уплывает.

Из пресноводных рыб еще в ноябре в зимнюю спячку впадают карп, ерш, окунь, сом и другие. Когда температура воды падает ниже 8–10 °C, эти рыбы переходят в более глубокие части водоема, в так называемые зимовочные ямы, зарываются большими группами в ил и остаются в состоянии оцепенения на протяжении всей зимы. В это время у карпа сердцебиение замедляется: до двух-трех ударов в минуту вместо нормальных 25–30, а дыхание – до трех-четырех вздохов в минуту. Интересное приспособление имеется у осетра, стерляди и белуги: их тело при наступлении сильных холодов обволакивается слизью, предохраняющей от неблагоприятного воздействия окружающей среды, и они впадают в зимнюю спячку. Некоторые виды растительноядных рыб (белый амур, толстолобик) тоже зимуют группами, покрытые толстым слоем слизи. Часть морских рыб также переносит сильные холода в сонном состоянии. Сельдь уже осенью приближается к побережью Ледовитого океана, чтобы заснуть на дне какого-нибудь небольшого заливчика. Даже черноморская хамса перемещается к южным районам – берегам Грузии и соседнему берегу Малой Азии, в это время рыба слабоактивна и пищу не употребляет.

Углозуб из вечных льдов

Земноводные к зиме готовятся заранее, еще летом накапливая запасы питательных веществ. А осенью при понижении дневной температуры до 8–12 °C, а ночной до 3–5 °C отправляются к местам будущей зимовки, преодолевая иногда несколько километров. Одна часть из них зимует под водой, другая – на суше. Под водой зимуют озерная, травяная, прыткая, длинноногая лягушки. Собираются группами по 10–20 особей (иногда до ста) различного пола и возраста, а иногда и различного вида, и зарываются в ил или подводные впадины. При такой групповой зимовке уровень обмена веществ у лягушек почти на 40 % ниже, чем у зимующих в одиночку. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу, пульс замедляется, но все же, хотя и исключительно медленно, земноводные растут, а их половые клетки созревают. Причем сон у них неглубокий, и при неблагоприятных условиях они могут переместиться в другое место в том же водоеме. Главное, чтобы это произошло вовремя, ведь самая значительная опасность для них таится в недостатке кислорода. При очень суровых зимах случается даже массовая гибель земноводных, особенно когда водоемы, в которых они зимуют, промерзают до самого дна. Поэтому они предпочитают быстротекущие реки и ручьи, протоки, каналы и озера с вливающимися в них реками, т. е. выбирают водоемы, богатые кислородом. В период зимней спячки у земноводных резко увеличивается диаметр кровеносных сосудов в коже, через которую они дышат.

На суше проводят зиму зеленая и серая жабы, обыкновенная квакша, чесночницы, желтобрюхая жерлянка, саламандры. Они зимуют большими группами у подножий обрывов, в расщелинах скал и между корнями деревьев, в норах, вырытых другими животными, под толстым слоем листьев и мха. Некоторые виды способны даже зарываться в землю.

Тритоны разных видов зимуют и на суше, и под водой. Первые обычно устраиваются под прогнившими пнями и стволами упавших деревьев, а если не находят таких удобных квартир, то удовлетворяются трещинами в почве. Особый интерес представляют сибирские тритоны – углозубы, обитающие на огромной территории от Камчатки и Сахалина до Урала. Это единственное хвостатое земноводное к северу от Полярного круга. Даже при 0 °C оно еще может двигаться, а некоторые отдельные особи углозуба переносят охлаждение (естественно, в состоянии оцепенения) до –37 °C. Геологи и строители находили тритонов, вмерзших в выкопанные ледяные блоки. Нередко случалось, что оттаявшие и выпущенные в подогретую воду тритоны оживали, поедали предложенную им пищу: мух, пауков, аквариумных рыбок. В 1956 году горнопроходческая бригада в Магаданской области нашла на 14-метровой глубине тритона. Когда люди вернулись в палатку и затопили печку, замерзшее животное постепенно оттаяло и зашевелилось. Его жизнь продолжалась целых 12 часов. Тогда же поторопились объявить это событие большой сенсацией: якобы найден ископаемый тритон, который, пробыв в состоянии анабиоза два миллиона лет, снова ожил. На самом деле тритон оказался не ископаемым, а современным. Но вопрос, какое время может продолжаться жизнь замерзших земноводных, остался предметом споров. Найденного в другой раз на Чукотке в куске вечного льда сибирского углозуба подвергли радиоизотопному исследованию. Киевские ученые пришли к выводу, что возраст его был в пределах от 75 до 105 лет, в то время как контрольные земноводные оказались во много раз моложе.

Практически все виды пресмыкающихся северных широт впадают зимой в спячку. В самых северных районах она продолжается семь-восемь месяцев. Южнее их спячка уже короче. Ящерицы зарываются в почву, устраивая себе норы на крутых сухих склонах, которым не угрожает наводнение. В хороший солнечный денек они пробуждаются на несколько часов, чтобы погреться на солнце и поохотиться, и снова прячутся, впадая в оцепенение. Сухопутные черепахи забираются на полметра в глубь почвы, в естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов, закрываясь торфом, мхом и влажными листьями. Бывает, что они просыпаются иногда на целую неделю. Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоемов. Змеи не любят холода. Даже летом, если поместить змею на несколько часов в холодильник, с ней можно обращаться как с куском веревки. Поэтому зимние квартиры змеи подбирают тщательно и облюбовывают надолго. Обычно это подземные пещеры и пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, или щели в скалах. В таких укрытиях собирается большое число змей даже различных видов, образуя огромные клубки. В них иногда насчитывается от нескольких десятков до сотен змей, что и привело к ошибочному мнению, будто змеи собираются в клубки, чтобы согреться. Между тем температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды, а собираются они вместе просто от нехватки подходящих убежищ – некоторые «общежития» используются десятилетиями.

Как же удается животным сохранять жизнеспособность замороженными? Подобно тому, как при наступлении холодов в радиатор машин добавляют антифриз, замерзающий при –37 °C, в жидкостях тел некоторых холоднокровных зимой образуются белки-антифризы, которые при появлении в организме кристаллов льда связываются с ними и блокируют дальнейшую кристаллизацию воды. У многих рыб, наземных членистоногих, включая пауков и клещей, эффективность белков-антифризов настолько велика, что предотвращает образование льда даже при –15 °C. Кроме специальных белков, в организме некоторых холоднокровных существ вырабатываются и углеводы-антифризы, еще больше снижающие точку максимального переохлаждения. Например, в тканях многих насекомых зимой накапливается углевод-антифриз глицерол, успешно препятствующий промерзанию. У гусениц галлообразующей бабочки к середине зимы глицерол составляет 19 % всего тела, позволяя переохлаждаться до –30 °C. А волосатые гусеницы арктической бабочки в замороженном состоянии проводят до десяти месяцев в году при –50 °C и более! Оригинально приспосабливаются к низким температурам воды некоторые рыбы, живущие в северной части Атлантического океана и в арктических водах: они меняют состав крови. С понижением температуры воды осенью в их крови скапливаются соли в такой концентрации, какая характерна для морской воды, что усиливает криозащитный механизм, затрудняя замерзание крови. Сравнительно недавно в крови этих рыб были обнаружены и специальные белки-антифризы, понижающие точку замерзания раствора в еще большей степени, чем соли.

Если предстоит очень суровая зимовка, то осенью у холоднокровных животных (особенно насекомых) до первых заморозков в организме накапливаются защищающие их ото льда криогенные протекторы, которые повышают прочность оболочек клеток и препятствуют так называемому осмотическому стрессу, когда вода из клеток стремится вытечь во внеклеточную среду со льдом, уменьшая объем клеток и делая их уязвимыми для кристаллов льда, протыкающих сморщенные клеточные оболочки. Криопротекторы служат и замедлителями обмена веществ. У лягушки, например, как только начинается образование льда на поверхности кожи, происходит быстрый синтез криопротектора глюкозы из животного крахмала печени. В результате через восемь часов ею насыщаются все органы, замедляется до минимума обмен веществ, ограничивается энергопотребление. Рекорд такого рода использования криопротекторов принадлежит черепахам: у них обмен веществ падает до уровня, обеспечивающего выживание без потребления кислорода (!) в течение всей зимы. Причем при высоких концентрациях глюкозы в организме отсутствуют явления, присущие человеку с высоким содержанием глюкозы в крови, – сахарный диабет и старение. Морозоустойчивость холоднокровных животных всегда вызывала пристальный интерес ученых.

В анабиотическое состояние впадают и некоторые виды высших растений. Рекорд в этом отношении принадлежит северному растению бронец, встречающемуся в прериях Северного Американского континента. Помещенное в гербарий, это растение выдержало целых 11 лет в высушенном состоянии, не потеряв своей жизнеспособности. Неизбежно возникает вопрос: что помогает растениям переносить сильное обезвоживание и впадать в состояние анабиоза, при котором обмен веществ протекает настолько замедленно, что практически почти равен нулю? По мнению ученых, при обезвоживании у растений, способных впадать в анабиотическое состояние, не нарушается процесс дыхания, который сохраняет свою так называемую энергетическую полноценность. При обезвоживании у растений продолжают образовываться богатые энергией соединения, например АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, образующаяся у этих растений в процессе дыхания практически до полного высушивания, передается почти всем клеточным структурам и всему клеточному содержимому, которое, обезвоживаясь, переходит в желеобразное состояние, и клетки могут годами сохранять свою жизнеспособность.

Есть ли птицы, впадающие в зимнюю спячку?

Итак, мы выяснили, что большинство животных с непостоянной температурой тела, которая зависит от окружающей среды, впадают в состояние зимней спячки. Но удивительно, что и многие животные с постоянной температурой тела, например птицы, тоже могут впадать в зимнюю спячку во время неблагоприятных сезонов года. Известно, что большая часть птиц избегает неблагоприятных зимних условий путем перелетов. Однако стало ясно, что некоторые виды птиц могут впадать в состояние спячки в неблагоприятные сезоны года. Есть наблюдения, что некоторые виды ласточек (деревенская и скалистая) зимой впадают в зимнюю спячку. Состояние кратковременного оцепенения, которое ученые называют торпидностью, наблюдалось у только что вылупившихся птенцов черного стрижа, которые впадают в это состояние, когда родители покидают их на несколько дней при неблагоприятных условиях (например, во время приближающегося циклона). В состоянии оцепенения температура тела этих птенцов падала с 39 до 20 °C и даже ниже, пульс и дыхание замедлялись, и в подобном состоянии они выдерживали 7–12 дней. Появившись снова, родители отогревали их своими телами, и птенцы возвращались к жизни. В благоприятное время года молодые стрижи вылетали из гнезда через 33–35 дней, а в неблагоприятные, когда они впадали в состояние оцепенения, им были необходимы 40–50 дней.

Издавна известно, что в подобное торпидное состояние впадают и птенцы некоторых видов колибри, если мать, улетев за пищей, задержится более чем на десяток минут (у колибри только самки выкармливают потомство). Вновь согретые материнским теплом, они возвращаются к жизни. Установлено, что взрослые колибри нескольких видов, обитающие на Северном Американском континенте, также способны впадать в состояние оцепенения в особенно холодные ночи, когда температура их тела понижается до 8,8 °C. Доказано, что вес различных видов колибри колеблется от 1,7 до 19,1 г, а потребность в кислороде у мелких экземпляров в состоянии покоя – 11–16 мл на 1 г веса за час, во время полета – 70–85 мл, а в состоянии оцепенения – только 0,17 мл. Расход энергии у колибри высокий, и существует опасность, что колибри с температурой тела 44 °C не смогут выдержать без пищи тот период, когда они спят, так как им не хватит энергетических запасов, организм при чрезмерном охлаждении от истощения ночью лишится возможности снова согреться в начале своей активной фазы. Между тем, как известно, ночи на южно- и центральноамериканских высоких плато, где обитают колибри, холодные. Вот почему организм этих птиц обладает защитным механизмом: ночью впадают в торпидное состояние, причем температура тела колибри сравнивается с температурой окружающей среды; таким образом они не отдают свое тепло и сохраняют энергию, которая не расходуется для образования тепла в организме. В этом случае действует закон голландского физиолога Ван Гофа, отражающий связь между скоростью реакций химических процессов и температурой (если температура тела понизится на 10 °C, процессы обмена начнут протекать медленнее почти в три раза). Так что если температура тела колибри понизится с 44 до 34 °C, это приведет к трехкратному сокращению обмена веществ и, соответственно, к значительному сохранению энергии.

Подобная регуляция температуры тела во время оцепенения была обнаружена и у пурпурных колибри, которые, как и другие колибри, легко впадают в торпидное состояние. В состоянии оцепенения температура тела этого вида колибри обычно близка к температуре воздуха, но если последняя падает ниже 18 °C, то температура тела птицы больше не понижается и остается на уровне 18–20 °C.

Оцепенение, в которое впадают некоторые виды птиц, значительно отличается от зимней спячки, свойственной многим млекопитающим. Прежде всего, организм птиц не только не накапливает энергетических запасов в виде жира, но, наоборот, расходует значительную их часть. В то время как млекопитающие впадают в зимнюю спячку, заметно прибавив в весе, птицы перед оцепенением сильно худеют. Вот почему явление оцепенения у птиц, как считает советский биолог Р. Л. Потапов, должно называться не зимней спячкой, а гипотермией.

До сих пор механизм гипотермии у птиц до конца не изучен. Интересно, что все птицы, способные впадать в состояние оцепенения, в систематическом отношении являются между собой близкими родственниками и обладают общими физиолого-экологическими особенностями. Впадение этих птиц в состояние оцепенения при неблагоприятных условиях жизни представляет собой приспособительную физиологическую реакцию, закрепившуюся в процессе эволюции.

Какие млекопитающие впадают в зимнюю спячку?

Как у тех животных, о которых рассказывалось до сих пор, так и у млекопитающих зимняя спячка – это биологическое приспособление для переживания неблагоприятного сезона года. Несмотря на то что животные с постоянной температурой тела обычно нормально переносят условия холодного климата, недостаток подходящей пищи зимой стал причиной приобретения и постепенного закрепления в процессе эволюции некоторыми из них этого своеобразного инстинкта – проведения неблагоприятного зимнего сезона в неактивном состоянии зимней спячки. Прежде считали, что зимняя спячка и оцепенение возникают в результате несовершенства терморегуляционной системы млекопитающих в условиях похолодания, что таким способом выражается определенная «примитивность» в организации и дефекты механизмов физиологического контроля. В последнее время тщательные исследования многих ученых из различных стран показали, что зимнюю спячку не следует объяснять недостаточностью терморегуляции, наоборот, это превосходно отрегулированное физиологическое состояние. Зимней спячке млекопитающих предшествует определенная физиологическая подготовка организма. Она заключается прежде всего в накоплении запасов жира, главным образом под кожей, в полостях тела, на всей протяженности кишок, в грудной области (бурая жировая ткань). У некоторых спящих зимой млекопитающих подкожный жир достигает 25 % общей массы тела. Например, все виды сусликов еще в начале осени толстеют и усиленно синтезируют углеводы, увеличивая вес своего тела втрое по сравнению с весенне-летним весом. У сурка вес подкожного и внутреннего жира в июне составляет 10–15 г, в июле – 250–300 г, а в конце августа – 750–800 г. Барсук накапливает до нескольких килограммов жира. Большие запасы подкожного жира накапливают и представители семейства сонь: садовые, лесные, мышевидные и орешниковые. Из насекомоядных млекопитающих еж, готовясь к зимней спячке, собирает в укромном месте мох, листья, сено и устраивает себе гнездо. Но поселяется в своем новом доме лишь тогда, когда температура долгое время удерживается ниже 10 °C. Перед этим он обильно питается, чтобы накопить энергию в виде жира. Еж – одно из немногих животных, которые месяцами не прерывают свою зимнюю спячку, если их спокойствие не будет нарушено сильными внешними раздражителями.

Существует подготовка к голоданию и у медведей. Прежде чем залечь в спячку, медведи усиленно едят разнообразные травы и коренья, которые не только очищают их желудочно-кишечный тракт, но и, оставаясь всю зиму в кишечнике и подвергаясь переработке микрофлорой, поставляют в организм микроэлементы и биологически активные вещества. Такая травяная пробка позволяет медведю после окончания спячки безболезненно опорожнить кишечник. В народе медвежью пробку высоко ценят и используют в качестве целительного средства. Также для хорошей, качественной спячки они усиленно поедают грибы-боровики.

В природе летом бурый 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 как источник питательных веществ, а также предохраняют животное от замерзания. Температура его тела падает, ритм ударов сердца и дыхание сильно замедляются. 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 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, и особенно тогда, когда бурый медведь не накопил 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. Бурый канадский медведь гризли входит в спячку с мясной плотью, которая вызывает отвращение у мясоедов. Когда же он выходит из спячки, его мясо становится свежим и считается большим деликатесом у народов Севера. К весне медвежья плоть претерпевает такие чудесные изменения, что становится «самой желанной из всей северной пищи». К этому времени в его пищеварительном тракте остается очень мало отходов, а «кишечник без запаха и вполне стерильный. Нельзя найти никакой обычной флоры или бацилл». Эту полную стерилизацию и освобождение от запахов пищеварительного тракта наряду с обретением медвежьей плотью свежести – и все это во время отсутствия работы кишечника медведя в течение четырех-пяти месяцев, а в некоторых случаях и дольше, – нелегко будет объяснить тем, кто говорит про очень сильное самоотравление при сухом голодании. Поскольку находящийся в спячке медведь никогда не страдает от самоотравления в период самого длительного сна, то надо признать тот факт, что его не отравляет никакая реабсорбция отходов из толстого кишечника.

Кроме того, выявлена система, которая защищает кости впадающего в спячку медведя. Во время исследования бурых медведей было обнаружено существование системы, которая защищает кости этих животных в течение длительного периода спячки. В то же время это исследование является источником вдохновения для создания новых методов лечения людей, которые страдают от потери костных клеток из-за физического бездействия. Ученые под руководством Сета Донахью из Технического университета в Хоутоне, штат Мичиган, изучали развитие костей у медведей вида Ursus americanus (черный медведь, или барибал), у представителей которого не наблюдалось костной потери в период зимней спячки продолжительностью от пяти до семи месяцев. Исследователи сосредоточились на экспрессии пяти генов, имеющих отношение к метаболизму костей медведя. Донахью и его коллеги обнаружили, что образование костей остается равномерным и может даже достичь пика, когда у медведей снова наступает период активности. Изучение также показало, что у медведей не наблюдается ослабевания и утончения костей, возникающих обычно со старением.

Ученые обнаружили, что кальций, присутствующий в телах медведей и составляющий основной компонент костей, подвергался эффективному циклу, благодаря которому кости были защищены. Задача Донахью и его команды заключалась в создании новых методов лечения костей у людей – в процессе сравнивания структуры гормонов, которые связаны с образованием костей у людей и медведей.

Исключительно эффективная система не впервые наблюдается у медведей, впадающих в спячку. В одном из исследований, опубликованных в журнале Nature в 2001 году, изучение медведей того же вида показало, что в период спячки их потери мышечной силы меньше по сравнению с другими животными. Ученые, которые изучали медведей более четырех лет, подсчитали, что в конце пятимесячной спячки медведи теряют всего лишь 23 % мышечной силы и около 10–15 % протеинов. В отличие от них, люди, которые проводят такое же количество времени в постели, потеряли бы 85 % мышечной силы и 90 % протеинов.

Эти безупречные системы у медведей также порождают большое количество важных вопросов, на которые нужно ответить. Медведь весит сотни килограммов и остается неподвижным в течение долгих месяцев, при этом кости находятся под давлением большого веса, и к тому же еще больший вес давит на мышцы, состоящие из более мягких тканей в контактирующей с землей области тела.

Обессиленные и обездвиженные пациенты в больницах требуют тщательного ухода. Медсестры переворачивают их в течение дня, при этом вес тела больного распределяется между различными областями. Таким образом предотвращается возникновение болезней. Уход медсестер и докторов за парализованными пациентами строится на принципах системы, которая есть у медведей: костные клетки эффективно используют кальций, а метаболизм медведя позволяет удерживать мышечную потерю на более низких уровнях. Изучение причин такой силы костей медведей может привести к открытию способа лечения остеопороза.

Мышечная потеря неизбежна у людей, которые голодают, и может быть даже фатальной. Желудки голодающих детей вздуваются в результате того, что мышцы в их телах рвутся из-за отсутствия жира и дальнейшего накопления воды. Однако у медведей такого накопления не наблюдается, и они избегают ситуации, которая может привести к смерти.

Тем не менее почему костные и мышечные клетки медведей могут демонстрировать такие сложные образования? Как эти клетки могут регулировать вход и выход кальция из своих мембран таким сознательным образом? Как получается, что медведи не подвергаются риску потерять мышцы, как это наблюдается у голодающих людей, даже если они остаются без еды в течение нескольких месяцев? Конечно же, сознательность, наблюдаемая в клетках, не принадлежит молекулам, которые их составляют. Атомы кислорода, углерода и азота не могут знать, что нужно медведям и, соответственно, не способны планировать. Процесс урегулирования в клетках принадлежит сущности, обладающей превосходным интеллектом. Не может быть сомнений, что это наш Господь, всемогущий Бог, который создал медведей и даровал им метаболизм для поддержки здоровья в течение периода спячки.

По сравнению с остальными своими сородичами белый медведь 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 белого медведя зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются в ней несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут и достаточно не окрепнут и пока не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.

Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977/78 годов провела в Рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опытов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала. Исследователи ставили себе цель выяснить, каким образом этот вид медведя за время трех-, пятимесячного сна расходует ежедневно до 4 тысяч калорий, не получая пищи и воды и не удаляя отходов из организма.

Исследуя при помощи радиоизотопных методов пробы, взятые из крови и тканей этого медведя, ученые пришли к предположению, что данные 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 сухом голодании. Однако было установлено, что организм медведя осуществляет эти процессы значительно более рационально. Голодающий человек расходует для поддержания жизни как жировую, так и мышечную ткани. После длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какая была у них осенью, и не испытывают чувства голода еще две недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в пять раз более интенсивен, чем при активном состоянии животного. Для обеспечения такого обмена медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее 12 часов в сутки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно велика – достигает 20 тысяч калорий. Сильно повышенный белковый обмен во время зимней спячки предполагает 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 с мочой. Независимо от того, что в период зимней спячки температура тела 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.

Интерес к уникальным данным о гибернации медведей обусловлен поисками современной медицинской науки. Зимняя спячка черного медведя может послужить 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 не накапливается в брюшной полости. Поэтому, 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 образование мочевины сократится и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, то появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хронических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.). Если бы мы научились впадать в спячку при неблагоприятных условиях, как медведи, мы бы смогли жить несколько сотен лет. Раскрытие тайны медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот интерес обусловливается тем фактом, что медведи спят три-пять месяцев в году, и подобный процесс может быть вызван у космонавтов, что даст возможность сэкономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в космический корабль в необходимых количествах.

Существует ли летняя спячка в мире животных?

Интересное биологическое явление, вызываемое периодическими (или неожиданными) метеорологическими переменами, изменяющимися условиями жизни в летний сезон, представляет собой так называемая летняя спячка у животных, которая, в сущности, весьма сходна с зимней. Научное название летней спячки – эстивация (от лат. aestas – «лето»). В подобное неактивное состояние впадает ряд видов животных при наступлении сильной жары и засухи, когда становится невозможно найти пищу и воду, чтобы выжить. Летняя спячка – частое явление у некоторых видов рыб. Особенно она характерна для обитателей пресноводных водоемов, преимущественно экваториальных и тропических областей земного шара.

Сравнительно хорошо изучена летняя спячка у рыб двоякодышащих – африканского протоптера и американского чешуйчатника. Африканский протоптер, представляющий собой редкое создание природы, поистине может называться необыкновенной рыбой. В известных энциклопедиях животного мира Брема протоптер назван рыбой-саламандрой. Многие ученые, изучающие эволюцию животного мира, считают, что это существо, вероятно, является первой попыткой природы превратить водного обитателя в сухопутного – еще 400 миллионов лет тому назад. Поводом для такого предположения является тот факт, что эта рыба кроме жаберной системы использует для дыхания также парный плавательный пузырь, обильно насыщенный кровеносными капиллярами и играющий роль легких. Для передвижения по земной поверхности природа наделила эту рыбу вместо гибких плавников очень твердыми отростками, напоминающими ножки. Протоптер приспособился переносить продолжительные засушливые периоды, которые часто случаются в Центральной Африке и главным образом – в притоках Белого Нила, Конго и Замбези, где неглубокие пресноводные водоемы полностью пересыхают. Он достигает двух метров в длину. В засушливый период года, с августа до ноября-декабря, когда водоемы, в которых он обитает, пересыхают, протоптер выкапывает себе нору в иле, примерно полметра-метр глубиной, и устраивается на ее дне, где формирует для себя специальную капсулу. После этого он выделяет большое количество слизи, которой склеивает глинистые стены капсулы. В результате образуется нечто похожее на кокон с узким проходом для дыхания, расположенным напротив рта и достигающим поверхности, по нему поступает атмосферный воздух. Так рыба проводит длительный период времени (пять-шесть месяцев), свернувшись в клубок в состоянии полного оцепенения. В это время она переходит на легочное дыхание, используя атмосферный воздух, а так как обмен веществ в ее организме резко понижается, потребность в кислороде уменьшается.