Advertisement

Examples of Defense Against Low Oxygen and High Carbon-Dioxide Tensions in the Animal Kingdom

  • Heinz Bartels
Conference paper

Abstract

Examples of Defense Against Low Oxygen and High Carbon-Dioxide Tensions in the Animal Kingdom. Parallels are drawn between problems of respiration and gas exchange as experienced by animals within and beneath the earth’s atmosphere and those encoimtered during manned space flight. The mammalian fetus is discussed in reference to the various mechanisms it employs to overcome the difficulties posed by the in utero environment lacking in oxygen and with increased carbon dioxide tensions. The comparative physiology of the mode of adaptation through means of erythrocytosis, increased oxygen affinity, and the Bohr effect in various animals is described for both in utero and high altitude environments. It is pointed out that altitude acclimatization is less comparable to the situation of Man in space than the in utero environment.

The critical oxygen tensions in the inspired air for normal reproduction in humans as well as in other mammals are discussed with regard to a future settlement on another celestial body. Finally, animals with enormous differences in metabolic rates, shrew and elephant, are compared to demonstrate that also in this case mechanisms function to solve the fundamental problem of delivering more or less oxygen to the tissues and removing more or less carbon dioxide from the tissues.

Keywords

Celestial Body Maternal Blood Fetal Blood Oxygen Affinity BOHR Effect 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

Exemples de défense contre les faibles tensions d’oxygène et les tensions éleyées de dioxyde de carbone dans le règne animal. On établit les parallèles entre les problèmes de la respiration et d’échange de gaz expérimentés sur des animaux sous l’atmosphère terrestre, et ceux rencontrés par l’Homme au cours de vols spatiaux. On traite le problème du foetus des mammifères sous l’angle des divers mécanismes qu’il emploie pour surmonter les difficultés présentées par le manque d’oxygène dans l’utérus et les tensions accrues de dioxyde de carbone. On compare la physiologie du mode d’adaptation par érythrocytose, de L’affinité accrue à 1’oxygène, de L’effetBohr chez divers animaux et ce, d’une part, pour une ambiance intrautérine, d’autre part, pour l’ambiance en altitude élevée. On souligne que l’acclimatation à l’altitude est moins comparable à la situation de l’Homme dans l’espace que l’ambiance intra- utérine.

On traite les pressions d’oxygène de l’air inspiré nécessaires pour la reproduction normale de l’homme et des autres mammifères au point de vue d’une colonisation future des autres corps célestes. Finalement, on compare des animaux ayant des régimes métaboliques extrêmement différents, tels que la musaraigne et l’élephant, pour montrer que, dans ce cas également, des mécanismes fonctionnent pour résoudre le problème fondamental de la fourniture de plus ou moins d’oxygène aux tissus et de rélimination de plus ou moins de dioxyde de carbone de ces tissus.

Аннотации

Примеры защиты от недостатка кислорода и от повышенного содержания углекислоты в животном мире. Проводятся параллели между проблемами дыхания и газообмена у животных в земной атмосфере и под ней и проблемами, возникающими при пилотируемых космических полетах. Зародыш млекопитающих рассматривается с точки зрения использования им различных механизмов, направленных на преодоление трудностей пребывания в утробной среде, характеризующейся недостатком кислорода и повышенным содержанием углекислоты. Дается описание сравнительной физиологии приспособления путем эритроцитоза, усиления сродства с кислородом и эффекта Бора у различных животных в условиях как утробного развития, так и пребывания на большой высоте. Указывается, что приспособляемость к условиям пребывания на большой высоте менее сравнима с положением человека в космосе, чем утробная среда.

Рассматриваются различные давления кислорода во вдыхаемом воздухе, критические для нормального размножения человека и других млекопитающих в связи с будущим поселением на внеземных небесных телах. Наконец, сравниваются животные сильно разнящиеся уровнем обмена веществ (землеройка и слон), чтобы показать функционирущие и в этом случае механизмы, направленные на разрешение коренной проблемы обеспечения притока к тканям того или иного количества кислорода и вывода из тканей того или иного количества углекислоты.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    Altland, P.D.: Physiol. Zool. 22, 235 (1949) quoted after [18].Google Scholar
  2. 2.
    Altland, P.D.: J. Exp. Zool. 110, 1 (1949) quoted after [18].CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Aste-Salazar, H., and A. Hurtado: The Affinity of Hemoglobin for O2 at Sea Level and at High Altitudes. Amer. J. Physiol. 142, 733 (1944).Google Scholar
  4. 4.
    Barcroft, J.: Researches on Pre-natal Life. Oxford: Blackwell Scientific Publications. 1946.Google Scholar
  5. 5.
    Babtels, H.: Chemical Factors Affecting Oxygen Carriage and Transfer from Maternal to Foetal Blood. In: J. Walker and A. C. Turnbull, Oxygen Supply to the Human Foetus, p. 29. Oxford: Blackwell Scientific Publications. 1959.Google Scholar
  6. 6.
    Bartels, H.: Comparative Physiology of Oxygen Transport in Mammals. The Lancet 1964, p. 599.Google Scholar
  7. 7.
    Bartels, H., C. Bauer, S. Kunz, W. Reinhard, and K. Riegel: to be published 1965.Google Scholar
  8. 8.
    Bartels, H., P. Hilpert, K. Barbey, K. Betke, K. Riegel, E. M. Lang, and J. Metcalfe: Respiratory Functions of Blood of the Yak, Llama, Camel, Dybowski Deer, and African Elephant. Amer. J. Physiol. 205, 331 (1963).Google Scholar
  9. 9.
    Bartels, H., and J. Metcalfe: Some Aspects of the Comparative Physiology of Placental Gas Exchange. Proc. XXIII Intern. Congr. Physiol. Sc. 1965, p. 275.Google Scholar
  10. 10.
    Bartels, H., W. Reinhardt, and D. El Yassin: Untersuchungen über den Modus des Gasaustausches in verschiedenen Placentatypen (Ziege, Kaninchen und Meerschweinchen). Arch. ges. Physiol. 283, R 44 (1965).Google Scholar
  11. 11.
    Beer, R., H. Bartels, and H. A. Raczkowski: Die O2-Dissoziationskurve des fetalen Blutes und der Gasaustausch in der menschlichen Placenta. Arch. ges. Physiol. 260, 306 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    Diemer, K., und R. Henn: Kapillar Vermehrung in der Hirnrinde der Ratte unter chronischem Sauerstoffmangel. Naturwiss. 52, 135 (1965).CrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Grover, R. F., J. T. Reeves, D.H. Will, and S.G. Blount: Pulmonary Vasoconstriction in Steers at High Altitude. J. Appl. Physiol. 18, 567 (1963).Google Scholar
  14. 14.
    Kayser, I. H., J. N. Cummings, S. R. M. Reynolds, and J. P. Marbarger: Acclimatization Response of the Pregnant Ewe and Fetal Lamb to Diminished Ambient Pressure. J. Appl. Physiol. 18, 171 (1958).Google Scholar
  15. 15.
    Keys, A.: Die Wirkung des Höhenklimas und die Akklimatisationsprozesse in großer Höhe. Ergebn. inn. Med. u. Kinderheilk. 54, 585 (1938).Google Scholar
  16. 16.
    Moore, C., and D. Price: J. exp. Zool. 108, 171 (1948) quoted after [18].CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Reeves, J. T., E. B. Grover, and R. F. Grover: Circulatory Responses to High Altitude in the Cat and Rabbit. J. Appl. Physiol. 18, 575 (1963).Google Scholar
  18. 18.
    Van Liere, E. J., and J. C. Stickney: Hypoxia. Chicago and London: The University of Chicago Press. 1963.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1967

Authors and Affiliations

  • Heinz Bartels
    • 1
  1. 1.Physiological InstituteUniversity of TübingenGerman Federal Republic

Personalised recommendations