Пламенный насос. Естественная история сердца

В отличие от жирафов и людей, миксины, как и большая часть живущих в воде существ, относительно не подвержены влиянию гравитации. Причина в том, что вода, окружающая миксину, или, если уж на то пошло, любую рыбу, чрезвычайно плотная, и она выталкивает наверх любое живое существо – это явление известно как подъемная сила. Поскольку воздух менее плотен, чем вода, для наземных животных преимущества подъемной силы минимальны, так что им приходится постоянно иметь дело с направленной книзу силой тяжести. На самом деле гравитация объясняет, почему часто возникают проблемы с возвращением венозной крови из конечностей даже у людей с нашими, как правило, мощными сердцами. Это происходит потому, что давление крови в капиллярном русле намного – обычно на 20 мм рт. ст. – меньше, чем где-либо еще в теле. Физика говорит нам, что увеличение площади приводит к снижению давления, а площадь русла капилляров намного больше, чем у ведущих к ним артерий и артериол. Более того, если бы давление не уменьшалось, артериальная кровь разорвала бы сверхтонкие стенки капилляров, в которые она поступает. Проблема состоит в том, что, после того как кровь покидает капиллярное русло, давление остается низким – и если капиллярное русло, о котором идет речь, находится в пальце ноги, то крови, текущей обратно к сердцу, особенно трудно бороться с гравитацией.

Как следствие, у людей развилась дополнительная адаптация, чтобы увеличить отток венозной крови из ног. Это сокращение мышц голени: икроножной и камбаловидной. Сквозь брюшки этих мышц (самая толстая срединная часть) проходят крупные вены, которые несут кровь от ступней обратно к сердцу. Когда эти мышцы сокращаются – например когда вы тянете стопу книзу, – они сжимают вены и кровь, текущую в них. Это увеличивает давление внутри сосудов (снова представьте, как вы сжимаете длинный воздушный шарик, наполненный водой), которое направляет кровь вверх. Этот механизм, мышечно-венозная помпа, работает все время, так как отдельные пучки мышечных волокон постоянно сокращаются и расслабляются без вашего на то разрешения.

Как и следовало ожидать, длинные ноги жирафа доставляют ему множество проблем, связанных с системой кровообращения. Но, кроме того, в их шеях, которые достигают длины до 1,8 метра, тоже возникают и преодолеваются серьезные проблемы, связанные с венозным возвратом к сердцу. Когда жирафы опускают головы, чтобы напиться, легко вообразить, что существует опасность скопления крови в сосудах головы и мозга. К счастью, это предупреждается серией примерно из семи клапанов в каждой из двух яремных вен, которые несут лишенную кислорода кровь от головы к сердцу. Из-за этих клапанов кровь, покинувшая опущенную голову жирафа, не может течь назад, точно так же как не может течь обратно вода, удаленная насосом из вашего подвала. И чтобы создать дополнительную подъемную силу для крови, противостоящей гравитации, в стенках яремных вен жирафа намного больше мышц, чем у большинства других млекопитающих, – и сокращение этих мышц помогает венозной крови двигаться вверх.

Со стороны же артерий проблемы, с которыми встречается самое высокое млекопитающее, совершенно иные. Вы можете подумать, что, когда жирафы опускают головы, кровь, находящаяся и без того под высоким давлением, может получить дополнительный толчок от силы тяжести и устремиться в голову наподобие Ниагарского водопада. Однако та кровь, что переносится сонными артериями, поступает в плотную сосудистую сеть верхней части шеи. Известная как rete mirabile (лат. «чудесная сеть»), эта система увеличивает площадь сечения сосудов, снижая артериальное давление. Если что-то звучит знакомо – да, это очень похоже на то, как снижается артериальное давление в капиллярном русле. В этом случае rete mirabile предотвращает внезапное повышение давления, которое произойдет, когда жираф склонится, чтобы попить – положение, способное привести голову метра на три ниже сердца. Когда жираф поднимает голову, сосуды сети сокращаются, посылая кровь к мозгу в обход ее.

Как я уже упоминал, наши долговязые друзья сталкиваются еще с одной проблемой, когда дело доходит до их сверхдлинных ног. В основном из-за силы тяжести в артериях, проходящих через ноги жирафа, давление может подниматься до 350 мм рт. ст.³¹ Такое огромное давление может привести к отекам – это аномальное накопление жидкости, иначе говоря, задержка воды. Подобное происходит, когда плазма, жидкая часть крови, проходит через тонкие стенки капилляров и попадает в окружающие ткани. Однако эволюция решила эту проблему для жирафов, создав толстую, плотно прилегающую шкуру на ногах. Это приспособление работает по тому же принципу, что и компрессионные чулки, которые носят люди. И то и другое предотвращает отек, снижая кровоток в сосудах конечностей[51].