Пламенный насос. Естественная история сердца

Шутт Билл

Чтобы дать зрителям возможность посмотреть чуть глубже поверхности сердца синего кита, мастер-пластинатор Череминский удалил еще и часть висцерального листка перикарда. Это тонкий защитный слой сердца, лежащий поверх всех этих мышц, а также внутренний слой окружающего сердца мешка – перикарда, который смазывает и смягчает сердце. Чтобы представить себе связь между сердцем и перикардом, вообразите пакет на зип-застежке, в который налили немного воды. Вдавите кулак (сердце) в бок пакета так, чтобы он обернулся вокруг. Пакет с водой – это перикард, а его часть, прижатая к вашему кулаку, – висцеральный листок перикарда. Пространство внутри пакета – полость перикарда, частично заполненная поступающей в него перикардиальной жидкостью. Чтобы завершить метафору: самая дальняя от вашего кулака часть зип-пакета – это париетальный перикард, и он прикреплен к окружающим стенкам грудной полости. Это соединение закрепляет сердце на месте, одновременно защищая его от внешних сотрясений. Стоит отметить, что перикард не содержит

сердце, а скорее обернут вокруг него.

Рассмотрев пластинированное сердце кита изнутри и снаружи, я оставил свою подругу Патрисию на складе, чтобы она сделала набросок экспоната, а сам отправился в Королевский музей Онтарио побеседовать с людьми, которые занимались его восстановлением и сохранением. Но кроме истории о том, как появился этот единственный в своем роде экземпляр, меня весьма интересовало, узнали ли Жаклин Миллер, Марк Энгстром и их коллеги что-то новое.

Я спросил Миллер о странной форме пластинированного сердца. Как правило, сердце млекопитающих имеет коническую форму, сходящуюся в одной точке вверху или внизу. Меня поразил тот факт, что у синих китов верхушка сердца расщеплена. Миллер объяснила, что эта раздвоенность характерна для полосатиковых (название семейства самых крупных усатых китов [11] ). Еще одна уникальная особенность, рассказала она, заключается в том, что это конкретное сердце более плоское и широкое, чем у большинства млекопитающих.

11

«Усы» – это щетинки внутри ртов некоторых видов китов, устройство, фильтрующее пищу. Они состоят из кератина (вещества, из которого сделаны наши ногти и волосы) и улавливают криль после того, как кит заглатывает воду, а потом вытесняет ее изо рта.

«Типичное земное млекопитающее имеет спиральное сердце – сердце, в котором соединительная ткань и мышечные волокна ориентированы так, что закручиваются спиралью вокруг левого и правого желудочков, – добавил Энгстром. – Когда сердце сокращается, общее действие больше похоже на выжимание полотенца».

Но у полосатиковых волокна идут прямо от верхней части (основания) сердца к нижней, а не по спирали.

«Я думаю, что, когда синие киты глубоко погружаются [12] , их сердце сжимается, – сказал Энгстром. – Оно продолжает биться, но сжимается из-за давления».

12

В то время как рекорд погружения меченого синего кита составляет 315 м, кювьеров клюворыл (Ziphius cavirostris) удерживает рекорд глубины погружения млекопитающего – 2992 м!

Поэтому – с чем пришлось столкнуться Миллер и ее команде в Роки-Харбор – после того, как сердце отделили от связок и извлекли из тела, оно сдулось, как выразилась Миллер, «словно огромный губчатый мешок», и в процессе консервации пришлось снова его наполнять.

Кроме перечня того нового, что исследователи из Королевского музея узнали о синих китах, Энгстром упомянул, сколько раз за карьеру его спрашивали о фактическом размере самого большого сердца в мире.

– Я уже устал от этого вопроса, – признался он. – И я в самом деле хотел бы иметь возможность сказать: «Вот такое здоровенное» – и потом просто указать на него.

Десятилетиями в популярной и научной литературе писали, что сердце синего кита должно быть размером с седан и весить не менее тонны. Миллер рассказала, что, готовясь к извлечению сердца, они с коллегами прочли, будто «вы сможете плыть вниз по одному из крупных сосудов, предположительно по каудальной полой вене, самому большому сосуду в сердце синего кита».

Когда я осматривал впечатляющую сосудистую сеть, прикрепленную к экспонату Королевского музея Онтарио, я отметил, что даже самый большой кровеносный сосуд не казался достаточно широким, чтобы сквозь него мог проплыть человек, хотя я полагаю, что выдра или мигрирующий лосось могли бы совершить путешествие с относительной легкостью.

Действительно, Миллер сказала, что после того, как сердце законсервировали, оно оказалось значительно меньше, чем, как считалось, должно быть. И это был вовсе не недорослый синий кит. Так почему же оно оказалось намного меньше, чем предполагалось?

Выяснилось, что сердца синих китов просто не так велики, как у большинства других млекопитающих. Хотя по человеческим меркам сердце синего кита довольно крупное, оно, судя по всему, составляет лишь около 0,3 % от общей массы тела животного. Для сравнения: было подсчитано, что относительный размер сердца как у мышей, так и у слонов составляет около 0,6 %.

Интересно, что некоторые из самых маленьких животных в мире имеют непропорционально большие сердца. Например, масковая бурозубка (Sorex cinereus) – одно из самых маленьких млекопитающих в мире, весящее около пяти граммов [13] ,

но ее сердце составляет около 1,7 % от массы тела, что примерно в три раза больше, чем можно было бы ожидать у типичного наземного млекопитающего, и почти в шесть раз больше относительного размера сердца синего кита. Сердца птиц, как правило, относительно больше, чем у млекопитающих, из-за метаболических потребностей полета. У колибри, самая маленькая из которых может весить всего два грамма (меньше десятицентовой монеты), соотношение веса сердца к весу тела еще более экстремально: сердце достигает 2,4 % от веса тела. Условно говоря, это означает, что сердца колибри в восемь раз больше, чем у синих китов.

13

Самое маленькое млекопитающее в мире – свиноносая летучая мышь (Craseonycteris thonglongyai), обитающая в Таиланде и Мьянме. Известная также под названием мышь-шмель, она весит всего два грамма.

Считается, что причина обладания относительно большим сердцем связана с образом жизни маленьких и гиперактивных. Например, колибри могут махать крыльями со скоростью 80 раз в секунду, а землеройки – настолько неустанные охотники, что, как мне объяснили в те дни, когда я был аспирантом в Корнеллском университете и специализировался на изучении млекопитающих, они умрут от голода, если их не вытащить из ловушки в течение часа. Маниакальное поведение этих крошечных животных вызывает чрезвычайно высокую потребность клеток как в энергии, так и в кислороде. Эти метаболические потребности удовлетворяются в том числе за счет увеличения частоты сердечных сокращений, что увеличивает и скорость, с которой насыщенная кислородом и питательными веществами кровь перекачивается в организм. В результате значения частоты сердечных сокращений поистине поражают. Частота сердечных сокращений колибри может достигать 1260 ударов в минуту, а землеройки держат рекорд среди позвоночных на уровне 1320 ударов в минуту – примерно в семь раз больше максимальной частоты сердечных сокращений 35-летнего человека.

Хотя это сногсшибательные цифры, возможность увеличения частоты сердечных сокращений не беспредельна, и исследователи считают, что существует максимальная частота, с которой может биться сердце. Для землеройки один удар сердца длится 43 миллисекунды – это 43 тысячных секунды. В течение этой доли секунды сердце должно наполниться венозной кровью, сжаться, выпустить ее и расслабиться, готовясь к следующему циклу наполнения. Все это должно происходить именно настолько быстро – и если землеройки и не находятся на верхнем пределе сердечного ритма, то они чертовски близки к нему. То есть если физическая конструкция сердца ограничивает его чем-то вроде максимума в 1400 ударов в минуту, то единственный способ прокачать больше крови – это увеличить размер сердца⁴. Таким образом, большие камеры способны принимать и перекачивать относительно большее количество крови с каждым ударом [14] ⁵. Это объясняет сравнительно огромный размер сердца таких существ, как землеройки и колибри. Но, как мы скоро увидим, увеличение размера сердца у сверхмалышей тоже имеет свои пределы.

14

В человеке среднего роста содержится около 5 литров крови. В состоянии покоя сердечный выброс – примерно 5 литров в минуту, поэтому среднее время, которое требуется нашей крови, чтобы пройти полный цикл тела (от сердца к легким, обратно к сердцу, наружу к телу и обратно к сердцу), составляет примерно одну минуту.

Но, прежде чем оставить в покое сердца синих китов в частности и китов вообще, следует подчеркнуть, что нам еще предстоит узнать гораздо больше: как именно эти сердца сжимаются и как их владельцы выживают, когда это происходит? Другие ныряющие млекопитающие, например тюлени, снижают частоту сердечных сокращений и перекрывают приток крови к различным областям тела. Обладают ли синие киты такими же кислородосберегающими приспособлениями? Предварительное изучение показывает, что такое возможно: недавнее исследование биолога Джереми Голдбогена и его коллег из Стэнфордского университета продемонстрировало, что частота сердечных сокращений синего кита может снижаться до двух ударов в минуту [15] ⁶. Что касается анатомии, то остаются и другие серьезные вопросы, некоторые из них так же просты, как идентификация кровеносных сосудов в запутанном скоплении, прорастающем из ныне известного экспоната Королевского музея Онтарио. До тех пор пока не будут проведены дальнейшие исследования, большая часть физиологии сердца полосатиковых останется в области гипотез и предположений.

15

Голдбоген и его команда с помощью присосок прикрепили монитор сердечного ритма к синему киту и смогли следить за сердечным ритмом животного в течение почти 9 часов. Они не стремились определить, перенаправляется ли кровоток в определенные области тела во время резкого падения частоты сердечных сокращений, которое они регистрировали.