По своему строению вены почти не отличаются от артерий, однако их стенки тоньше, а просвет — шире. Поскольку венам в отличие от артерий не нужно сокращаться, в их среднем слое содержится меньшее количество мышечной ткани. Если в артериях кровь движется под давлением, создаваемым сокращениями сердца, то вены снабжены клапанами, позволяющими крови течь только в одном направлении — к сердцу.
Таково в самых общих чертах строение кровеносных сосудов, каждый из которых предназначен для максимально эффективного выполнения функций, установленных самым беспристрастным судьей — естественным отбором.
Не менее уникальным устройством, чем кровеносные сосуды, является сердце, которое можно назвать самой удивительной и самой эффективной машиной. Сердце — этот насос двойного действия, работающий на основе попеременного сокращения и расслабления мощных мышечных слоев, — посылает в кровеносную систему около 6 литров крови каждую минуту, или свыше 8 тысяч литров в сутки.
В течение жизни — а средняя продолжительность жизни человека достигает семидесяти лет, — сердце перекачивает почти 175 миллионов литров крови! При ритме, равном 72 ударам в минуту, оно совершает за все это время свыше двух с половиной миллиардов сокращений. И на протяжении этого неслыханного по своей продолжительности эксплуатационного периода сердце, которое «отдыхает» только в короткие промежутки между двумя сокращениями, лишено возможности производить ремонт, «модернизацию» или замену частей, без чего не обходится ни один механический насос. Более того, оно продолжает работу, исправляя повреждения и производя замену изношенных тканей на ходу, в процессе непрерывной деятельности.
И хотя вес этого чудесного насоса немногим больше 300 граммов, по своей эффективности он оставляет далеко позади любые созданные человеком машины, использующие химическое топливо. Так, например, паровая турбина способна превратить непосредственно в энергию около 25 % расходуемого ею топлива. Производительность сердца вдвое эффективнее: оно превращает в энергию половину поступающих в него питательных веществ и кислорода.
Помимо способности выполнять огромный объем работы в течение длительного периода, сердце обладает еще одним удивительным свойством: оно является саморегулируемым устройством, которое приспосабливает свою деятельность к потребностям обслуживаемого им организма. В обычных условиях сердце выбрасывает в среднем около 6 литров крови в минуту. Однако при сильных нагрузках на организм, например во время бега на сто метров с предельной скоростью, сердце может довести количество нагнетаемой крови до 10 литров в минуту.
Что касается строения человеческого сердца, то оно представляет собой полый мышечный орган, разделенный изнутри мышечной стенкой — так называемой перегородкой — на два насоса — правую и левую половины. Каждый насос состоит из двух камер. В верхнюю камеру — предсердие — поступает из организма кровь. Нижняя камера — желудочек — выталкивает кровь в сосуды. Между обеими камерами расположен клапан, позволяющий крови течь только в одном направлении — из предсердия в желудочек. Клапан между правым предсердием и желудочком называется трехстворчатым, клапан левой половины сердца — митральным. Правая и левая половины сердца полностью отделены друг от друга, и находящаяся в них кровь не может смешиваться.
Сердце выполняет свою функцию насоса посредством ритмических сокращений и расслаблений. Сокращение, называемое систолой, начинается в верхней части сердца и распространяется вниз, подобно волне, буквально выдавливая кровь из предсердия в желудочек и из желудочка в артерии. За систолой следует волна расслабления диастола, во время которой сердце расширяется, тем самым давая возможность крови поступить из вен в предсердия и далее через клапаны в желудочки. Затем наступает очередное сокращение сердца.
Кровь, перекачиваемая через сердце, не питает его. Питание сердца осуществляется с помощью коронарных (венечных) артерий — небольших сосудов, лежащих на его поверхности, — и их разветвлений.
И здесь мы вплотную подходим к одной любопытной загадке, которая до сих пор остается нераскрытой, несмотря на весь багаж наших знании, наличие современного оборудования, новейшей техники эксперимента и различных, подчас очень тонких теорий.
Мы не знаем, чтó вызывает биение сердца.
Как известно, большинство насосов приводится в действие моторами. Однако нам не удалось обнаружить мотор, который заставляет сокращаться сердце. Долгое время считали, что поскольку сердце является мышцей, богатой нервами, то именно эти нервы и обеспечивают его сокращение, подобно тому как они вызывают сокращение всех других мышц. Но если при перерезке соответствующих нервов все прочие мышцы парализуются, то сердечная мышца и в этом случае продолжает сокращаться. Более того, сердце, удаленное из тела и помещенное в питательный раствор, одно, без мозга, без крови, без нервов, все равно продолжает ритмично пульсировать.
Можно, пожалуй, сделать только один вывод: сила, стимулирующая деятельность сердца, находится в нем самом; она исходит из заключенного в нем механизма, который по своей важности и примитивности строения схож с первыми формами жизни, обладавшими рефлексами, но еще лишенными сознания.
Исследуя это удивительное явление, ученые пытались установить местонахождение данного гипотетического механизма и определить его природу. Наблюдения над сердцем лягушки показали, что волны сокращения возникают вблизи полой вены в верхней части правой половины сердца и направляются книзу, закономерно охватывая сначала предсердие, а затем желудочек.
При изучении куриного эмбриона ученые обнаружили маленький участок недифференцированной ткани в том месте, где впоследствии появляется сердце. Этот участок задолго до превращения в сердце уже отличался ритмичной пульсацией. В эмбрионе человека такое примитивное сердце начинает биться уже через три недели после зачатия, то есть за две недели до появления первых элементов нервной системы.
Наконец, в 1907 году двум английским врачам, Артуру Кису и Мартину Флеку, удалось несколько приподнять край завесы, скрывающей причины сердечных сокращений. В правом предсердии, недалеко от места впадения верхней полой вены, которая приносит кровь из головы и верхней части тела, они обнаружили маленький узелок, простирающийся книзу примерно на 2 сантиметра. Этот узелок резко выделялся на фоне окружавшей его сердечной мышцы. Он представлял собой мелкую сеть простейших мышечных клеток и нервных волокон, окруженную соединительной тканью и связанную только с прилегающей мышцей. Особый сосуд обеспечивал его кровью.
В результате каких-то внутренних процессов, суть которых нам до сих пор неясна, этот странный кусочек ткани, получивший название сино-аурикулярного узла, через определенные промежутки времени претерпевает химические изменения. При этом по прилегающей сердечной мышце каждый раз пробегает волна сокращения. Она служит своего рода «запальной свечой», или водителем ритма сердечных сокращений. Одновременно с каждым импульсом, сокращающим сердце, в сино-аурикулярном узле происходит небольшой электрический разряд.
Ученым предстоит выяснить, не являются ли сократительный импульс и электрический разряд, который его сопровождает, в сущности, одним и тем же явлением. Но мы уже знаем, что импульс и разряд всегда появляются вместе и что сердечная мышца сокращается, — когда через нее пропускают электрический ток.
Очевидно, однако, что сино-аурикулярный узел выполняет не всю работу по стимуляции сердечных сокращений. В нижней части правого предсердия, вблизи мышечной части перегородки, ученые обнаружили еще один участок такой же ткани, названный атрио-вентрикулярным узлом. От него отходят две ветви к обоим желудочкам, где они образуют сложную сеть.
Этот второй узел с его разветвленной сетью коммуникаций служит своеобразной передаточной станцией для импульса, возникающего в сино-аурикулярном узле. Как только этот импульс достигает атрио-вентрикулярного узла, он по сети нервных волокон распространяется на мышечные волокна обоих желудочков, вызывая их сокращение.
Открытие сино-аурикулярного и атрио-вентрикулярного узлов доказывает существование внутри сердца своеобразного нервно-мышечного генератора электрической энергии, приводящегося в действие таинственным механизмом, независимым от остального организма. Со временем ученые, обогащенные новыми знаниями и новейшей техникой экспериментирования, бесспорно, смогут разгадать тайну сино-аурикулярного узла и понять процессы, которые помогают ему обеспечивать непрерывную пульсацию сердца.
