Тело человека: строение и функции

Животные, впадающие в зимнюю спячку, демонстрируют удивительное разнообразие скорости сердечных ударов. У ежа в нормальном состоянии сердце бьется со скоростью 250 ударов в минуту, но в холодную погоду он выживает за счет приостановки деятельности организма, вызванной снижением температуры тела, во время которой частота биения сердца может упасть до 3 ударов в минуту. У животных, которые по размеру превосходят человека, сердцебиение, естественно, медленнее, чем у нас. У буйвола оно 25 ударов в минуту, у слона — 20 ударов. Сердечный ритм у данного организма будет варьироваться в зависимости от уровня его активности. Во время физических упражнений, когда потребность организма в кислороде возрастает, сердце бьется сильнее и чаще. Ускорение сердечной деятельности происходит также при нервном напряжении, страхе или радостном ожидании и волнении. Учащенное сердцебиение при таких обстоятельствах — знакомое явление.

Продолжительные физические нагрузки гипертрофируют сердце, как любую другую мышцу. По этой причине у спортсменов скорость биения сердца при отдыхе ниже, чем у мужчин, ведущих сидячий образ жизни. Сердце спортсмена может совершать не больше 50–60 ударов в минуту. Замедление сердцебиения более чем оправдано тем, что сердце, увеличенное в размерах и укрепленное с помощью физических упражнений, доставляет больше крови за один удар.

Что помогает сердцу сохранять идеальный ритм? Можно подумать, что это происходит благодаря какой-то ритмичной нервной стимуляции, но это не так. Хотя сердце действительно снабжено нервами, которые могут влиять на частоту его биения, они отвечают в первую очередь совсем не за ритм. Это подтверждается тем, что сердце эмбриона в утробе матери начинает биться еще до того, как образуется нервная система, и продолжает биться у экспериментальных животных, даже если нервы перерезать. Сердечная мышца будет сокращаться даже в полной изоляции при условии, что она будет помещена в подходящую жидкость.

Сердечные клетки пропускают ионы калия, но не пропускают ионы натрия. Эти ионы представляют собой заряженные частицы, и при разнице концентрации таких частиц внутри и снаружи клетки создается электрический потенциал, который проходит через клеточную оболочку. Рост и падение этого электрического потенциала по мере того, как ионы проходят через оболочку клетки, вызывает ряд сокращений (впрочем, подробности того, как это происходит, до сих пор не совсем ясны), и ритмичность, с которой движутся ионы, отражается на ритмичности этих сокращений. Это означает, что работа сердца зависит от концентрации различных ионов в крови и что она должна контролироваться в узких пределах. Именно с этим-то и справляется организм; да и сам человек может создать имитацию этого процесса вне организма, используя, как я сказал выше, подходящую жидкость.

Сердце, вынутое из тела, можно сохранить в действующем состоянии (живым и бьющимся), если оно перфундировано в растворе, поддерживающем нужную концентрацию разнообразных ионов. (Под перфузией подразумевается принудительное движение жидкости через кровеносные сосуды, которые в обычном состоянии питают орган.) Первым изобрел жидкость, которая оказалась эффективной для таких целей, английский врач Сидней Рингер, и она до сего времени известна как «раствор Рингера». Биться может не только все сердце целиком, даже часть его будет сокращаться, если перфундирована надлежащим образом. Именно так было обнаружено, что различные отделы сердца сокращаются с разной скоростью. Та часть сердца, что бьется быстрее всех, однако, задает скорость остальным отделам, поскольку каждое повышение и снижение электрического потенциала передается по сердечной мышце из этой части, а остальные отделы сердца вынуждены следовать ей, не имея возможности установить собственную скорость колебаний электрического потенциала. Поэтому та часть, что бьется быстрее остальных, называется сердечным стимулятором, или водителем ритма^[16].

В двухкамерном сердце рыб водитель ритма находится в полой вене — sinus venosus. Это расширение на конце вены, ведущей в предсердие. Биение сердца начинается здесь и прогрессирует к предсердию и желудочку.