Пламенный насос. Естественная история сердца

Пожилые люди (и другие млекопитающие) часто сталкиваются с состоянием, называемым атеросклерозом, при котором крупные эластичные артерии могут затвердеть и потерять свою эластичность. Это состояние возникает по нескольким причинам, в том числе из-за фиброза – патологической (связанной с болезнью) реакции на травму, при которой неэластичная фиброзная ткань замещает эластичные или сократительные волокна в сосудах. Негативное влияние на сосуды оказывает и процесс кальцификации – накопление кальция в тканях организма, в данном случае в виде негибких отложений внутри стенок сосудов. Без помощи эластичных сосудов сердцу, чтобы доставлять кровь в организм, приходится работать усерднее, что часто приводит к серьезным проблемам со здоровьем.

Требования перехода, пусть даже частичного, к жизни на суше в конце концов привели к развитию трехкамерного сердца (два предсердия и один желудочек) у амфибий. И хотя в одном желудочке богатая и бедная кислородом кровь частично смешиваются, такая конструкция перешла и к преобладающей части рептилий.

У большинства амфибий бедная кислородом кровь поступает из тела в правое предсердие. Кислород из жабр или легких возвращается в левое предсердие вместе с кровью, которая была насыщена этим газом в процессе кожного дыхания. Поскольку у амфибий тонкая, влажная кожа и непосредственно под ней обильно располагаются кровеносные сосуды, кислород способен диффундировать из воздуха через кожу в тело. Это кожное дыхание в сочетании с серией заслонок и клапанов в сердце (поддерживающих частичное разделение богатой и бедной кислородом крови) более чем компенсирует смешивание, которое происходит в одном желудочке. Кожное дыхание настолько эффективно для мелких позвоночных, обитающих во влажной среде, что оно стало единственным методом газообмена в самом большом семействе саламандр – безлегочных саламандр, Plethodontidae, у которых нет ни легких, ни жабр.

Амфибии – жабы, лягушки и саламандры – проводят в воде как минимум некоторые стадии жизни (а кое-кто остается в ней почти всю жизнь), но от рептилий это не требуется, хотя, например, морские черепахи изменили образ жизни на полностью водный. Однако и на суше, и на море у них имеется существенное отличие в функции системы кровообращения: у рептилий легкие полностью взяли на себя роль жабр. Это стало возможно потому, что, в отличие от амфибий, рептилии никогда не проходят стадию водной личинки (как головастики лягушек и жаб). Это важное различие впервые обнаружили в начале XIX века, и в результате лягушек, жаб и саламандр поместили в собственный филогенетический класс «амфибии», отделив от рептилий, с которыми их объединяли ранее.

С точки зрения эволюции особое внимание рептилий к наземному существованию не было чем-то плохим, поскольку это означало, что эти существа более не зависели от необходимости найти подходящий водоем, в котором они могли бы спариваться, откладывать яйца или развивать своих головастиков – особенно потому, что у них не было головастиков. Это позволило им перемещаться в места обитания, расположенные дальше от водоемов, что предоставляло возможности для использования новых видов пищи и одновременно снижало риск столкновения с хищниками. Однако из-за этого рептилии потеряли влажную кожу своих предков, поскольку стало жизненно важно сохранять воду, содержащуюся в их телах, и не позволять ей испаряться. В результате их кожа чаще всего сухая, иногда чешуйчатая и абсолютно не подходит для кожного дыхания.

Как уже упоминалось, есть одна характерная, общая и для амфибий, и для рептилий, черта – трехкамерное сердце, в котором смешивается насыщенная и бедная кислородом кровь. Но, хотя эта особенность и дает представление об их тесных эволюционных связях, на самом деле есть ряд небольших вариаций между сердцами пресмыкающихся и земноводных. Однако ключевая разница между сердцами рептилий (кроме крокодилов) и амфибий заключается в том, что у рептилий единственный желудочек хотя бы частично разделен перегородкой.

Пожалуйста, имейте в виду, что, как и предыдущее описание систем кровообращения насекомых, все нижеследующее будет обобщением. Словом, оставайтесь с нами и внимательно изучите рисунок ниже. У ящериц, когда предсердия сокращаются, два потока крови (лишенная кислорода кровь из правого предсердия и насыщенная кислородом кровь из левого предсердия) поступают в левую сторону желудочка. Помните, в нем есть неполная перегородка. В левой части желудочка лишенная кислорода кровь задерживается справа, а насыщенная кислородом – слева (и да, некоторое количество богатой и бедной кислородом крови смешивается). Когда желудочек сокращается, дезоксигенированная кровь направляется через отверстие в перегородке в правую сторону желудочка, а оттуда в легочную артерию (которая, к счастью, находится рядом) и далее в легкие. Одновременно, когда желудочек сокращается, насыщенная кислородом кровь в этой камере откачивается через пару аорт и поступает в тело[59]. Ух ты!