Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

Все еще полны решимости сделать это самостоятельно? Что ж, ладно. Но перед тем, как вы выйдете на холод, еще несколько слов зимнего предупреждения. В дополнение к проблемам с сердцем, связанным со стрессовой нагрузкой при низких температурах, если холодные условия оказываются сильнее попыток организма поддерживать внутреннюю температуру, могут возникнуть и другие проблемы. Например, как только температура внутри тела у людей падает ниже 35 °C, организм начинает терять больше тепла, чем способен произвести с помощью таких механизмов, как мышечная дрожь и уменьшение притока крови к пищеварительному тракту и конечностям. Когда возникает переохлаждение, системы органов – кровеносная и нервная – начинают отключаться, что вызывает опасные последствия. Снижается координация и когнитивные функции, замедляется реакция. Старая поговорка «На холоде тупеют» на самом деле бьет прямо в точку, потому что способность к здравому суждению тоже снижается. По мере того как тело остывает, необходимость беречь энергию вызывает желание перестать двигаться и притупившийся ум может не осознавать опасности заснуть в снегу. В заключительной стадии замедляются дыхание и пульс. За этим может последовать смерть. Мое повторное напутствие: наймите мальчишку (или парня со снегоочистителем).

Большинство организмов не могут просто бросить лопату для снега и отправиться в свои теплые дома, и многие из них разработали уникальные механизмы для борьбы с воздействием холодных температур и стрессов, которые их сопровождают. У теплокровных видов, в том числе тех, которые владеют лопатами для снега, организм компенсирует низкие внешние температуры, работая над поддержанием внутренних температур относительно стабильными. Обычно внутри нашего тела поддерживается температура около 37 °C[61]. В основном это косвенный результат метаболических процессов: пищеварения и сокращения мышц, и то и другое производит тепло как побочный продукт происходящих при этом химических реакций. Нечто очень похожее происходит, когда вы заводите двигатель своего автомобиля. Бензин содержит энергию химической связи. При смешивании с воздухом и воспламенении в небольшом пространстве (один из цилиндров автомобиля) происходит контролируемый взрыв, и энергия химической связи преобразуется в механическую энергию, которая вращает колеса. Поскольку никакое преобразование энергии не бывает на 100 % эффективным, часть ее в процессе теряется, в данном случае – в виде тепла. Вы можете продемонстрировать это сами, попросив кого-то, кто вам не нравится, положить руку на двигатель автомобиля через несколько минут после запуска. То, что они ощутят, – это энергия, которая потерялась во время преобразования химической энергии в механическую. Вы можете объяснить им это, как только на вас перестанут кричать.

В организме выделенное тепло – в основном во время сокращения мышц – излучается из тканей, где происходят реакции, и согревает соседние тонкостенные капилляры вместе с кровью внутри. Теплая кровь течет обратно к сердцу и циркулирует по всему телу. В это время тепло уходит из нее и перемещается в более прохладные окружающие ткани.

Но что поддерживает постоянную температуру человеческого организма? Почему наши тела не остывают, когда мы выходим на улицу холодным утром? Причины связаны с участком мозга, называемым гипоталамусом.

Гипоталамус – это командный центр вегетативной нервной системы, той части нервной системы, которая регулирует большинство функций организма без вашего сознательного участия. Это включает в себя поддержание постоянства внутренней среды организма, в том числе и температуры тела.

Получая нервные импульсы от температурных рецепторов кожи, гипоталамус действует как своего рода термостат для поддержания стабильной температуры тела. Обнаруживая низкие температуры, гипоталамус вызывает описанное ранее шунтирование крови из периферических структур, например пальцев рук и ног. Он уменьшает и приток крови к коже, поверхностные кровеносные сосуды которой позволяют теплу быстро уходить в окружающую среду. Кроме того, гипоталамус запускает серию непроизвольных сокращений мышц, высвобождающих тепло, более известных как дрожь.

Интересно, что некоторые температурные рецепторы кожи «учатся» игнорировать несущественные раздражители, что объясняет, почему стоять под горячим душем поначалу может быть больно, но потом становится комфортно. Этот феномен называется «температурная адаптация». Нечто подобное происходит на тактильном уровне, когда вы надеваете носки. Сначала мозг получает сигналы от рецепторов прикосновения и давления на коже ступней и лодыжек, и вы чувствуете, как носки натягиваются. Однако очень скоро нервная система начинает игнорировать эти незначимые тактильные стимулы, позволяя вам сосредоточиться на более важных вещах, например убедиться, что вы надели одинаковые носки. Сенсорная адаптация также может быть связана с запахами или звуками. К счастью, у нее есть свои пределы. Например, нервная система не адаптируется к раздражителям, которые могут быть вредными, как надетый носок с соринкой внутри или повышенное артериальное давление.

Способность поддерживать стабильную температуру тела изнутри называется «эндотермия», и те, у кого она есть – млекопитающие и птицы, – «эндотермы». Эта способность отличает их от эктотермов – рыб, земноводных и большей части пресмыкающихся. Этим холоднокровным существам, чтобы поддерживать в теле температуру, при которой ткани и органы смогут нормально функционировать, нужна энергия, поступающая извне (обычно от лучей солнца).

Независимо от того, как именно поддерживается постоянная температура тела, необходимо, чтобы она поддерживалась. Мириады химических реакций (то есть метаболических процессов) в организме могут происходить, только когда такие параметры, как температура, остаются в определенном диапазоне. Так как же эктотермы справляются с холодом, особенно с температурами, которые могли бы заморозить их тела и жидкости организма вроде крови?

Как уже упоминалось, гемоглобин – это железосодержащая молекула, основная функция которой – забрать кислород в легких или жабрах, перенести его и сбросить в ткани. И да, побочный продукт этого взаимодействия кислорода и гемоглобина – характерный красный цвет крови позвоночных. Но для тех из вас, кто, возможно, задается вопросом, есть ли исключение из правила краснокровных позвоночных, ответ – да, и такая кровь у антарктических ледяных рыб (семейство Channichthyidae). Известные китобоям XIX века задолго до того, как исследователи поймали одну из них в 1928 году, ледяные рыбы – единственные обнаруженные позвоночные, у которых во взрослом возрасте нет гемоглобина. Из-за этого их кровь почти прозрачна.

Я впервые услышал об этих уникальных созданиях, когда три семестра изучал морские науки в Саутгемптонском колледже Лонг-Айленда. Говард Райсман, профессор, преподававший мне ихтиологию, учил, что в крови ледяной рыбы не только нет гемоглобина, но и содержится уникальный набор белков, препятствующих замерзанию, который позволяет ей выживать при температурах, обычно замораживающих живое существо. Эти вещества действуют подобно антифризу в радиаторе автомобиля, химически снижая температуру замерзания жидкости. В организме ледяной рыбы белки «антифриза» ограничивают рост кристаллов льда в тканях, в том числе крови, и полых структурах, таких как сердце и кровеносные сосуды. Это явление открывает некоторые интересные перспективы перед исследователями в области медицины, которые экспериментируют с препятствующими замерзанию белками для предотвращения повреждения тканей и органов, каковые хранят на льду перед тем, как использовать для трансплантации и подобных процедур.