Надо сказать, что в эпоху, когда жили титаны, о коих я писал выше – в далеком и великом XIX веке, – эти самые титаны, врачи-физики, писали целые трактаты, в которых пытались выстроить теорию работы сердца.
– Вот один из них, – Голованов протягивает мне тяжкий том. – Тут шестьсот страниц, сплошные формулы, интегралы, дифференциалы. И все это уже устарело, поскольку базовая посылка оказалась неверна: с тех пор появились новые данные о человеческом организме, которые весь этот труд перечеркивают…
А в XX веке у людей как-то пропал интерес писать книжки с интегралами о человеческом организме. Наука о человеке ушла в сторону химии и ее производной – фармацевтики. А физика осталась где-то на обочине. В стороне. А зря!
Читатель, напряженно внимая автору и стараясь уловить его мысль, может не выдержать: да в чем тут прикол? Сердце – простейшая вещь, обычный насос для перекачки крови! Даже если в теории есть какие-то мелкие нестыковки, какая нужда их исправлять, ведь сердце – не ракета, которую надо построить и запустить. Оно уже существует и прекрасно работает, вне зависимости от того, есть у нас общая теория сердца или нет.
А вот не скажите! Не зря же говорят: нет ничего практичнее хорошей теории. Поскольку хорошая теория может показать на ошибки, которые мы делали прежде, руководствуясь прежней теорией, неправильной.
Итак, что мы знаем о сердце и сосудах, если отбросить любовно-поэтические бредни о вместилище чувств?..
Улетев в далекое эволюционное прошлое планеты, мы увидим одноклеточные организмы, плавающие в соленой морской воде. Им хорошо! Они свободно кушают, ловя питательные вещества прямо из окружающей среды, и туда же, в среду выделяют отходы своей жизнедеятельности. Никаких проблем. Но потом начали возникать существа многоклеточные. Медузы всякие, человек… Человек, как создание многоклеточное, есть «государство одноклеточных» – сверхорганизм со своей специализацией клеток-индивидов. Одни клетки – гончары, другие кузнецы, третьи повара, четвертые ассенизаторы, пятые воины. А специализация – как на уровне организма, так и на уровне государства – предполагает определенные функциональные ограничения для индивидов, их неуниверсальность. Воин уже не добывает сам себе пропитание, это за него дает крестьянин. А доставляют воину еду торговцы. А посуду делают гончары. Утилизацией своих отходов гончар не озабочен, для этого строители построили ему канализацию, которую обслуживают специальные люди. Другие люди следят за состоянием акведуков, обеспечивающих город чистой водой – основой жизни. Сам воин вкупе с другими воинами перебрасывается к месту сражения по дорогам, которые строили инженеры. Цивилизация не может существовать без транспортных артерий, без каналов поступления и сброса. Организм, как «цивилизация клеток», тоже.
Едва природа начала слеплять одноклеточные организмы в одну кучу, она столкнулась с проблемой физической тесноты: если клетки прилеплены друг к другу, они уже не плавают вольно в окружающей среде. Стало быть, глубинным клеткам как-то нужно доставлять питание – в централизованном порядке. И токсичные отходы жизнедеятельности отводить тоже централизованно, что даже важнее, поскольку без питания реально протянуть какое-то время на голодном пайке, а вот отравиться можно в одночасье. Если кругом теснота, вопрос отходов начинает играть критическую роль. В противном случае мы получим то, что не раз получали в средневековых городах, где дерьмо текло по канавам, а жители спокойно выплескивали содержимое ночных горшков на улицы – мы получим эпидемии. Которые порой просто выкашивали целые города. Редко средневековые полисы вымирали от голода. А вот от эпидемий – сплошь и рядом.
Внедрение в Лондоне XIX века канализации позволило сократить смертность в разы. Аналогичный эффект наблюдался и в других местах. Недаром Бостонский комитет по вопросам здоровья в 1869 году отмечал: «Цивилизованный человек не может найти для себя задачи благородней, чем приступить к реформе канализации». Так прогрессивное человечество, уже овладевавшее электричеством, пришло к понимаю идеи, важность которой осознали еще древние римляне, создавшие благодаря этому пониманию величайшую цивилизацию. У римлян не было ни электричества, ни ньютоновской механики, но уровень жизни в Римской республике был таков, что человечество достигло его после краха империи только к XIX веку. И не слишком большим преувеличением будет сказать, что цивилизация начинается с канализации. Это не шутка, потому что великая цивилизация – это городская цивилизация, цивилизация большого города. А город не может преодолеть некоей критической величины, не наладив централизованного удаления отходов. Так же, как многоклеточный организм не может вырасти более комочка слизи, не создав внутри себя систему транспортных каналов.
Канализация была в Риме, Древнем Египте, Вавилоне, Мохенджодаро. Тысячи лет назад, при довольно низком уровне науки и техники, еще до наступления железного века, человечество тем не менее достигло высочайших уровней полета духа – благодаря канализации.
За всю историю человечества нехватка чистой воды и отсутствие отвода шлаков унесли больше жизней, чем все войны и революции вместе взятые. Современные международные документы не зря декларируют: «В начале XXI в. нарушение права человека на чистую воду и канализацию разрушает человеческий потенциал в эпических масштабах». В эпических!.. В дальнейшем мы увидим, что нарушение канализации внутри клеточных государств приводит к разрушениям не менее эпическим для организма.
Все в этом мире имеет свои положительные и отрицательные стороны. Усложнение тоже. Жизнь всех клеток многоклеточного организма зависит от нормального функционирования части клеток. Непорядок в каком-нибудь одном месте может убить весь организм, что мы наблюдаем на примере раковой опухоли – взбесившихся клеток, убивающих человека.
То же самое с государствами. Город – концентратор богатства и ума. Но для его обитателей теснота представляет опасность, что мы наблюдаем на примере средневековых городов, не имевших канализации. Город концентрирует в себе и худшее, и лучшее. Жизнь селянина более здоровая. Он – как клетка в океане. Его отходы ему не угрожают, ибо поглощаются средой, а его пища свежая. Горожанина же травит смог, болезни скученности и обилие нечистот.
Но именно городу как концентратору цивилизации (знаний, изобретений, лучших лекарств, богатства) удалось резко продлить среднюю продолжительность жизни. И если посмотреть на график детской смертности в том же Лондоне, видно, как резко она скакнула вниз после проведения масштабных работ по строительству городской канализации в конце позапрошлого века. Тогда же подскочила и продолжительность жизни: люди просто перестали отравляться собственными фекалиями!
Темза перестала вонять. Парламент перестал закрывать окна во время заседаний, чтобы уберечься от этого зловония. До строительства канализации уровень детской смертности в самой передовой стране мира – Англии был таким же, как сегодня в Нигерии. Ничуть от Лондона не отставали крупные города США – там младенческая смертность была еще выше. Дети дохли в основном от дизентерии. Эпидемии тифа, холеры с завидной регулярностью охватывали американские города, в которых вымирала заметная часть населения. В Чикаго, например, все городские стоки без всякой очистки сливались в озеро Мичиган, откуда город брал питьевую воду. Что сбрасывали, то и пили в самом буквальном смысле слова…
К чему был этот экскурс в историю канализации? А просто я хочу, чтобы у вас в голове осталась эта картинка – организм, буквально купающийся в собственных нечистотах и поедающий их. И отравляющийся ими. Эта яркая картинка вам потом пригодится.
В общем, если вы, как Главный Конструктор, создаете сложную жизнь из кубиков одноклеточных, вам в вашем первом пробном комочке протоплазмы нужно предусмотреть специальные каналы для транспортировки – туда и обратно. Это будет кровеносная система. По ней пустим баржи, доставляющие товарный кислород до потребителя. Это будут эритроциты. А еще, раз уж у нас теперь есть система путей, пустим по ней боевые отряды лейкоцитов, чтобы быстро перебрасывать в нужное место войска для борьбы с внутренним или вторгшимся врагом.
Но одних внутренних рек мало. Для того, чтобы жидкость в каналах двигалась, эволюции нужен был насос, и она сделала насос. Причем сделала по всем законам техники – получился отличный такой насосик, как из магазина – спаренный двухступенчатый, с клапанами и манжетами.
Сердце.
Со школы мы все знаем, что сердце прокачивает по телу кровь. От сердца ярко-красная, насыщенная кислородом кровь идет по артериям, разветвляясь по более узким руслам вплоть до капилляров. Таким образом происходит транспорт кислорода и питательных веществ к клеткам нашего тельца. Затем по венам негожая темно-красная, почти черная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного распада, движется обратно к насосу, забегая по пути в легкие и печень, где происходит газообмен и очистка «канализационных стоков» соответственно. Все просто…
Но просто только в идее. А вот с реализацией неожиданно возникают трудности. Которые и пытается разрешить Творец с улицы Молдагуловой. Старик протягивает мне листки с цифрами, а его жена, держась за стул, стоит рядом и переживает за него.
– Не получается! Общая длина сосудов в человеческом теле достигает 100 000 км, – делится знаниями инженер-физиолог. – А мощность сердца всего от 3 до 10 Вт. Вы здесь никакой нестыковки не видите?
Нестыковку я вижу, но молчу, ожидая продолжения.
– Подобное соотношение не отвечает элементарным гидромеханическим законам! Имея такую мизерную мощность, продавить густую жидкость по десяткам тысяч (!) километров трубок просто невозможно!..
– Капилляры сами засасывают, – кидаю я.
– Хм… У одного из теоретиков физиологии я нашел такую фразу: «сопротивление венозному притоку крови в сердце не может быть выражено количественно». Это написано в трехтомнике Шмидта и Тевса «Физиология человека». И меня, как гидромеханика, помню, написанное немало удивило! Кровеносная система – та же водопроводная или канализационная сеть – сплошные трубы. Никаких проблем с расчетом трубопроводных сетей у человечества давно нет – построены миллионы километров трубопроводов! Спрашивается, почему гидродинамическое сопротивление стальных труб измерить можно элементарно, а сопротивление кровеносных сосудов нельзя? Что за мистическое отношение такое? Я решил разобраться…
– Похвальное желание, – одобрил я, устроился поудобнее и, как говорят в Интернете, запасся попкорном. Голованов мой интерес почувствовал. Его глаза тоже загорелись:
– Многие врачи, которые сердцем не занимаются, считают, что с теорией кровообращения все в порядке. У других есть подозрение, что теория простроена не до конца. А вот некий Джон Марпл вообще полагает, что здесь конь не валялся, и решение проблемы кровообращения достойно Нобелевской премии… Давайте для начала посмотрим на то устройство, которое занимается прокачкой жидкости в нашем организме. Сердце давно и хорошо изучено, оно состоит из нескольких отделов – желудочки, предсердия… Но с инженерной точки зрения сердце – это просто комплекс из двух спаренных насосов, каждый из которых имеет всасывающую и нагнетательную часть. Один насос стоит в артериальной части, другой в венозной. То есть мы имеем как бы два сердца – правое и левое. Каждое сердце состоит из двух насосов – в медицине они называются предсердием и желудочком. Медики не знают, почему конструкция именно такая, и до сих пор спорят, зачем нужно предсердие, если основную перекачку осуществляет желудочек, но как технарь я вижу перед собой самой обычный двухступенчатый насос. Предсердие – всасывающая линия, желудочек – нагнетательная. И если врачи хотят понять, почему все так устроено, пусть почитают о преимуществах двухступенчатых насосов перед одноступенчатыми.
Я кивнул. Мне было не жалко ленивых врачей, не желающих читать про насосы. Я просто ждал развязки этой сердечной драмы.
– Медики представляют себе работу сердца вот так, – Голованов положил передо мной диаграмму давлений в сердце из какого-то медицинского учебника. – Но с точки зрения гидравлики то, что здесь нарисовано, просто чушь. Вот как на самом деле должен работать и работает двухступенчатый насос.
Перед моим взором оказалась другая диаграмма. Она хотя и была похожей, но отличалась от первой довольно существенно. Я снова молча кивнул, стараясь не упустить нить. Голованов продолжал, и я буквально увидел перед своим мысленным взором, как артериальный насос нагнетает кровь в систему, как она через патрубок аорты и шланги артерий раздается потребителям. Кровяные русла ветвятся, и заканчивается все это капиллярами – такими тонкими, что эритроциты в них застревают. Капилляры пористые, из них в межтканевую жидкость вытекает соленая вода со всякими полезными веществами. То есть клетки нашего тела как бы продолжают плавать в океане, поскольку их по-прежнему окружает жидкая среда, из которой они забирают нужное и в которую «какают» ненужным. С этой точки зрения человек – водяной пузырь с оболочкой, заключающей в себе как бы часть первобытного океана.
– Получается, что кровеносная система разомкнута! – продолжает Голованов, волнуясь. – То, что сердце нагоняет в артерию под давлением в 120 миллиметров ртутного столба, в конце пути вытекает в межтканевую жидкость, давление которой 25 мм рт. ст. А дальше всю гадость, выделенную клетками, надо собрать в венозные капиллярчики, прогнать через фильтры, насытить кислородом в легких, добавить питательных веществ из кишечника и погнать по второму кругу. Но для начала отходы надо всосать в вены из межклеточного пространства. А это нетривиальная задача! Ведь венозное сердце должно работать на всасывание, а всасывающий насос…
– Погодите! – Я встал со стула, прошелся по душной комнате с тарахтящим вентилятором, посмотрел на развевающуюся занавеску, на горы книг, лежащие везде, вытер пот со лба. – Погодите. До венозной крови мы еще доберемся. Нам пока нечем гонять артериальную. Вы же говорили о том, что сердце для такой работы не годится – там всего 10 ватт мощности. Если бы вам, как Создателю, дали техзадание – продавить жидкость в сеть тонюсеньких труб огромной длины, какой мощности насос вы бы поставили?
Голованов покачал головой:
– Я бы не взялся. 100 тысяч километров труб! Гидродинамическое сопротивление в такой системе стремится к бесконечности. Задача не имеет решения: чтобы додавить кровь до капилляров, понадобился бы насос такой мощности, что аорту пришлось бы делать из многослойной стали метровой толщины – как ствол корабельного орудия.
Я остановился и снова вытер пот со лба. Как же здесь все-таки жарко!
– Ну, ладно, а как эту закавыку преодолевают медицинские теоретики? У них ведь есть какое-то объяснение?
Вместо ответа Голованов сунул мне потрепанную медицинскую книжку.
– Полюбуйтесь. Для того, чтобы выкрутиться из положения, они отказываются от гидродинамики и используют… электротехнику – закон Кирхгофа! А там складываются величины, обратные сопротивлениям. И у них получается, что сопротивление потоку жидкости в широкой аорте больше, чем в миллионах тончайших капилляров! Абсурдность этого вывода ясна любому сантехнику, но почему-то не ясна академикам медслужбы.
Жидкость и электрический ток уподоблять нельзя, потому что электроны текут в сосудах без стенок – проводниках. И сопротивление проводника зависит в основном от свойств материала. У серебра меньше электросопротивление, у свинца больше. Это электротехника. А в случае с жидкостью совсем другой коленкор: жидкость тормозится именно о стенки трубы! То есть чем меньше просвет и чем больше относительная площадь стенок – тем ужаснее сопротивление. Уменьшите диаметр трубы вдвое, и ее окружность уменьшится тоже вдвое, а вот просвет (площадь сечения) – в 4 раза. В тонких сосудах площадь стенок – умопомрачительная, а просвет мизерный. Лепешки эритроцитов в самых узких местах сворачиваются аж трубочкой и протискиваются через сосудик по одному. Это гидродинамика. И при чем тут закон Кирхгофа?..
Пробежав глазами в протянутой мне Головановым медицинской книжке эти странные теории, находящиеся на стыке физики с идиотизмом, я сначала закрыл книгу, потом закрыл глаза и задумался. Инженерное решение проблемы должно было быть простым и изящным.