Работы по консервации начались с того, что образец поместили для оттаивания в ванну с водопроводной водой. Сердце нужно было наполнить консервантом, чтобы остановить разложение, укрепить мышцы и убить любые бактерии, которые могли пережить путешествие в морозильник. Сначала, однако, команда нашла предметы подходящего размера, чтобы заткнуть дюжину или около того перерезанных кровеносных сосудов, отходящих от органа. Затычки были необходимы, чтобы заполнить внутренние камеры сердца консервантом, не давая ему вытекать обратно. Это также позволило бы исследователям снова надуть образец, исправляя неприглядный вид сжатого воздушного шара, который могучее сердце приняло после того, как его достали.
В конечном счете предметы, которые ученые выбрали в качестве пробок, варьировали от бутылок с безалкогольными напитками для самых маленьких сосудов до 23-литрового ведра, которое довольно хорошо вписалось в гигантскую каудальную полую вену. Именно она отвечала за перенос бедной кислородом крови из тела и хвоста кита в его правое предсердие, или по латыни atrium одну из двух «приемных камер» сердца[5]. Кроме того, правое предсердие получало кровь из краниальной полой вены, лишь ненамного меньшей, которая возвращала кровь из массивной области головы кита. У двуногих существ, таких как люди, аналогичные сосуды известны как нижняя полая вена и верхняя полая вена соответственно. Как и у всех млекопитающих, полые вены транспортируют богатую углекислым газом и кислородом кровь от тела к сердцу, которое затем перекачивает ее в легкие.
Во время первоначальной консервации Жаклин Миллер и ее команда использовали 3182 литра всеми любимого бальзамирующего агента формальдегида. Канцерогенные свойства этого фиксатора ткани были известны с начала 1980-х годов, и, хотя большинство людей помнят этот характерный запах из курса биологии, чаще всего мы подвергаемся его воздействию из-за почти незаметного содержания формальдегида в строительных материалах, таких как ДСП, фанера и древесно-волокнистые плиты. Хотя команда китовой консервации разбавила формальдегид в несколько более щадящий раствор формалин (обычно около 40 % формальдегида), жидкость все еще была, говоря научным жаргоном, каким-то особенно отвратительным дерьмом.
«Забавно, сказала мне Миллер. В обычной лаборатории вы рискуете забрызгаться формалином. Здесь же вы рисковали упасть в полный чан».
Сердце оставалось в формалине пять месяцев, проходя процесс фиксации, во время которого прекращается распад всех тканей. Когда-то розовый орган приобрел бежевый цвет, характерный для подобных зафиксированных образцов. Но хотя он мог бы оставаться в одном и том же растворе в течение десятилетий, Марк Энгстром с коллегами решили, что засунуть великое сердце в подобие гигантской бутылки с ядом будет несправедливо по отношению к нему. Вместо этого после консультации с парой специалистов, сведущих в искусстве сохранения крупных образцов, было принято решение «пластинировать» орган. Пластинация это уникальный процесс сохранения образцов, изобретенный в 1977 году немецким анатомом Гюнтером фон Хагенсом. Известный под милым прозвищем Доктор Смерть, фон Хагенс создал неоднозначную выставку «Мир тела», которая состоит из десятков освежеванных и пластинированных человеческих тел, позирующих в различных положениях, каждое из которых выбрано так, чтобы наилучшим образом показать ряд анатомических систем[6].
Так как у исследователей из Королевского музея не было нужной подготовки и оснащения для того, чтобы выполнить эту сложную процедуру самостоятельно, они отправили гигантское сердце в Пластинарий центр пластинирования для галереи «Мира тела» в Губене, Германия. Бывшая одежная фабрика, известная сейчас как Gubener Plastinate GmbH, укомплектована обученными фон Хагенсом специалистами, которые стремятся удовлетворить любые потребности клиентов в пластинации. Хотя они привыкли иметь дело с музейными образцами самых разных форм и размеров, сердце синего кита стало их самым крупным объектом.
На начальных стадиях процесса все водорастворимые жиры медленно вытягиваются из образца и заменяются ацетоном органическим соединением, столь же токсичным для человека, сколь и легковоспламеняющимся. В полном соответствии с предупреждением «Не пытайтесь повторить это дома» сердце синего кита потребовало в общей сложности 22 276 литров этого вещества. Сердце находилось в ацетоне 80 дней при низких температурах, холод ускорял потерю воды из клеток и ее замену ядовитым растворителем.
Затем сотрудники Пластинария подвергли сердце процессу под названием «форсированная импрегнация», в ходе которого ацетон заменили жидким пластиком, а именно силиконовым полимером. Для этого орган поместили в вакуумную камеру и постепенно понизили давление воздуха. В такой среде ацетон начал испаряться из клеток, а образовавшееся пустое пространство замещалось полимером. Поскольку большая часть клеток теперь была заполнена жидким полимером, процесс в прямом смысле превратил ранее живую ткань в пластик. Затем работники Пластинария обработали силикон отвердителем, что заняло еще три месяца.
Наконец в мае 2017 года полностью отвердевшее сердце синего кита отправили обратно через океан, где оно стало центральным элементом тщательно продуманной выставки, которую создали в Королевском музее Онтарио, желая показать во всей красе этот удивительный экземпляр. Для понимания размеров сердце выставили рядом с автомобилем Smart, а рядом с потолка свисал скелет синего кита из Траут-Ривер. Весящее после обработки 200 килограммов, пластинированное сердце синего кита никогда не будет разлагаться и пахнуть. Огромный насос за четырехмесячное звездное турне в Торонто рассмотрели сотни тысяч посетителей музея.
Книга, которую вы держите в руках, это история о сердцах и связанных с ними кровеносных системах. Большие, маленькие, холодные и даже несуществующие сердца. Еще это история некоторых примечательных структур, жидкостей, находок и связанных с ними сюрпризов. История наших попыток понять функцию сердца и кровеносной системы долгая и до сравнительно недавнего времени изобиловавшая ошибками. Например, в медицинских сообществах XVIIXVIII веков бытовало убеждение, что кровь несет в себе сущность личности ее владельца. Такие термины, как «голубая кровь», «кровожадный», «хладнокровный» и «горячая кровь», языковые пережитки из совершенно другого мира. Вооружившись знаниями о том, насколько иным был тот мир, вы сможете легче понять, почему в истории сердечно-сосудистой медицины нет недостатка в странных теориях и причудливых методах лечения.
Эта работа, конечно, не учебник, и моя цель не в том, чтобы охватить каждый тип сердца и каждый аспект любой системы кровообращения. Но я буду путешествовать по этим обширным темам, делая интересные остановки по пути. Для тех из вас, кто и раньше сопровождал меня в исследованиях, таких съездов с дороги покажется многовато. Большинство из них коснутся зоологических или исторических перспектив. Некоторые из этих, казалось бы, мимолетных остановок будут необходимы, чтобы лучше объяснить плохо или неправильно понятые концепции, а другие помогут разобраться, как работают сердца и системы кровообращения, охватывая такие темы, как диффузия, гематоэнцефалический барьер и Мотра.
Сердца и связанные с ними системы кровообращения являют высокую степень разнообразия у беспозвоночных, таких как насекомые, ракообразные и черви, и на это есть веские причины. Среди существ, у которых есть позвоночник будь то рыба, птица или фермер, различий гораздо меньше. Но в дополнение к изучению некоторых ярких примеров сердечно-сосудистого разнообразия в животном мире мы узнаем, как некоторые из этих существ теперь спасают жизни и дают ответы на трудные вопросы о здоровье сердца и больном человеческом сердце.
Эта книга еще и история о том, что произошло, когда один относительно новый вид млекопитающих решил, будто сердце нечто гораздо большее, чем орган, поддерживающий жизнь каждого, что оно является не чем иным, как центром эмоций и вместилищем души. Откуда пошло это верование? Почему оно пересекает так много культурных границ? Почему оно продолжает существовать? И, что не менее важно, есть ли какое-то зерно правды в теории о связи сердца и разума?
К концу этого путешествия вы по-новому оцените, насколько жизненно важную роль играет сердце в природном и человеческом мире в качестве мотора, приводящего в движение систему кровообращения, и в качестве таинственного органа, лежащего в основе человеческой культуры и самой человеческой природы. От скопления клеток с уникальной способностью укорачивать свою длину до сердца синего кита размером с гольф-кар, от верований о происхождении любви и души до ранней сердечно-сосудистой медицины, терапии будущего и так далее, я надеюсь, что вы никогда больше не будете думать об этих темах так же, как думали раньше.
На самом деле это желание моего сердца.
Часть 1
Дикие сердцем
1
Размер имеет значение I
Один размер не подходит всем.
Автор неизвестен (возможно, Фрэнк Заппа)
В августе 2018 года я отправился в Королевский музей Онтарио в Торонто вместе с художницей Патрисией Дж. Уинн, чтобы осмотреть знаменитое сердце синего кита. Мы с Патрисией работаем вместе в Американском музее естественной истории с середины 1990-х годов, дружим, и она иллюстрировала каждую статью, главу и книгу (художественную и документальную), которые я когда-либо написал. Хотя выставка синих китов уже закрылась и экспонат хранился в отдельном здании, исследователь Билл Ходжкинсон распаковал сердце перед нашим прибытием. В комнате размером с небольшой авиационный ангар законсервированное сердце кита было установлено на стержне из нержавеющей стали толщиной пять сантиметров, что выглядело так, будто его проткнули снизу. Нижний конец стержня крепился к деревянной подставке на полу, а верхний соединялся с невидимой для зрителей металлической арматурой, которая служила постоянным внутренним каркасом сердца.
Официальные размеры экспоната составляют 1,07 метра по вертикали и 97 сантиметров в ширину, и я был весьма удивлен, обнаружив, что он возвышается надо мной на высоту примерно два метра. Объяснение дополнительной высоте крылось в массивных кровеносных сосудах, расположенных в верхней части пластинированного органа. Над всем остальным находилась дуга аорты и ее ответвления, пара сонных артерий
3
2
Во время пластинирования сердца синего кита в кровеносные сосуды ввели особый вид окрашенного силиконового полимера, и поэтому вены и артерии теперь можно было различить: вены синие, артерии красные. Разноцветное сердце было действительно очень красивым, и меня сразу же привлек вырез в форме иллюминатора, который проделал в правом желудочке специалист по пластинации Владимир Череминский. Окно позволяет зрителям заглянуть внутрь камеры сердца, где, помимо всего прочего, они могут увидеть странно выглядящую конструкцию из мышечных нитей толщиной 2,5 сантиметра, которые тянутся вдоль стенок желудочка. Эти нити известны врачам и анатомам под названием trabeculae carnae (лат. «мясистые гребни»), их более мелкие версии можно обнаружить у многих млекопитающих, в том числе у человека. Гребни увеличивают площадь поверхности стенок желудочков в сравнении с гладкой стенкой, упаковывая больше мышечных волокон в ограниченное пространство. Это важно, потому что дополнительные мышцы обеспечивают более сильные сокращения желудочков, выталкивающие кровь из сердца. Другие функции этой странно выглядящей поверхности камеры еще предстоит исследовать.
Правое и левое предсердия китового сердца тоже сокращаются, но их стенки тоньше, потому что работа предсердий перекачивание крови в соседние желудочки, а не в тело менее трудна. Между предсердиями и желудочками находятся атриовентрикулярные клапаны, название которых точно отражает их расположение. Через иллюминатор, проделанный Череминским, посетители музея видели правый атриовентрикулярный клапан синего кита диаметром с детский барабан. У людей диаметр соответствующего (правого атриовентрикулярного) клапана 2,53 сантиметра, площадь 79 квадратных сантиметров, и он более известен под названием трехстворчатый, или трикуспидальный[7], поскольку имеет три створки[8].
Атриовентрикулярные клапаны регулируют кровоток от предсердий к желудочкам, но не менее важная их работа препятствовать тому, чтобы во время сокращения желудочков кровь меняла направление и возвращалась обратно в предсердия. Для этой функции жизненно важна и хорошо видима в сердце синего кита дюжина или около того жестких волокон под названием chordae tendineae[9]. Их просторечное именование сердечные струны, поскольку они напоминают отрезки струны. Эти волокна в основном состоят из структурного белка коллагена[10]. Одним концом сухожильные нити прочно прикреплены к дну желудочка, а другим к створке клапана, мешая ей «выворачиваться» в предсердие во время сокращения желудочка и эффективно герметизируя две камеры.
Чтобы представить себе это, вообразите собаку в ошейнике, привязанном к длинному поводку, другой конец которого воткнут в землю. Собака (представляющая створки клапана) может двигаться только до тех пор, пока поводок (chordae tendineae) не натянется, не позволяя пройти в открытые ворота. У людей термин «пролапс атриовентрикулярного клапана» означает состояния, когда одна или более его створок выпячиваются в предсердие (как растянувшийся от постоянного дерганья собачий поводок, который в конце концов пропускает пса за ворота). Поскольку этот пролапс разрушает изоляцию между предсердием и желудочком, во время сокращения часть желудочковой крови «срыгивается» обратно в предсердие, вместо того чтобы покинуть сердце, как должно быть в норме. Эти так называемые «прогибающиеся» клапаны могут появиться после инфаркта миокарда, инфекций наподобие бактериального эндокардита (который часто обнаруживают у людей, употребляющих наркотики внутривенно) или ревматизма ныне редкого осложнения нелеченой стрептококковой ангины или скарлатины. Пролапс митрального клапана бывает и врожденным.
Проблемы с клапанами также могут быть следствием старения. По мере того как сердечные клапаны затвердевают и становятся менее эластичными, они теряют способность эффективно изолировать сердечные камеры. С каждым ударом сердца часть крови возвращается обратно в предсердие, из желудочка ее откачивается меньше, и поэтому ему приходится работать усерднее (увеличивая скорость или сильнее сокращаясь), чтобы компенсировать это. Дополнительные усилия могут вызвать повышенную нагрузку на сердце, что способно привести к серьезным проблемам. Они становятся особенно очевидными, если сердце достигает точки, в которой оно больше не может обеспечивать организм достаточным количеством богатой кислородом и питательными веществами крови.