Проблемы роста: как устроена сердечно-сосудистая система жирафа
Все дети обожают жирафов, да и взрослые восхищаются этими большими и грациозными животными. Но больше всех их любят кардиологи. Так повелось еще со времен Роберта Гёца, хирурга, который в 1960 году провел первую операцию коронарного шунтирования. В середине 1930-х Гёц бежал из родной Германии, не приняв власти нацистов, и к началу Второй мировой оказался в ЮАР. Здесь, куда война докатывалась лишь слабым эхом, он увлекся изучением необычной кровеносной системы жирафов и впервые измерил им давление. Должно быть, в этот момент глаза его полезли на лоб: оно достигало 200-220 мм ртутного столба.
Напомним, что нормальное для человека артериальное давление составляет около 120 в фазе систолы (сокращения сердечной мышцы) и 80 в диастоле (при ее расслаблении). Систолическое давление выше 130 считается повышенным, оно чревато сердечно-сосудистыми заболеваниями и массой других проблем, включая почечную недостаточность и отечность нижних конечностей. Эксперты ВОЗ называют хроническую гипертонию самой частой причиной преждевременной смерти. Но в сосудах жирафов давление может достигать смертельного для нас уровня без всяких проблем.
Деваться им особенно некуда: голова взрослого животного может подниматься на высоту пяти-шести метров. Для снабжения мозга достаточным количеством кислорода и сахара давление в нем должно составлять 110/70 мм ртутного столба, как и других млекопитающих близких размеров. Но чтобы создать такое давление на уровне головы, на выходе из сердца, находящемся на пару метров ниже, оно должно доходить до 220/180. А внизу, в ногах, под действием тяжести столба жидкости, давление поднимается и выше 300 мм рт. ст.
Сердце жирафа вынуждено сокращаться с огромной силой, хотя само по себе оно не особенно велико для такого крупного животного. Весит оно около 11 кг, что составляет примерно полпроцента от общей массы тела – примерно как у людей и других больших млекопитающих. Зато бьется оно вдвое чаще нашего, в покое совершая до 170 ударов в минуту. Каждое сокращение производится с большой мощностью благодаря исключительно толстым мышечным стенкам сердца, достигающим 7,5 см.
Их утолщение происходит и у людей с гипертонической болезнью, и такое состояние называется гипертрофией левого желудочка. Оно сопровождается фиброзом, разрастанием соединительной ткани. В результате миокард теряет здоровую упругость, что может приводить к нарушениям сердечного ритма и одышке, заметно повышает риск инфаркта. Жирафов же от фиброза защищают особые версии генов, которые регулируют рост клеток-фибробластов. Поэтому их миокард остается в здоровом состоянии, несмотря на разрастание.
Другая проблема, характерная для людей с хронической гипертонией, – отечность нижних конечностей. Она развивается из-за того, что при повышенном давлении из сосудов в межклеточное пространство поступает большее количество воды, буквально раздувая окружающие ткани. Жирафы борются с этим с помощью того же метода, что и пилоты, которые используют компрессионные костюмы, препятствующие избыточному накоплению жидкости в ногах во время перегрузок. Таким «скафандром» им служит особо плотная соединительная ткань кожи ног. Она укрепляет их и ограничивает проникновение из сосудов лишней воды. Ученые обнаружили, что для того, чтобы инъецировать в ногу жирафа нужный объем жидкости, требуется приложить примерно впятеро больше усилий, чем при уколе в шею.
Для дополнительного снижения давления в ногах стенки артерий на уровне коленей окружены особо толстыми мускульными стенками, и лишь пониже возвращаются к обычной ширине. Эта мышечная манжета служит своего рода «сфинктером», позволяя регулировать просвет сосуда и давление в нем в широких пределах. Активно работающие сильные мускулы помогают крови подниматься из конечностей вверх, а обратному току препятствуют густо расположенные венозные клапаны. В крупнейших венах – бедренной и большеберцовой – у жирафов они встречаются через каждые 3 см.
Особую роль играют и сосуды в его шее. Стоит животному опустить голову, как кровь приливает к ней, создавая давление, чреватое разрывом стенок капилляров и кровоизлияниями. Однако крупные сосуды шеи, как и ног, у жирафов снабжены клапанами, а в основании яремной вены также имеется мышечная манжета. Это позволяет задерживать кровь в них, накапливая до 20 литров жидкости, которая временно «выводится из оборота». С каждым ударом сердце прокачивает меньший объем, и давление становится меньше. Кроме того, подскакивает давление спинномозговой жидкости, которая омывает и спинной, и головной мозг. Она также не дает крови переполнять сосуды черепа.
Наверное, именно из-за всех этих трудностей жирафы не слишком любят пить и почти всю нужную воду получают из листьев, которые поедают. В среднем, это массивное животное выпивает лишь около 10 л воды в неделю, расставляя ноги и с трудом склоняя свою длинную шею. Но как только голова возвращается на прежнюю высоту, сосуды шеи высвобождают задержанную жидкость. Мышечная манжета яремной вены расслабляется, и кровь начинает течь в обычном режиме. Обычном, конечно, лишь для жирафа с его очень необычным кровообращением.