Одно из наиболее интересных совпадений между произведениями природы и человеческой техникой представляют сердце и вены. Сердце есть насос, назначение которого состоит в том, чтобы гнать кровь во все части тела. Вены содержат целый ряд приспособлений, чтобы возвращать ее в сердце. Эти насосы имеют два больших преимущества перед теми, которые мы строим для накачивания жидкостей. Они способны расти и не нуждаются в поршнях. Кровеносные насосы тела работают таким же образом, как резиновые мехи (шары пульверизатора), т.е. путем переменного сжатия и расширения. При сжимании сердца кровь вгоняется в кровеносные сосуды, а расширение дает возможность новому количеству крови проникнуть в сердце, где она остается до следующего сокращения.
Несмотря на то что действие их различно, результат все-таки тот же, что и в наших искусственных насосах, именно: в обоих случаях необходимы клапаны, чтобы помешать обратному течению жидкости в то время, когда собирается новое количество крови. В физиологических, так же как и в искусственных насосах клапаны являются приспособлениями большой важности. Если они неплотно закрываются, то часть жидкости, вытесненной при сокращении, течет обратно в то пространство, которое должно было бы наполниться новым притоком свежей жидкости, вследствие чего значительная часть энергии насоса пропадает и приходится затратить усилия на то, чтобы поддержать в насосе необходимое для работы давление.
Чтобы познакомиться со свойствами и действиями органов кровообращения, рассмотрим сначала насосный механизм вен так, как он произошел путем простейшего видоизменения кровеносных сосудов. Вены содержат кровь, которая должна возвратиться в сердце. Стенки их мягки и растяжимы, так что путем давления легко могут быть сплющены. При таком сдавливании кровь потечет в другую часть вен. Ее не только нужно направить к сердцу, но и, кроме того, не давать ей двигаться назад. То и другое достигается при помощи клапанов или заслонок, которые находятся в различных местах вен. Они состоят из парных карманообразных отростков стенок вен, направленных внутрь полости последних.
На рис. 62 а показан вид вены, которую разрезали по длине таким образом, что в каждой половине оказалось по целому карману.
ABD есть свободный верхний край, ACD край, соединенный со стенкой вены.
Рис. 62 изображает вид вены в таком разрезе, в котором каждый карман рассечен пополам.
Здесь вена сверху растянута благодаря давлению крови, которая наполняет карманы, прижимает друг к другу свободные края клапанов, и таким образом сама закрывает себе путь в нижнюю часть. Наконец, рис. 62 в дает поперечный разрез вены вместе с клапанами. С каждой стороны мы видим в разрезе полость карманов, свободные края которых в В прижимаются друг к другу. Эти три рисунка показывают, какое превосходное и вместе с тем простое приспособление обеспечивает нашему телу правильное направление течения крови. Если под влиянием какой-нибудь причины кровь стремится двигаться от С к Е, то она легко раздвигает свободные края клапанов. В тот же момент, когда она устремляется от Е к С, ее собственное давление раздувает карманы и прижимает их друг к другу.
В существовании некоторых из этих клапанов можно легко убедиться на собственном теле, если сдавить, например, большую вену предплечья и таким образом помешать правильному течению крови. Можно заметить, как вена в некоторых местах вздувается, что обусловливается скоплением крови в клапанах вены.
Давление, которое гонит жидкость вперед, в обыкновенных насосах вызывается поршнем, в венах же оно может быть произведено различными способами. Когда мускулы сокращаются, при легкой или тяжелой работе, то это сокращение сжимает вены между мускулами или между этими последними и кожей. Благодаря такого рода сужению, кровь в венах может проталкиваться лишь вперед и направляться к сердцу, так как клапаны препятствуют движению в противоположном направлении. Всякое давление снаружи, как, например, при массаже или обыкновенном ударе, должно действовать подобным же образом. Изменения в положении тела также могут способствовать движению крови в венах. Если вытянуть руку, подняв ее вверх, то кровь в венах вследствие своей тяжести потечет вниз. Если же, напротив того, опустить руку вниз, то это вызовет скопление крови в венах; это произойдет не потому, что она вследствие тяжести потечет вниз — этому ведь мешают клапаны, а благодаря.наполнению вен кровью из более тонких кровеносных сосудов. Если затем поднять руку вверх, то растянувшиеся вследствие давления крови стенки сжимаются благодаря своей упругости и вытесняют избыток крови.
Таким образом, все виды работы, движений и массажа способствуют поддержанию кровообращения в венах и тем укрепляют физическое здоровье. Вены оканчиваются в сердце, которое можно рассматривать как сильно расширенную часть кровеносных сосудов. Если ускорение кровообращения полезно для здоровья, то правильное поддержание его является необходимостью. Для этого служит сердце, которое исполняет свое назначение, безразлично, бодрствуем ли мы или спим, работаем или отдыхаем. Для этой цели недостаточно было бы случайных сужений кровеносных сосудов, вызванных работой или действием внешних влияний. Поэтому в одном месте сосудов образовалось мощное разделенное на четыре полости расширение и в стенках его развились крепкие мускульные волокна, так что сердце можно рассматривать как сильный мускул, имеющий особую форму и особую функцию. Чтобы гнать кровь по артериям и их разветвлениям, необходима значительная сила. Левая полость сердца, которая гонит богатую кислородом кровь в различные части тела, производит с этой целью давление, равное давлению водяной колонны высотой в 270 сантиметров. Правая полость сердца, которая гонит кровь через легкие, производит давление, равное давлению водяной колонны в 90 сантиметров высоты. Количество крови, которое вытекает с каждой стороны при каждом сокращении сердца человека, составляет около 170 грамм. Так как в течение одной минуты число биений сердца равно 70, то работа, производимая сердцем в течение 24 часов, приблизительно равна работе, которую нужно затратить, чтобы поднять 60 000 килограммов на 1 метр вверх или, что то же, 1 килограмм на высоту 60 000 метров. Сердце представляет собственно двойной насос, левая часть которого, как уже было упомянуто, имеет назначение гнать по всему телу богатую кислородом (артериальную) кровь, тогда как правая часть гонит бедную кислородом, но обогатившуюся углекислым газом (венозную) кровь через легкие, где она поглощает кислород и отдает углекислоту. Так как обе половинки сердца устроены в существенном одинаково, то достаточно рассмотреть строение и действие одной половины, например левой.
Рис.63. Механизм сердечного клапана
Левая половина состоит из желудочка А (рис. 63) и предсердия В. Желудочек обеспечивает прохождение крови по телу («большой круг кровообращения»). Он поэтому снабжен мускулистой стенкой, которая значительно толще стенки правого желудочка, из которого кровь гонится по «малому кругу» через легкие. Предсердие служит главным образом для накопления крови. Если бы сердце должно было после каждого сокращения наполняться кровью непосредственно из вен, то это отняло бы много времени. Сбережение времени достигается тем, что в течение того времени, пока желудочек путем сокращения своих стенок гонит заключающуюся в нем кровь в «аорту» Е, в предсердии накопляется новое количество крови.
В то время как желудочек снова расширяется, кровь из аорты Е могла бы потечь обратно в желудочек. Это устраняется при помощи приспособления, сходного с тем, с которым мы уже познакомились в венах. Но здесь мы находим три таких кармана, которые сходятся посредине аорты. Один из них обозначен С, а рядом видны небольшие части других двух. Благодаря этому приспособлению сердце не может наполниться кровью обратно из Е, и, таким образом, с этой стороны ему не приходится преодолевать давления. Ввиду этого предсердие В не нуждается в особенно большой мускульной силе, чтобы протолкнуть кровь в желудочек, который благодаря своей упругости снова начинает расширяться. Этим и объясняется сравнительно тонкая стенка предсердия и отсутствие особых сердечных клапанов у отверстия вен.
Одним из наиболее замечательных приспособлений в устройстве сердца является сердечный клапан, который препятствует крови течь обратно в предсердие при сокращении желудочка. Этот сердечный клапан в левом желудочке состоит из двух больших упругих перепонок, к которым присоединяются две маленьких; в правом желудочке их всего 3.
Сердечный клапан левого желудочка обозначен на рис.63 F. Мы видим, что кровь легко может проникнуть из предсердия в желудочек, раздвигая лопасти клапана. Для этого необходимо широкое отверстие между желудочком и предсердием. Отчасти вследствие этого, а отчасти вследствие того, что соединение между предсердием и желудочком не имеет формы трубки, применение в этом случае карманообразных клапанов, ввиду высокого давления, которое им пришлось бы выдерживать, вряд ли было бы возможно. Поэтому здесь мы находим в качестве клапана большие упругие лопасти, которые совершенно особенным образом удерживаются в своем положении.
С внутренней стороны стенки желудочка внутрь его полости выдаются несколько сосочкообразных отростков мышечной массы сердца. От концов этих мускульных придатков идут крепкие нитеобразные сухожилия к свободным краям лопастей и к их поверхности. Поэтому, когда желудочек сокращается и давление крови прижимает лопасти клапанов к предсердию, эти сухожильные нити выдерживают напор крови. Если только сердечный клапан не поврежден или отверстие не расширено, то кровь совершенно не может проникнуть в предсердие, в котором тем временем собирается новое количество крови из вен. Было уже указано, что сердечные клапаны вследствие болезни иногда отказываются служить. Точно так же сердечные мускулы вследствие болезни или переутомления могут измениться и ослабеть. Саморегулирующая деятельность сердца не в состоянии всего этого исправить; зато изнашивание, обусловленное регулярной работой при нормальных условиях постоянно восстанавливается саморегулирующим механизмом сердца. В этом отношении оно превосходит все, даже самые искусные механизмы, построенные рукой человека.