Serce jest podwójną pompą

Aby zrozumieć kluczową istotność serca należy uczynić krok wstecz, abyśmy zrozumieli potrzeby każdej komórki w naszym ciele.  Musimy pamiętać o tym, że nasze ciało składa się z ponad 10 tryliardów komórek, które współpracują w idealnej jedności (lekcja dobrych rządów!).  Komórki mają podstawowe potrzeby, a na szycie ich listy znalazłyby się te cztery rzeczy:

1) dostęp do tlenu

2) źródło glukozy

3) zbalansowane płynne środowisko z odpowiednimi ilościami wody/elektrolitów

4) usuwanie odpadów (np. dwutlenek węgla)

Rozważ jak odnosi się to do podstawowych potrzeb człowieka: wdychania i wydychania powietrza, spożywania jedzenia, picia wody i wydalania moczu/defekacji.  Gdy naprawdę się zatrzymasz i o tym pomyślisz, wiele rzeczy które robimy można odnieść do naszych potrzeb komórkowych.

Prześledźmy pojedynczy oddech. 21% cząsteczek w tym wdechu, to cząsteczki tlenu, które wędrują w dół do płuc, gdzie kończą w pęcherzykach płucnych, które są małymi woreczkami wypełnionymi powietrzem. Historia mogłaby się tu zakończyć, gdyby nie niezwykły charakter płuc. Płuca pozwalają cząsteczkom powietrza na dalszą wędrówkę z fazy gazowej do nowej fazy, ciekłej. W międzyczasie, cząsteczki dwutlenku węgla wędrują w przeciwnym kierunku, z cieczy do gazu, zjawisko podobne do tego na powierzchni napojów gazowanych. Tlen dyfunduje (wyobraź sobie kroplę atramentu wpuszczonej do wody) w płynie tkankowym płuc i jest absorbowany do krwiobiegu, gdzie wnika do czerwonych czerwonych.  Dyfuzja zachodzi w ułamku sekundy, ponieważ odległość pomiędzy pęcherzykiem płucnym, a czerwoną krwinką jest bardzo mała.

Teraz zatrzymajmy się i rozważmy następującą sytuację:

Co by się stało, gdyby nie było serca? Cóż, dyfuzja zdziała cuda jeśli odległości są bardzo małe, ale co z dużymi odległościami takimi jak odległość od płuc do stóp?  Czy pojedyncza cząsteczka tlenu mogła by po prostu dyfundować przez całą tę drogę?  W teorii, mogłaby—ale zajęło by to bardzo dużo czasu!  W tym czasie co tlen potrzebowałby na dotarcie do stóp za pośrednictwem dyfuzji prostej, obumarłyby i odpadły.

Gdy tlen trafi do krwiobiegu, potrzebny jest sposób do szybkiego “przemieszczania” cząsteczek tlenu z jednego miejsca na drugie. W tym momencie hemoglobina, białko wykorzystujące żelazo do wiązania cząsteczek tlenu, przychodzi na ratunek. Każda czerwona krwinka zawiera około 250 milionów cząsteczek hemoglobiny i każda z nich potrafi wiązać 4 cząsteczki tlenu (związana postać nazywana jest oksyhemoglobiną). Oznacza to, że każda czerwona krwinka potrafi związać ~1 miliard cząsteczek tlenu!  W rezultacie znaczna większość (więcej niż 97%) cząsteczek tlenu jest związanych z oksyhemoglobiną, a pozostała, niewielka część pływa swobodnie we krwi.

Kiedy powietrze porusza się do i z płuc, serce jest również zajęte pracą.  Krew wpływa do serca przez żyłę główną górną i dolną, które są dużymi żyłami niosącymi krew odpowiednio z górnej i dolnej części ciała. Dalej, krew pozostaje w prawym przedsionku, który może być traktowany jako poczekalnia do prawej komory. Prawa komora (pompa #1) ma ściany zbudowane z mięśni, które kurczą się i delikatnie wypychają krew do tętnic, tętniczek i naczyń włosowatych płuc. Następnie zanim krew wróci (żyłami płucnymi) do lewej strony serca, tlen dyfunduje z obszaru o wysokim stężeniu (pęcherzyków płucnych) do obszaru o niskim stężeniu (krwi). Podobnie jak prawy przedsionek, lewy przedsionek może być traktowany jako poczekalnia do lewej komory.  Lewa komora jest pomieszczeniem, które ma mocniejsze, grubsze i bardziej umięśnione ściany niż prawa komora. W rezultacie, lewa komora (pompa #2) zdecydowanie wypompowuje krew przez tętnice i naczynia włosowate aby dostać się do bilionów komórek potrzebujących tlenu. W drodze powrotnej krew wędruje żyłami, aby wrócić do prawej części serca i powtórzyć proces. To wszystko – jedno serce – dwie pompy: prawa komora i lewa komora.

Zróbmy eksperyment myślowy: Dlaczego nie mieć po prostu jednej komory (pojedynczej pompy), która porusza krew do płuc a następnie dalej do reszty ciała?

Rzeczywiście, jest to bardzo dobre pytanie, ponieważ na pierwszy rzut oka widać, że byłoby to bardziej wydajne, aby pompować krew do ciała zamiast prowadzić z powrotem do serca.  Pomyślmy o tym w liczbach. Ciśnienie jest potrzebne aby poruszać krew przez opór gęstej sieci naczyń krwionośnych, takich jak tętnice, naczynia włosowate i żyły. Nawet jeśli skurcz prawej komory zwiększy ciśnienie krwi do ok 25mmHg, to po przejściu przez płuca, ciśnienie krwi wynosi z powrotem ok 5mmHg (spadek o 20mmHg).  Przemieszcza się do lewej komory, gdzie drugi skurcz powoduje wzrost ciśnienia do około 120mmHg (prawie 5 razy większe niż ciśnienie płucne!).  Jest to wystarczające ciśnienie aby przemieścić krew przez wszystkie organy.

Powiedzmy, że prawa komora podniosła ciśnienie do 140mmHg, następnie ciśnienie krwi może spadnie o 20mmHg i nadal będzie wynosiło 120mmHg.  Brzmi jak doskonale rozwiązanie, z wyjątkiem: 1. Płyn wystawiony na działanie dużego ciśnienia zostałby wypchnięty z naczyń włosowatych do płuc (część naczyń włosowatych pęknie!), i 2.Przy wysokim ciśnieniu krew poruszała by się przez pęcherzyki płucne tak szybko, że cząsteczki O2 nie mogłyby dyfundować do krwi i związać się z hemoglobiną. Ma to sens jeśli pamiętasz, że żadne naczynie włosowate nie jest narażone na duże ciśnienie (120-140mmHg), ponieważ do czasu kiedy dotrze do włókien włosowatych, przemieści się przez tętnice (i tętniczki), a ciśnienie znacznie spadnie.  Niskie ciśnienie w krążeniu płucnym jest szczególnie istotne przy dużej ilości O2, która musi ulec dyfuzji w pęcherzykach płucnych do naczyń włosowatych—przydatna jest każda milisekunda!

Dlatego właśnie ludzkie ciało potrzebuje dwóch pomp pracujących z różnym ciśnieniem, wysokim ciśnieniem pozwalającym krwi krążyć po ciele i niskim ciśnieniem pozwalającym na optymalną wymianę gazową w płucach bez popękanych naczyń włosowatych!