Человеческое сердце бьется со скоростью от 60 до 80 ударов в минуту (чуть быстрее одного удара в секунду) в течение всей жизни, которая может продлиться долее века. При каждом ударе сердце выбрасывает около 130 кубических сантиметров крови даже в самых спокойных условиях, поэтому за одну минуту спокойно работающее сердце перекачивает 5 литров крови. За сто лет верной службы оно совершит около 4 миллиардов ударов и перекачает 600 000 тонн крови.
Работа, совершаемая сердцем каждую минуту, эквивалентна подъему веса в 70 фунтов на высоту 1 фут от земли. Это в два раза превышает энергию, которую могут произвести сильные мышцы рук и ног; однако сердце может работать в таком темпе неопределенно долго, в то время как мышцы конечностей, достигнув меньшего, тем не менее быстро устают. Необычная способность сердечной мышцы работать столь усердно и, несмотря на это так неутомимо вызывает особый интерес у физиологов.
Скорость биения сердца частично зависит от размера организма — чем меньше размер, тем быстрее сердцебиение. Так, у женщин сердце бьется на 6–8 ударов быстрее, чем у мужчин. У детей сердце бьется еще быстрее, и при рождении частота ударов может достигать 130 в минуту.
Это относится и к другим млекопитающим, кроме человека. У кролика сердце бьется со скоростью 200 ударов в минуту, а крошечное сердчишко мыши трепещет со скоростью 500 ударов в минуту. Хладнокровные животные, которым требуется гораздо более низкий уровень внутренней химической активности, чем птицам и млекопитающим, существуют с медленным сердцебиением. Сердце лягушки, несмотря на ее небольшой размер, бьется всего 30 раз за минуту в теплую погоду, с падением температуры сердцебиение замедляется. При температуре, близкой к нулевой, скорость сердечных ударов понижается до 6–8 в минуту.
Животные, впадающие в зимнюю спячку, демонстрируют удивительное разнообразие скорости сердечных ударов. У ежа в нормальном состоянии сердце бьется со скоростью 250 ударов в минуту, но в холодную погоду он выживает за счет приостановки деятельности организма, вызванной снижением температуры тела, во время которой частота биения сердца может упасть до 3 ударов в минуту. У животных, которые по размеру превосходят человека, сердцебиение, естественно, медленнее, чем у нас. У буйвола оно 25 ударов в минуту, у слона — 20 ударов. Сердечный ритм у данного организма будет варьироваться в зависимости от уровня его активности. Во время физических упражнений, когда потребность организма в кислороде возрастает, сердце бьется сильнее и чаще. Ускорение сердечной деятельности происходит также при нервном напряжении, страхе или радостном ожидании и волнении. Учащенное сердцебиение при таких обстоятельствах — знакомое явление.
Продолжительные физические нагрузки гипертрофируют сердце, как любую другую мышцу. По этой причине у спортсменов скорость биения сердца при отдыхе ниже, чем у мужчин, ведущих сидячий образ жизни. Сердце спортсмена может совершать не больше 50–60 ударов в минуту. Замедление сердцебиения более чем оправдано тем, что сердце, увеличенное в размерах и укрепленное с помощью физических упражнений, доставляет больше крови за один удар.
Что помогает сердцу сохранять идеальный ритм? Можно подумать, что это происходит благодаря какой-то ритмичной нервной стимуляции, но это не так. Хотя сердце действительно снабжено нервами, которые могут влиять на частоту его биения, они отвечают в первую очередь совсем не за ритм. Это подтверждается тем, что сердце эмбриона в утробе матери начинает биться еще до того, как образуется нервная система, и продолжает биться у экспериментальных животных, даже если нервы перерезать. Сердечная мышца будет сокращаться даже в полной изоляции при условии, что она будет помещена в подходящую жидкость.
Сердечные клетки пропускают ионы калия, но не пропускают ионы натрия. Эти ионы представляют собой заряженные частицы, и при разнице концентрации таких частиц внутри и снаружи клетки создается электрический потенциал, который проходит через клеточную оболочку. Рост и падение этого электрического потенциала по мере того, как ионы проходят через оболочку клетки, вызывает ряд сокращений (впрочем, подробности того, как это происходит, до сих пор не совсем ясны), и ритмичность, с которой движутся ионы, отражается на ритмичности этих сокращений. Это означает, что работа сердца зависит от концентрации различных ионов в крови и что она должна контролироваться в узких пределах. Именно с этим-то и справляется организм; да и сам человек может создать имитацию этого процесса вне организма, используя, как я сказал выше, подходящую жидкость.