Невероятная случайность бытия. Эволюция и рождение человека - Элис Робертс

Ребра соединены друг с другом межреберными мышцами, каждая из которых, занимая целиком межреберный промежуток, получает иннервацию из ветвей одной соответствующей пары спинномозговых нервов. Сегментарная иннервация межреберных мышц является напоминанием об исходной сегментации нашего тела – так оно развивается в эмбриональном периоде, как личинки плодовых мушек – дрозофил.

Во многих руководствах по анатомии до сих пор пишут, что межреберные мышцы участвуют в расширении и уменьшении объема грудной клетки в процессе дыхания – расширение грудной клетки вызывает вдох, а спадение (уменьшение объема) – выдох. Действительно, сокращения и расслабления межреберных мышц могут приводить к изменению формы и объема грудной клетки, но не это является их главной задачей. Для выполнения дыхательной функции у нас есть куда более важная мышца – диафрагма. Эта куполообразная мышца прикрепляется по кругу к нижнему отверстию грудной клетки: сзади к позвоночнику, по бокам к нижним ребрам, а спереди к нижнему краю грудины.

У спокойно сидящего человека диафрагма движется вверх-вниз с амплитудой около 1,5 см примерно 12 раз в минуту, способствуя засасыванию воздуха в легкие на вдохе и выталкиванию его оттуда на выдохе. В расслабленном состоянии диафрагма высоким куполом вдается в полость грудной клетки, но если вы захотите сделать глубокий вдох, то диафрагма сократится и станет плоской, опустившись приблизительно на 10 см. Одновременно увеличивается объем легких, а это значит, что давление в них уменьшается, и в результате в легкие засасывается воздух через ноздри, носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи. При этом роль межреберных мышц заключается не в увеличении объема грудной клетки за счет перемещения ребер, а в том, что мышцы препятствуют втягиванию тканей межреберных промежутков в грудную полость под действием отрицательного давления, которое возникает в груди на вдохе. Межреберные мышцы придают жесткость грудной клетке для того, чтобы объем грудной полости, достигнутый за счет уплощения диафрагмы, не уменьшался из-за западения межреберных промежутков.

Сокращение диафрагмы может увеличить объем грудной клетки (и находящихся в ней легких) на величину до 3 л, но только при условии нормальной работы межреберных мышц. При параличе межреберных мышц они всасываются в грудную полость при каждом вдохе, что приводит к уменьшению эффективности дыхания вдвое. Такой паралич может развиться в результате поражения спинного мозга на уровне его шейного отдела. Поражение на этом уровне повлияет на все спинномозговые нервы, расположенные ниже, включая и нервы, иннервирующие межреберные мышцы. Тем не менее диафрагма будет продолжать работать – только благодаря странной анатомической особенности, понять которую можно, только разобравшись в тонкостях эмбрионального развития. На каждой стороне шеи находится диафрагмальный нерв. Он идет вниз по поверхности шеи, затем проходит под ключицей и первым ребром и вступает в грудную полость. Далее диафрагмальные нервы проходят с обеих сторон рядом с сердцем и вступают в диафрагму, которая формирует дно грудной полости. Если мы углубимся в наше эмбриональное прошлое, в пятую неделю беременности, то увидим, что у эмбриона уже есть сердце (даже сокращающееся), но расположено оно не в груди, а в области шеи. Под сердцем, и тоже в области шеи, в направлении спереди назад, начинает расти клиновидный участок ткани. Эта поперечно ориентированная перегородка является зачатком диафрагмы, и иннервирующие ее ветви шейных спинномозговых нервов остаются верны диафрагме в ходе ее дальнейшего роста и развития. В течение следующего месяца беременности развивающаяся диафрагма спускается вниз по мере роста эмбриона в длину. В конечном счете диафрагма оказывается на дне грудной полости, но при этом сохраняет свою прежнюю иннервацию, исходящую из верхних отделов шейного отдела спинного мозга. Отсюда студенческое мнемоническое стихотворение: «С-three, four, five, keep the diaphragm alive»[12]. Действительно, диафрагмальные нервы образуются из третьего, четвертого и пятого спинномозговых нервов.

Грудные клетки млекопитающих разных видов значительно варьируют по размерам и форме, но все они выполняют одну и ту же функцию относительно расположенных в их полости органов. Ребра защищают сердце и легкие и обеспечивают фиксацию диафрагмы и межреберных мышц, которые делают возможным дыхание. Однако форма грудной клетки обусловлена, как правило, не тем, что находится у нее внутри, а тем, что прикреплено к ней снаружи. К грудной клетке прикрепляются лопатки, образующие сочленения с передними конечностями у четвероногих животных и с верхними конечностями у нас. Животные, передвигающиеся на четырех конечностях, обычно обладают грудной клеткой, уплощенной с боков. Вспомните, как выглядят кошки и собаки: у них узкие и глубокие грудные клетки. Низшие обезьяны, которые тоже являются четвероногими, обладают такими же узкими грудными клетками. У всех этих животных лопатки расположены на боковых поверхностях грудной клетки. При ходьбе и беге лопатки совершают вращательные движения, перемещая передние конечности вперед и назад при каждом шаге. По-иному обстоят дела у человекообразных обезьян; нижняя часть грудной клетки у них шире, чем верхняя, а сама грудная клетка уплощена спереди назад. Люди в этом отношении тоже не исключение; наша грудная клетка тоже сплюснута спереди назад – можете проверить и сами в этом убедиться. Когда ветеринары назначают нашим питомцам рентгенологическое исследование грудной клетки, ее просвечивают сбоку, а стандартное рентгеновское исследование грудной клетки у человека предусматривает просвечивание в переднезаднем направлении. На самом деле просвечивают наоборот, сзади наперед, но это не меняет рентгенологическую картину.

Такая форма грудной клетки у человекообразных обезьян обусловлена особенностями их локомоции (перемещения в пространстве). Эти обезьяны – потомки низших, но не являются просто их увеличенными копиями, и движутся человекообразные совсем не так, как мартышки и макаки. Передвижение на четвереньках по древесным ветвям весьма затруднительно для крупных животных. Намного легче и безопаснее лазать и карабкаться на деревья с помощью передних конечностей, хватаясь ими за расположенные выше ветви. Так можно забираться вверх по дереву по сравнительно тонким ветвям, держась нижними конечностями ближе к стволу, а передними доставая плоды, висящие ближе к краю кроны, где их всегда больше. Недаром человекообразные обезьяны в большинстве своем плодоядные. Многие из них, включая гиббонов и орангутанов, передвигаются в кронах деревьев, повисая на ветвях и сучьях, переходя при этом в вертикальное положение.

Существуют, однако, широконосые обезьяны, грудные клетки которых напоминают формой грудные клетки человекообразных: это паукообразные обезьяны (Atelidae), обитающие в Центральной и Южной Америке. Форма грудной клетки этих обезьян являет собой пример конвергентной эволюции – эти обезьяны перемещаются по деревьям, как гиббоны, повисая и раскачиваясь на ветвях, оказываясь в это время в вертикальном положении. Их грудные клетки адаптировались к условиям и стали напоминать формой грудные клетки узконосых человекообразных обезьян. И конечно, среди человекообразных есть такие, которые почти перестали лазить по деревьям, но грудная клетка у них тем не менее уплощена в направлении спереди назад. Это мы с вами. Мы унаследовали форму грудной клетки от предков, которые большую часть времени лазали по деревьям, но эта форма превосходно подошла и для хождения по земле, когда грудная клетка находится в вертикальном положении. Правда, между нашими грудными клетками и грудными клетками человекообразных обезьян есть и различия.