Я по-прежнему не вполне понимал. Он тяжело вздохнул. (В больнице существует множество потенциальных источников унижения для интерна.) «Зачем? Чтобы облегчить насыщение кислородом. И газообмен в легких. Тебе нужно изучить физиологию легких. Пойди почитай Уэста». Кевин покачал головой и уселся разбираться с кучей бумаг, лежащей перед ним.
Уэст, о котором говорил мой ординатор, был книгой, написанной Джоном Уэстом. О Джоне Уэсте не известно никому за пределами узкого круга врачей, занимающихся болезнями легких, но в этом круге он внушительная фигура, а своими исследованиями и учебниками закрепил за собой репутацию ведущего просветителя по всей пульмонологии за последние 100 лет.
Доктор Уэст родился в 1928 г. в Аделаиде, Австралия, и с самого детства увлекался наукой. Он переехал в Англию, чтобы пройти аспирантуру, а затем продолжил свои исследования в области физиологии дыхания в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Там он открыл нечто уникальное в работе легких, в частности, что в различных зонах легких могут быть очень разные потоки крови и воздуха. Позднее он написал учебник по физиологии дыхания, который изменил подход к обучению студентов-медиков. А еще позже, когда ему было 70 лет, он переключился на физиологию легких птиц.
По совету Кевина я взял обновленное издание учебника Уэста 1974 г. «Физиология дыхания. Основы» (Pulmonary Physiology: The Essentials)[6]. Том тонкий, и даже не скажешь, что 200 страниц, напечатанных легко читаемым шрифтом и с большими диаграммами, наполнены таким мощным содержимым, – он и сегодня является отправной точкой при изучении современной физиологии легких для врачей.
Доктор Уэст начинает свою книгу с обзора структуры легких и сразу же делает чрезвычайно важное и веское заявление: архитектура легкого определяется его функцией. Все, что касается легких, должно рассматриваться в контексте этого факта: форма определяется функцией.
Это утверждение является широким определением всей области биологии. В дисциплинах сравнительной и эволюционной биологии зарождение и развитие жизни вокруг нас рассматривается в контексте формы, следующей за функцией. Африканский лев, например, живет в поросших травой саваннах и ест исключительно мясо. Для этого он должен быть хищником. У него сильное и быстрое тело, но он способен только на короткие рывки. У него большие втягивающиеся когти и огромные мощные зубы, которыми он убивает свою добычу. Его среда обитания, рацион питания, тело, зубы и лапы с когтями сводятся к одной строго определенной цели. Дикая собака, напротив, имеет более разнообразный рацион, поэтому у нее есть не только клыки, но и моляры. Лапы и тело собаки рассчитаны не только на скорость, но и на дистанцию, и у нее нет больших когтей, так как они ей не нужны. Взгляд на мир с точки зрения «форма определяется функцией» может быть мощным инструментом для анализа природных систем.
Доктор Уэст утверждает, что основной функцией легких является обеспечение газообмена. Во-первых, кислород должен поступать в кровь и переноситься в клетки организма для поддержания обменных процессов. Этим должна определяться вентиляция легких – процесс вывода углекислого газа из потока крови. Поскольку форма определяется функцией, организм должен уметь усиливать работу легких, чтобы в кровь поступало достаточное количество кислорода, а углекислый газ выводился из нее, даже при изменении наших метаболических потребностей. Физические упражнения, например, – это состояние, при котором наши ткани требуют больше кислорода и производят больше углекислого газа, чем обычно. Болезнь, вызванная бактериями или вирусами, – это еще одно состояние, которое может значительно увеличить наши метаболические потребности в результате воспаления.
Легкие большей частью свободно и без труда справляются с этими потребностями. От базового объема в 5 л воздуха в минуту в состоянии покоя мы можем увеличить вдыхаемый объем до 10, 20 и даже 30 л воздуха в минуту – удивительное количество газа. В такой ситуации естественным образом увеличивается частота дыхания, но также увеличивается вдыхаемый с каждым вдохом объем воздуха, так как вступают в действие мышцы шеи и живота, обычно не используемые при дыхании, помогая растягивать легкие, чтобы принимать и выводить больше воздуха. Эти корректировки важны, поскольку нам приходится существовать в тесном физиологическом пространстве и поддерживать уровни кислорода и углекислого газа в узком диапазоне. Наши легкие с помощью мышц грудной стенки способны удерживать нас в этом диапазоне в самых разных условиях. Проблема возникает тогда, когда что-то мешает этой мощной, но порой деликатной системе.
В ту темную январскую ночь в Бостоне мистеру Джозефу нужно было, чтобы в кровь продолжал поступать свежий кислород, а газообмен в легких обеспечивал выведение достаточного количества углекислого газа. Глубоко за полночь я ощущал холодок, пока мы готовились вставить внутривенный катетер большого диаметра в шею нашего пациента. Ему давали много антибиотиков, а аппарат искусственной вентиляции легких не мог стабилизировать его состояние, поэтому мы посчитали, что ему нужен более широкий внутривенный катетер, чтобы быстрее вводить лекарства. Для этого нам нужно было получить доступ к внутренней яремной вене на шее, и, пока мы тщательно очищали шею дезинфицирующим раствором, Кевин комментировал все действия.
Он говорил о том, что у пациента ОРДС (острый респираторный дистресс-синдром), поэтому нам потребуется поддерживать низкое давление в его легких и надо постараться минимизировать его собственное дыхание. Он сказал, что нам придется внимательно следить за уровнем кислорода в крови пациента и проанализировать необходимость использования методов усиленной оксигенации и вентиляции, таких как простациклин в виде ингаляций или, может быть, даже ЭКМО (экстракорпоральная мембранная оксигенация), если мы не сможем добиться некоторого прогресса в ближайшие несколько часов. Или, возможно, поворот в прон-позицию.
Кое-что из того, что он говорил, было мне известно – что уровень кислорода в крови должен быть не ниже 60 мм рт. ст. Я также знал, что вентиляция легких измеряется как количество вдохов в минуту, умноженное на объем воздуха при каждом вдохе (или дыхательный объем), и нас волнует вентиляция, потому что именно она определяет количество углекислого газа в крови. Когда в крови накапливается углекислый газ, происходит его диссоциация на молекулы свободного водорода, по сути, являющиеся кислотой, а их количество измеряется по шкале pH[7].
Водородный показатель pH означает potential of Hydrogen, и это прямая мера того, сколько молекул водорода присутствует в растворе. Показатель обычно имеет значения в интервале от 0 до 14, при этом 7 находится точно посередине шкалы. Вода при 25 ℃ имеет рН, равный 7, и считается полностью нейтральной. Если в растворе присутствует много ионов водорода (H+), мы называем его кислым. С этой стороны шкалы находятся такие напитки, как черный кофе с pH около 5 и томатный сок с pH около 4 (шкала pH обратная, более низкий pH указывает на бóльшую кислотность). По другую сторону от 7 растворы называются щелочными, и в качестве примеров можно привести жидкости, содержащие пищевую соду (рН 9), или аммиак (рН 11). В этих растворах гораздо меньше ионов водорода, чем в кислых растворах.
Показатель pH нашей крови составляет 7,40 и должен поддерживаться в очень узком диапазоне от 7,35 до 7,45, при этом 7,40 является оптимальным значением. Для жизни очень важно, чтобы pH не выходил за эти пределы, потому что, когда pH становится слишком низким или слишком высоким, белки наших клеток начинают разрушаться, а следовательно, нарушается и метаболизм. Почки помогают выводить или задерживать кислоту, необходимую для коррекции рН, но легкие являются гораздо более мощной системой регулирования рН с помощью углекислого газа, который, как уже упоминалось, распадается с образованием кислоты в нашей крови. Мы регулируем содержание углекислого газа и кислоты, просто увеличивая частоту дыхания и степень вентиляции легких, когда присутствует слишком много ионов водорода и pH слишком низкий, или замедляя дыхание и позволяя кислоте накапливаться при слишком высоком pH.
Классический пример – это когда во время физических упражнений увеличивается уровень CO2 и одновременно увеличивается глубина вдоха и частота дыхания, чтобы выводить CO2 так, чтобы pH не упал слишком низко. Противоположный пример – это когда мы учащенно дышим в состоянии покоя без увеличения выработки CO2, как это может произойти во время панической атаки. В этом случае человек выдыхает слишком большое количество CO2, концентрация кислоты падает, и pH поднимается до опасных уровней, именно поэтому человеку могут посоветовать дышать в бумажный пакет, чтобы дышать выдыхаемым CO2, восстанавливая необходимую концентрацию кислоты в крови.
Что касается нашего пациента из штата Мэн, в тот момент я не знал, но вскоре узнаю, что мы будем делать, если вентиляция окажется недостаточной и его рН выйдет за допустимые пределы или если мы не сможем поддерживать нужный уровень кислорода в его крови. Тем временем, когда я стоял около него с иглой большого диаметра, собираясь воткнуть ее глубоко в его шею, чтобы найти внутреннюю яремную вену, Кевин несколько беспечно заметил: «О, и кстати, если ты войдешь слишком глубоко и иглой проткнешь ему легкое, у него, скорее всего, случится остановка сердца, и он умрет. Так что давай осторожнее». Верхняя часть легких находится очень высоко в грудной полости, чуть ниже шеи. Я осторожно ввел иглу.
Проблема с нашим пациентом из штата Мэн, безусловно, была связана с нарушением газообмена, это я понимал, но термин ОРДС, используемый моим ординатором, в то время мало что значил для меня. Впервые эту таинственную болезнь легких упоминает в медицинской литературе в 1821 г. французский врач Рене Лаэннек, который также изобрел стетоскоп. В своей книге «Трактат о болезнях грудной клетки» (A Treatise on the Diseases of the Chest) он описал смерть пациента с лег