Глава 18
Из воды на воздух

К началу шестого месяца вы уже похожи на новорожденного младенца – только меньше его по размеру, да и гораздо более уязвимы. Под тонкой кожей все еще хорошо видны кровеносные сосуды, но уже начинает появляться слой подкожного жира. За следующие несколько недель ваша морщинистая кожа разгладится и станет менее прозрачной.

Если бы вы родились прямо сейчас, то выжить вам удалось бы только с помощью больничного медперсонала. На данный момент врачи умеют спасать детей, рожденных чуть ли не на 20-й неделе (22-я неделя беременности). Но все же шансы выжить на столь раннем сроке невысоки: всего от 3 до 22 % малышей выживают, и у многих из них остаются пожизненные травмы. Для сравнения: из детей, родившихся на пять недель позже, выживают уже 90 %. В любом случае самая большая опасность преждевременных родов в том, что легкие не дозрели и еще не готовы выполнять свои функции.

Развитие легких начинается приблизительно через месяц после зачатия. Когда вы были еще крошечной личинкой, в верхней части кишечной трубки вырос небольшой бугорок. У рыб тоже появляется похожий нарост, который затем превращается в надутый воздухом мешок – плавательный пузырь, позволяющий рыбам регулировать уровень погружения, не напрягая мышц. У некоторых рыб (их так и называют – двоякодышащие) вместо плавательного пузыря все-таки развиваются примитивные легкие. Случись такое, что их родное болото высохнет, они могут зарыться в жидкую грязь и спокойно дышать в этом коконе до начала очередного сезона дождей.

В случае с нами этот маленький бугорок знаменует начальную стадию создания сложного органа, на окончательное формирование которого уйдут многие месяцы. Первым делом у этого бугорка появится отросток, из которого потом образуется трахея. Затем он разветвляется на две трубки поменьше – это наши будущие легкие. От них постепенно, словно ветки на дереве, отходят все новые и новые легочные трубки. На конце самых маленьких ответвлений образуются скопления крошечных воздушных мешочков, которые, если посмотреть на них в микроскоп, напоминают грозди винограда. Эти мешочки называются альвеолами. Они обеспечивают газовый обмен между легкими и кровью в процессе дыхания. Когда мы делаем вдох, воздух устремляется по легочным трубкам и надувает эти мешочки. Одновременно с этим сердце закачивает лишенную кислорода кровь в легкие, где многочисленные вены проходят вдоль легочных трубок и обвивают альвеолы со всех сторон, словно клубок шерсти. Так как у этих мешочков чрезвычайно тонкие стенки, то молекулы кислорода беспрепятственно проникают в кровь, где они прикрепляются к белку под названием «гемоглобин» и меняют его окрас с темного, практически черного, на ярко-красный. В то же время из крови в альвеолы поступает углекислый газ. Мы делаем выдох, и насыщенная кислородом кровь устремляется в левую часть сердца. Чтобы кровь не попала в бесконечный замкнутый цикл через легкие, левая и правая стороны сердца разделены сплошной мышечной перегородкой. Так что теперь ваша кровь отправляется в новое путешествие с целью разнести свежий кислород по всему телу.

Тук-тук, тук-тук. Вдох-выдох, вдох-выдох и так далее от рождения до самой смерти. Только вот в утробе кровь проходит совсем иной путь: она течет через пуповину, забирая кислород из плаценты. Наполнившись кислородом, кровь возвращается в ваше тело и попадает в правую часть маленького сердца. Отсюда она по идее должна была бы отправиться в легкие, однако в этих наполненных водой мешочках пока нет никакого кислорода, так что кровь срезает путь, через крошечное отверстие попадая прямиком в левую часть сердца.

Как только вы сделаете свой первый глоток воздуха, небольшой клапан навсегда закроет это отверстие, отправив вашу кровь по новому маршруту через легкие – с момента рождения и до конца ваших дней она будет течь именно так. Бывает, однако, и такое, что разделяющая половинки сердца щель так и не закрывается полностью. Это один из самых распространенных врожденных пороков сердца. Но, к счастью, в большинстве случаев щель все-таки самопроизвольно закрывается через какое-то время. Если же этого не произойдет, то с каждым ударом сердца небольшое количество крови будет проникать из левой его части в правую. Эта кровь будет проходить дополнительный круг через легкие, заставляя сердце выполнять лишнюю работу. Чтобы избежать чрезмерной нагрузки на сердце, большие щели закрывают хирургическим путем.

Кстати, насчет щелей в сердце. У меня для вас есть еще одна история о плодовой мушке. Представьте себе, в ее маленьком тельце тоже бьется примитивное сердце в виде трубки. В нем нет ни крови, ни вен, однако крошечная трубка пульсирует, перемещая все жидкости, окружающие органы насекомого. В 1980-х ученый Рольф Бодмер, выискивая ген, контролирующий развитие нервной системы у плодовой мушки, случайно наткнулся на ген, который, как оказалось впоследствии, играет решающую роль в формировании этой самой сердечной трубки. Если его разрушить, плодовые мушки становятся буквально бессердечными. Бодмер решил назвать этот ген «Железным дровосеком» в честь персонажа сказки «Волшебник страны Оз», у которого не было сердца.

Несколько лет спустя другая команда ученых изучила гены пациентов, которым провели операцию по хирургическому закрытию врожденной щели в сердце. У них у всех были обнаружены мутации в одном и том же участке пятой хромосомы. Не попадался ли похожий генетический код где-то еще? Как оказалось, у людей тоже есть вариация гена «Железного дровосека» (у нее, правда, более скучное название – Nkx2.5). То есть и у людей, и у плодовых мушек разные версии одного и того же гена используются для создания совершенно разных сердец.

Если же вас больше интересуют легкие, то толку от плодовых мушек тут будет мало. Подобно другим насекомым они получают кислород из воздуха совершенно не так, как это делаем мы. Если рассмотреть насекомое в увеличительное стекло, то можно увидеть небольшие отверстия вдоль всего его тельца. Эти отверстия впускают воздух, который затем распределяется по разветвленной сети крошечных трубок по всему организму насекомого. Решение простое и невероятно эффективное, но подходит только для небольших организмов, а для крупных особей вроде нас оно совершенно бесполезно: клеткам наших внутренних тканей кислорода не хватило бы. Вот почему насекомым так важно оставаться маленькими. Хотя примерно 300 миллионов лет назад по небу летали стрекозы размером с чайку, но такое было возможно исключительно потому, что концентрация кислорода в воздухе была гораздо более высокой, чем сейчас. Так что не волнуйтесь, можно вздохнуть спокойно: сегодняшний уровень кислорода не позволит этим гигантским насекомым вернуться.

С того момента, как перережут пуповину, нам, людям, никак не обойтись без пары легких, функционирующих должным образом. Уже через два месяца после зачатия вы начинаете тренировать дыхание, пропуская околоплодные воды через пока недоразвитые легкие. Ваша грудь ритмично вздымается и опускается, словно вы и правда там дышите. Теперь же, к шестому месяцу, ваши легкие доросли до массивной разветвленной структуры, а клетки продолжают неустанно трудиться, создавая новые альвеолы, – те самые крошечные воздушные мешочки на концах микроскопических ответвлений. Каждая новая альвеола расширяет рабочую поверхность легких, тем самым увеличивая и количество усваиваемого кислорода. Новые воздушные мешочки будут формироваться у нас примерно лет до восьми. К этому времени их количество достигнет порядка 300 миллионов.

В последние месяцы внутриутробного развития наши легкие берутся еще за одну жизненно важную задачу. Они начинают вырабатывать вещество под названием «легочный сурфактант», которое не дает легким слипаться на выдохе. При его недостатке возникает риск коллапса легких. Когда ученые в 1980-х годах научились производить искусственный легочный сурфактант, произошло резкое снижение уровня смертности недоношенных детей. Теперь врачи могут впрыскивать искусственный сурфактант в легкие детей, рожденных раньше срока.

Кроме того, недоношенных младенцев помещают в специальные инкубаторы – такие запечатанные кроватки для интенсивной терапии с прозрачными стенками. В них можно регулировать температуру, влажность и уровень кислорода. В случае необходимости врачи могут подсоединить малыша к аппарату искусственной вентиляции легких, чтобы он пропускал воздух через легкие. Современные технологии позволяют спасать детей, которые по всем показателям должны были бы умереть. Но вот интересно, будет ли когда-нибудь возможно выносить ребенка вне материнской утробы? В 2016 году двум исследовательским группам впервые в истории удалось вырастить в лаборатории эмбрионы человека возрастом более одной недели. На глазах ученых клеточная везикула прикрепилась к стенке пробирки, а затем продолжила развиваться еще две недели. Вполне возможно, ученым удалось бы и дальше сохранять эмбриону жизнь в искусственных условиях, однако по этическим соображениям и в соответствии с существующим законодательством эксперимент пришлось прекратить.

В детской больнице в Филадельфии ученые недавно протестировали на недоношенных ягнятах искусственную матку. Это устройство представляет собой наполненный искусственными околоплодными водами прозрачный пластиковый пакет вкупе с аппаратом, перекачивающим кислород и питательные вещества через «пуповину». Внутри пластикового мешка ягненок может глотать «околоплодную жидкость» и пропускать ее через легкие, тем самым формируя их. Ученые надеются, что эту технологию удастся в будущем использовать на благо людей, но подчеркивают при этом, что аппарат предназначен исключительно для того, чтобы помочь ребенку совершить трудный переход из воды на воздух. Простейший соляной раствор и «плацента» с машинным приводом никоим образом не смогут заменить сложнейшую среду живого человеческого тела.

Дополнительное время в утробе требуется, однако, не только легким. Последние месяцы играют исключительно важную роль и для развития мозга. На седьмом месяце мозг преодолевает важный рубеж. Если измерить его электрическую активность, то получатся синхронизированные, регулярные волны. А до этого срока тут наблюдались лишь случайные вспышки мозговой деятельности. Правда исследователи, изучив эти мозговые волны, обнаружили, что в матке плод большую часть времени спит. Из-за низкого уровня кислорода и успокаивающих веществ плаценты он бодрствует не более 10 % всего времени. В остальное время у него чередуются фазы спокойного и активного сна. В активную, быструю, фазу сна глаза за закрытыми веками совершают частые движения из стороны в сторону. Мозг, судя по всему, тоже просыпается ненадолго, хотя тело при этом продолжает спать: длинные, спокойные мозговые волны становятся короткими и быстрыми, характерными для бодрствующего человека.

Быстрый сон характерен для большинства млекопитающих и птиц, однако ученые до сих пор не пришли к единому мнению относительно того, какова истинная цель этой таинственной фазы сна. У взрослых людей каждую ночь эта фаза повторяется несколько раз, и именно тогда нам, как правило, снятся сны. Крысы, судя по всему, тоже видят сны. Например, о том, как подбираются к какому-нибудь лакомству. Ученые из Массачусетского технологического института в США измерили мозговую активность крыс, пробирающихся по лабиринту в поисках шоколада. После этого они изучали активность их мозга во время сна и обнаружили, что сигналы в обоих случаях исходят от одних и тех же участков мозга. Даже птички под названием «зебровые амадины» знакомы со сновидениями. Если верить ученым из Чикагского университета, то им снится, как они поют. Пока они щебечут какую-нибудь мелодию, каждый тон вызывает срабатывание определенных нейронов. Когда ученые следили за спящими птицами, то обнаружили активность тех же самых нейронов. Получается, птички будто продолжают петь – только не наяву, а во сне.

Снятся ли плоду в животе у мамы сны? Наверняка этого никто не знает, но достоверно известно, что в фазе быстрого сна он проводит гораздо больше времени, чем взрослые. У взрослых людей сумма фаз быстрого сна за ночь не превышает одной четвертой продолжительности всего сна, а у плода на быстрый сон уходит добрая половина всего времени, что он спит. Недавние опыты на мышах показали, что во время быстрого сна происходит очистка мозга: удаляются ненужные соединения между нейронами. Значит, эта фаза сна играет важную роль в формировании мозга. Может быть, именно для этого нам и надо смотреть по ночам сны? Ведь развитие мозга бесконечно: он продолжает меняться в течение всей жизни, пока мы дышим, учимся и запоминаем.

А до рождения – неважно, спите вы или бодрствуете, – ваш организм беспрестанно готовится к жизни за пределами материнской утробы. Начиная с седьмого месяца наш внешний вид уже не особо меняется. Ну разве что мы становимся все пухлее. На ручках и ножках образуются небольшие складки, а в последние недели вес увеличивается в среднем на 14 грамм в день.

Плод обзаводится обычным телесным жиром и еще так называемым бурым жиром. Клетки бурой жировой ткани – эксперты по выработке тепла и будут как нельзя кстати в холодном мире снаружи. Взрослым с холодом бороться гораздо проще, чем младенцам: у них больше мышц, и они могут свободно переместиться в место потеплее. В общем, по мере взросления мы теряем большую часть бурого жира. А вот у медведей, например, каждое лето образуется большое количество бурой жировой ткани, которая согревает их потом во время долгой зимней спячки.

В последние недели в утробе становится все теснее. Дни, когда вы могли свободно там ворочаться и кувыркаться, миновали. Ближе к концу придется лежать в той самой позе эмбриона – с прижатыми к груди коленями. Свободного места хватает только на то, чтобы толкать маму ногами под ребра и в живот. Если вы лежите в том же положении, что и большинство детей, то вскоре ваша голова упрется в начало родового канала. И вот тогда начнется самое интересное.