Помните конструкторскую проблему, описанную в начале этой главы: как закрепить бесформенные легкие внутри грудной клетки? Прежде чем ознакомить вас с решением, я спрошу: «У вас есть дети? Они демонстрировали вам фокусы с помощью набора юного иллюзиониста? А может, у вас самих был такой набор?» Тогда вы наверняка помните два классических трюка, для выполнения которых не требуется вообще никаких особых навыков. Для первого фокуса надо наклеить на надутый воздушный шарик клейкую ленту, а затем проколоть его иголкой через эту ленту. Шарик не лопнет. Для второго трюка используют два обычных с виду игральных кубика из набора, которые, однако, имеют очень гладкую поверхность. Один кубик лежит на столе, а второй фокусник держит в руке и незаметно смачивает его нижнюю поверхность слюной. После этого он прижимает второй кубик мокрой стороной к первому и поднимает его. Нижний кубик прилипает и «магическим образом» поднимается вместе с верхним. То же самое происходит со стенкой грудной полости и легкими – правда, без всякой магии.
Рис. 1. Посредине между правым и левым легким находится сердце. Идущая вверх трахея и гортань связывают дыхательные пути с ротовой полостью
И стенка брюшной полости, и легкие покрыты гладкой тонкой пленкой, которая именуется плеврой. Один ее слой выстилает костную стенку грудной клетки изнутри, а второй – внешнюю поверхность легкого. Пространство между обоими слоями заполнено небольшим количеством жидкости. Если удалить из этой конструкции воздух, легкое прочно присасывается к стенке грудной полости, но в то же время сохраняет подвижность благодаря плевральной жидкости, которая обеспечивает скольжение слоев плевры относительно друг друга. Такое гениальное решение дает легкому возможность менять форму и автоматически подстраиваться под любое движение грудной клетки во время дыхания. Загвоздка лишь в том, что это соединение основано исключительно на свойствах вакуума и не предусматривает никакого запасного плана. Таким образом, если воздух попадает в пространство между стенкой грудной полости и легкими, они тут же опадают, словно мокрый мешок, – подобное состояние называется «пневмоторакс». Оно возникает достаточно часто при наружных, а иногда и при внутренних повреждениях. Грудная клетка дает хорошую защиту, но, когда на нее воздействует грубая сила, например чрезмерное давление или острый предмет, которым наносят проникающее ранение, защита не срабатывает.
Форма грудной клетки оптимальна с точки зрения устойчивости к давлению. С верхнего ракурса она больше напоминает эллипс, чем окружность, а при виде спереди имеет форму яйца, установленного острым концом вверх. Двенадцать ребер можно сравнить с прутьями клетки, объем которой увеличивается при вдохе и уменьшается при выдохе. Первые семь ребер (начиная сверху) являются «истинными», сзади они имеют подвижное соединение с позвонками посредством суставов, а спереди неподвижно соединяются с грудиной. У «ложных» ребер (с 8-го по 12-е) нет непосредственного соединения с грудиной: их передние концы либо имеют хрящевое соединение с ребрами, расположенными над ними, либо вообще ни к чему не прикрепляются (11-я и 12-я пары). Такая конструкция достаточно устойчива к ударам и давлению извне и в то же время обеспечивает подвижность при дыхании (см. рис. 2). Насколько прочна эта конструкция и какие экстремальные нагрузки она способна выдержать?
Рис. 2. Грудная клетка и диафрагма. Плоская мышца диафрагма имеет куполообразную форму и перекрывает нижнее отверстие грудной клетки, отделяя грудную полость от брюшной
«Профессор Ужас: краш-тесты с трупами!» – с таким заголовком вышла газета Bild в ноябре 1993 года. Что же произошло? Журналистское расследование показало, что ученые Гейдельбергского университета в 1970-80-е годы для изучения нагрузок на кости использовали человеческие трупы, в том числе и детские. Скандал? Но из исследований не делалось никакой тайны. В одном из экспериментов тело мертвого человека усаживали на переднее сиденье автомобиля, который затем на большой скорости врезался в препятствие. После этого тело вскрывалось для фиксации переломов ребер и внутренних повреждений. В другом эксперименте труп укладывался на твердое основание, а на грудную клетку в области грудины оказывалось нарастающее давление, пока кости не ломались. Вам это может показаться сценарием фильма ужасов, но на самом деле речь идет о всем доступных материалах из учебников по биомеханике или механике травматизма, которым уже более 50 лет. За подобными экспериментами скрывается научная логика: если вы хотите узнать, какую нагрузку может выдержать кость, ее надо сгибать, пока она не сломается. И лучше проводить эти опыты на трупах, а не на живых людях. Правда, одновременно возникают вопросы этического характера: допустимы ли такие опыты? Нужны ли они, и если да, то кто вправе дать на них разрешение? Какие цели могут оправдать подобные средства и есть ли вообще место этике в процессе познания? Не самые удобные, но оправданные вопросы.
Какие бы неприятные чувства у вас ни вызывали эти эксперименты, биомеханике вы обязаны очень многим, возможно, даже своей жизнью. Конструктор нашей грудной клетки учел множество обстоятельств, но он не рассчитывал на то, что будет изобретен автомобиль! Именно это изобретение участвует почти во всех случаях повреждения грудной клетки. Более половины всех дорожно-транспортных происшествий заканчивается травмами грудной клетки, а причиной одной трети всех смертей в результате ДТП являются повреждения грудной клетки и органов грудной полости. В начале 1970-х годов на дорогах Германии ежегодно погибало около 21 тысячи человек – непостижимая по нынешним временам цифра (для сравнения: в 2017 году 3177 погибших). Надо было что-то предпринимать, голова и грудная клетка нуждались в дополнительной защите. Но как это сделать? Эксперименты с человеческими трупами показали, что грудная клетка обладает огромной прочностью – она выдерживает давление до 400 килограммов, а чтобы кости начали ломаться, требуется вдавить ее не менее чем на 6 сантиметров. Правда, подобные нагрузки достигаются при ударе о руль даже на относительно невысокой скорости столкновения. Как же укротить эту силу и спасти жизнь водителей?
Результатом исследований стало появление сначала трехточечных ремней безопасности, а затем и подушек безопасности. Это уникальная история успеха биомеханики, потому что названные изобретения позволили сохранить миллионы жизней. Сегодня экспериментаторы работают уже не с трупами, а с манекенами, при конструировании которых были учтены результаты опытов на трупах. Конечно, о подобных вещах не рассказывают в школе, когда проводят классный час на тему «Кем работают мои родители». Но такова медицина, кому-то приходится этим заниматься.
Несмотря на ремни и подушки безопасности, повреждения грудной клетки в результате дорожно-транспортных происшествий – довольно частое явление и в наши дни, при лобовом столкновении на высокой скорости не спасут никакие защитные механизмы. От удара может сломаться одно или несколько ребер. Перелом одного ребра, как правило, неопасен и не требует специального лечения, но травма эта очень болезненная, и для полного выздоровления человеку нужно несколько недель покоя. Сильная боль объясняется повреждением очень чувствительной реберной плевры, которое дает о себе знать при каждом вдохе. Здесь важно хорошее обезболивание, так как щадящее дыхание способно привести к инфекции легких. Перелом сразу нескольких ребер намного опаснее, потому что может нарушиться стабильность грудной клетки, а это в свою очередь приведет к отказу механизма дыхания. Ситуация становится критической, если в результате внешнего повреждения внутрь грудной клетки попадает воздух или если осколки ребра повреждают поверхность легких. При нарушении вакуума между реберной плеврой и легким происходит коллапс легкого, человеку в этом случае грозит смерть от удушья. Врачи скорой помощи могут, введя снаружи трубочку, отсосать воздух и вновь стабилизировать легкое.
