Pompen en pijpen

Vital circuits. On pumps, pipes, and the workings of circulatory systems. Door Steven Vogel. Ill. door Rosemary Anne Calvert. New York, Oxford University Press., 1992. x + 315 blz. Prijs: ƒ 52,15. ISBN 0 19 507155 7

In elk menselijk lichaam zit een stelsel buizen met een gezamenlijke lengte van 100.000 kilometer - tweeëneenhalf maal de omtrek van de aarde. Door dit stelsel stroomt zo'n 5,2 liter van een multifunctionele suspensie. Dat hele volume wordt iedere minuut door een krachtige pomp het stelsel rondgestuwd - dat wil zeggen in rusttoestand. Bij hevige inspanning gebeurt het elke tien seconden.

Hart en bloedvaten verheugen zich pas in een brede publieke aandacht zodra er iets aan mankeert en ze moeten worden ontstopt, gerepareerd of vervangen. Maar alle hart- en vaatlijders ten spijt, bij de meeste mensen blijft het cardiovasculaire systeem een leven ofwel een miljard hartslagen lang perfect functioneren. En dat is niet minder dan een biohydraulisch wonder.

Het fractaal vertakte bloedvaatstelsel vervult een baaierd van functies. In de eerste plaats natuurlijk die van gastransport: het voorziet alle lichaamsweefsels, ook de meest verafgelegen, van zuurstof en voert op de terugweg het koolzuur af dat deze tijdens de verbranding produceren. Maar daarnaast werkt de bloedbaan als een flexibel verwarmings- c.q. koelsysteem, vormt het een communicatienetwerk voor groeifactoren en hormonen, functioneert het als patrouillegebied voor antilichamen en witte bloedcellen, is het een transportbaan voor glucose, vetten en andere metabole verbindingen, een riool voor weg te filteren afvalprodukten als ureum, en niet te vergeten een drukreservoir voor het oppompen van geslachtsorganen. Indien gewenst vervult het al deze functies tegelijk.

Vloeistofmechanica

In Vital circuits beschrijft de Amerikaanse zoöloog Steven Vogel de fysiologie, de materiaalkunde en de biomechanica van dit wonderbaarlijk flexibele en veelzijdige stelsel. Vogel, een vermaard deskundige op het gebied van de vloeistofmechanica in de biologie, is voor deze taak uitnemend gekwalificeerd. Een hartaanval vormde de benodigde prikkel om zich in het onderwerp te verdiepen en dit vervolgens voor een breed publiek uit de doeken te doen.

De noodzaak tot een bloedsomloop spruit direct voort uit onze meercelligheid. Eencelligen kunnen voor hun fysiologische behoeften toe met passieve diffusie. Diffusie gaat razend snel, maar uitsluitend over zeer korte afstanden. Grotere dieren zijn genoodzaakt om de zuurstof naar de juiste plek aan te voeren. Insecten doen dat via speciale luchtkanaaltjes (de tracheeën). De meeste andere meercellige dieren, waaronder alle gewervelden, door middel van actief transport. Ze vangen de ingeademde zuurstof op in speciale transportmoleculen (hemoglobine) in de rode bloedlichaampjes en pas wanneer deze zijn aangeland bij de cellen waarvoor de zuurstof is bestemd, wordt het gas losgelaten en diffundeert het naar binnen.

De binding van zuurstof en koolzuur aan hemoglobine is een kwestie van biochemie, maar de bouw en de werking van de pijpleidingen een van pure mechanica. Hartkleppen moeten honderden miljoenen keren kunnen buigen zonder te slijten. Slagaders moeten bij elke hartslag kunnen uitrekken om het weggepompte (onsamendrukbare) bloedvolume op te vangen (en toch voldoende stevig zijn om niet plotseling plaatselijk uit te stulpen). Het drukverval over het hele netwerk moet geregeld zijn. De stroming moet laminair zijn en niet turbulent. Het zijn maar enkele voorbeelden van problemen die moeten zijn opgelost voordat er ook maar van een bloedcirculatie sprake kan zijn.

Wet van Hagen-Poiseuille

Vogel behandelt voor een algemeen lezerspubliek materie die stof zou kunnen vormen voor een eerstejaarscollege biomechanica. De bouw van arteriën en venen, de werking van het hart, de warmtehuishouding, de wet van Hagen-Poiseuille, diffusie, het tegenstroomprincipe, alles wordt helder en begrijpelijk uiteengezet. Te prijzen valt dat Vogel daarbij steeds verder kijkt dan de mens, door ook andere diersoorten in beschouwing te nemen. Deze vergelijkende aanpak is bijzonder verhelderend, omdat hij laat zien hoe voor bijzondere problemen speciale oplossingen bestaan en voor algemene problemen alternatieve. Een medicus had zich ongetwijfeld schuldig gemaakt aan cardiovasculair antropocentrisme.

Vital circuits is Steven Vogels derde (semi-)populaire boek. De voorgangers, Life in moving fluids (1981) en Life's devices. The physical world of animals and plants (1988) waren bijzonderder, maar ook een stuk technischer. Vital circuits is wat nadrukkelijker bedoeld voor de algemene lezer. Het gevolg is een iets lagere informatie-dichtheid. Er staan wat meer terzijdes in en de toon is wat babbelender. Het lijkt erop alsof de uitgever tegen de auteur heeft gezegd: nu een boek over de bloedsomloop, maar graag iets meer op de knieën.

Het resultaat is, helaas, soms wel wat erg wijdlopig - de tekst had gemakkelijk met een kwart tot een derde kunnen worden bekort. En dan hadden de leuke intermezzo'tjes als het recept voor hart nog niet eens hoeven te vervallen.

Een tikje irritant wordt het wanneer Vogel simpele formules zelfs niet meer in een voetnoot afdrukt, maar uitsluitend met een grote omhaal van woorden navertelt. Het duurt daardoor soms even voordat je als lezer snapt welke doodeenvoudige betrekking er nu weer wordt bedoeld. Wat dat betreft is de aanpak in Life's devices (met een bescheiden hoeveelheid vergelijkingen in de tekst en een mathematische crash course in een appendix) een stuk bevredigender.

Maar dit is ongetwijfeld een kwestie van persoonlijke voorkeur. Vital circuits is een informatief, vlot leesbaar en hier en daar zelfs meeslepend boek, over een onderwerp dat men elders slechts behandeld vindt in droge leerboeken die een gewoon mens niet zo snel opslaat.

    • Felix Eijgenraam