Kalbin verimliliği ne kadardır?

İnsan kalbinin termodinamik verimliliği ortalama yüzde 15 ile 25 arasındadır. Tükettiği kimyasal enerjinin sadece yaklaşık dörtte birini kanı pompalamak için mekanik işe dönüştürür. Kalan büyük kısım ısıya dönüşür ve bu kayıp vücut sıcaklığının dengelenmesine harcanır. Kalbin santrifüj veya dişli bir çark yerine odacıklı bir deplasman pompası gibi çalışması ise bir tesadüf değil, biyolojik bir zorunluluktur.

İlk temel engel, dokuların canlı kalma ihtiyacıdır. Bakteri kamçısı tek bir moleküler motordur ve hücresel dolaşım bağlantısı olmadan serbestçe dönebilir. Milyarlarca hücreden oluşan makroskopik bir organda sürekli dönen bir mil veya çark tasarlamaya kalktığınızda, o parçayı besleyecek kılcal damarları ve sinirleri nereye bağlayacaksınız? Dönen bir yapının içine giren tüm damar ve sinir ağları ilk birkaç turda burulup kopardı. Biyolojik dokular harici kablolara sahip değildir, bizzat kanlanmak zorundadır.

İkinci neden, kas dokusunun temel mekaniğidir. Kas liflerimiz aktin ve miyozin proteinlerinin birbiri üzerinde kaymasıyla sadece tek bir doğrultuda kasılır. Bu doğrusal hareketi dönme hareketine çevirmek için biyolojik bir krank mili veya dişli kutusu üretmek, evrimsel açıdan anlamsız bir mekanik karmaşa yaratırdı. Kalp kası bir odacığın etrafını sarıp kasıldığında hacmi doğrudan daraltır ve sıvıyı ileri fırlatır.

En kritik faktör ise kanın kırılgan yapısıdır. Kan, borularda dolaşan cansız bir hidrolik yağı değildir. İçinde alyuvarlar, akyuvarlar ve pıhtılaşma pulları taşıyan canlı bir hücre süspansiyonudur. Dakikada binlerce devir dönen dişliler veya santrifüj pervaneler, oluşturdukları yüksek kesme gerilimi nedeniyle bu hücreleri parçalar. Tıpta mekanik hemoliz olarak bilinen bu durum, yapay kalp pompası tasarlayan mühendislerin de en büyük kabusudur. Hızlı dönen mekanik parçalar alyuvarları patlatır, açığa çıkan hemoglobin böbrekleri tıkar ve aktive olan trombositler ölümcül pıhtılara yol açar.

Odacıklı ve kapakçıklı yapı, kanı hücrelerini ezmeden nazikçe aktarır. Kalp, dinlendiği kısa gevşeme evresinde kendi koroner damarlarını besler ve ihtiyaca göre debisini anında ayarlar. Kurgusal dizilerdeki pürüzsüz makinelerin aksine doğa, gösterişli çarklar yerine bu dayanıklı ve hücre dostu biyolojik tulumbayı tercih etmiştir.