Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Проталкивание крови через сердце осуществляют клетки, которые можно описать как проводящие. Эта группа клеток, расположенная в верхней правой части сердца, образует так называемый синусовый узел. Проводящие клетки координируют работу всех клеток сердца, сообщая им точный ритм и позволяя крови проникать только в определенные отделы сердца и проходить только через определенные клапаны. Кровь проникает в верхние камеры, называемые предсердиями, а затем стекает в нижние камеры – желудочки, – которые примерно через полсекунды после этого сокращаются, так что кровь из одного желудочка поступает в легкие, а из другого – в систему циркуляции по телу. Это очень точный ритм, и поддерживать его чрезвычайно важно. Если он не соблюдается, сердце не может координировать распределение крови, и тело погибает. И все это зависит от электричества.

Работа проводящих клеток начинается с потенциала действия, но это не такой потенциал действия, как в нервной системе. Дело в том, что нет таких нервов, которые управляли бы сердечными мышцами, как скелетными. Сердце – одна большая мышца, но необычная. Это самостоятельная мышца, которая движется без нашего приказа: как известно, сердцебиение не подчиняется нашему контролю. За счет концентрации внимания и долгим тренировкам можно научиться замедлять сердечный ритм, но остановить его по своей воле, как закрыть глаза, не получится. Сердечная мышца, подобно нервным клеткам, создает собственный потенциал действия, только без участия химических синапсов.

Как же в таком случае потенциал действия передается от одной клетки к другой? Как сигнал проводящих клеток сообщается всем мышечным клеткам сердца? Оказывается, клетки сердечной мышцы соединены между собой не через обычные синапсы, а напрямую – скоростными электрическими “линиями связи”: через те самые щелевые контакты, которые я упоминала в предыдущей главе[143]. Эти “двери” в совмещенных гостиничных комнатах обычно остаются открытыми, так что сигналы могут свободно и мгновенно перемещаться между комнатами. То, что знает или чувствует одна клетка, тут же сообщается через открытую дверь соседней. Этот способ коммуникации примерно в десять раз быстрее сообщения через обычный химический синапс, поскольку в этом процессе не задействованы нейромедиаторы, преодолевающие пространство между клетками.

Как раз таким образом сердечный ритм передается из верхней части органа в нижнюю часть, гарантируя, что выходящая из сердца кровь всегда выталкивается наружу ровно за полсекунды до поступления новой порции.

Именно эту синхронную волну уловил Уоллер. Но его прибор был слишком примитивным и не позволял разглядеть детали, что стало возможным только после изобретения Эйнтховеном причудливой струны. И только тогда впервые стали видны зубчатые всплески, которые знакомы вам по телесериалам о врачах (или из личного опыта, если вы сами когда-нибудь проходили проверку на кардиографе).

Однако гораздо интереснее, что более точные измерения Эйнтховена позволили наблюдать не только за нормальной функцией сердца, но и распознавать, когда с сердцебиением что-то не в порядке. Его струна позволила не только визуально различать характеристики здорового и больного сердца, но и выявлять специфические признаки конкретных заболеваний, например, аномально низкую частоту сердцебиений. При этом состоянии, называемом брадикардией, кровь не может доставлять необходимое количество кислорода к мозгу и другим тканям, и люди с этим заболеванием часто страдают от головокружения, слабости или обмороков.

Мы начали использовать электричество для “починки” сбоящих сигналов задолго до того, как окончательно поняли механизмы их передачи и функции.

Искусственный водитель ритма

Искусственный водитель ритма (электрокардиостимулятор) родился на операционном столе в Пруссии в 1878 году. Катарина Серафин выжила после тяжелой хирургической операции по удалению злокачественной опухоли, но теперь ее сердце было прикрыто лишь тонким слоем кожи[144]. Немецкий врач Гуго фон Цимсен воспользовался этой редкой возможностью, чтобы стимулировать сердце механическим и электрическим способом, и это позволило понять, что на сердце можно влиять напрямую с помощью электричества. На основании предыдущих исследований, таких как эксперименты Альдини, было принято считать, что воздействовать на сердце с помощью электричества можно только через нервную систему.