Слушая сердце…
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Вот данные невозмутимой статистики: почти каждая вторая смерть в мире и каждый третий случай стойкой утраты трудоспособности — из-за сердца; его отказ — причина 70 процентов внезапных смертей, причем семь из десяти несчастливцев погибают еще на догоспитальном этапе — их не успевают довезти до больницы. В то же время специалисты-кардиологи полны оптимизма, убеждены в своих грядущих победах.
В былые времена было трудно представить, что мы сможем в клинике изучать сосуды сердца больного, определять визуально характер их поражений. Сто лет назад мы и думать не могли, что сможем за тысячи километров принимать по обычным каналам связи и расшифровывать электрокардиограммы. Тогда нельзя было даже предположить, что с помощью электронно-вычислительных машин специалист будет судить о размерах некроза мышцы сердца. Никто и не мечтал увидеть мельчайшие поражения миокарда и судить о состоянии капиллярного кровообращения в нем. Только фантазер мог бы всерьез говорить об ультразвуковой диагностике болезней сердца. Сегодня все это стало возможным, сделалось повседневной практикой кардиологов…
Стремясь понять, отчего и как сокращается мышца сердца, мы выясняем это теперь уже не только на уровне самой мышцы, не только на уровне клетки и даже не только на уровне клеточной мембраны, но и на уровне молекул. Молекулярная кардиология открывает перед нами многие тончайшие тайны сердца.
Пляшущие волокна
И все-таки «открывает» — не то слово, в этом убеждаешься, едва переступив порог научной лаборатории, где ведутся эти самые исследования. Каждую свою маленькую тайну сердце отдает с превеликой неохотой — нередко обманывает, толкает на ложный путь. И если что-то и удается у него выведать, то лишь ценой упорнейшего труда, искусных ухищрений, тщательных, многократных проверок.
— Что такое внезапная смерть? — говорит руководитель лаборатории электрофизиологии сердца кардиологического научного центра доктор биологических наук Леонид Валентинович Розенштраух.— По единодушному мнению ученых, это, как правило, смерть сердечная, связанная с нарушением ритма, особенно с самой тяжелой и опасной его формой — фибрилляцией желудочков, когда вместо четкого размеренного биения происходит хаотическая «пляска» волокон. Фибрилляция тесно связана с инфарктом, но никто пока не может сказать, где причина, а где следствие. До последнего времени считалось, что сначала человека поражает инфаркт, потом развивается сокрушительное «землетрясение» — фибрилляция. И порой замертво падает человек, который до того ни на что не жаловался, к врачам не ходил, был образцом творческого темперамента, энергии, высокой работоспособности. Непоправимый урон для семьи, трагическая потеря для общества! Ведь так умирают, как правило, мужчины «в соку», им бы еще работать и работать, да и сердца их еще слишком хороши, чтобы умирать!
Встал естественный вопрос: нельзя ли найти предвестники фибрилляции, чтобы хоть как-то заранее воздействовать на сокрушительное развитие событий?
— Словом, возникла идея,— улыбается Леонид Валентинович,— попытаться предсказать то, что в принципе непредсказуемо,— смерть-то внезапная.
Во многих странах начались интенсивные наблюдения над мужчинами определенного возраста, отягощенными достаточно обширным набором «факторов риска» — повышенным артериальным давлением, излишним весом, пристрастием к курению и выпивке, ведущими малоподвижный образ жизни, подверженными эмоциональным бурям. Сутками носили они на себе очень легкие, портативные электрокардиографы, беспрерывно регистрировавшие электрические потенциалы их уже «тронутых» сердец. Постепенно за огромным числом таких наблюдений увиделось нечто обнадеживающее: у многих «подопытных» мужчин были подмечены повторявшиеся формы неких нарушений ритма — одиночные экстра возбуждения желудочков, возникавшие в любое время суток, при любых обстоятельствах.
Человек спит, работает, гуляет, пьет с друзьями чай, а на его электрокардиограмме — зубец, чем-то неуловимо отличающийся от других подобных. Точного портрета этих «всплесков» пока создать не удалось, однако уже само ощущение их присутствия подстегивает поиски. Значит, какие-то предупредительные сигналы существуют!
Неоценимую услугу медицине могла бы оказать здесь биология, но ей для этого нужна была модель, хотя бы приближенно повторяющая явление. А модели инфаркта миокарда в природе не существует. Ни у одного вида животных, птиц, рептилий, насекомых в естественных условиях не бывает ни инфаркта, ни атеросклероза, только человек в процессе длительной эволюции «заработал» себе право болеть атеросклерозом и умирать от сердечного инфаркта. «Привилегия»! Но как ее обойти?
Чего только не делали с этой целью исследователи! К счастью, глухих тупиков в науке не бывает, то, чего невозможно достичь одними методами, рано или поздно подчиняется другим. Так было и с биологической моделью. Отчего развивается инфаркт? — терпеливо рассуждали экспериментаторы. Чаще всего он начинается с холестериновой бляшки, которая перекрыла сосуд и обескровила участок миокарда. При всем желании такую бляшку в сосудах животного образовать трудно. Тогда, может быть, поступить проще — перевязать коронарный сосуд и таким нехитрым способом лишить сердечную мышцу крови? Однако большинство животных после такой процедуры в течение нескольких минут погибало от фибрилляции желудочков. И лишь некоторые особи чудом выживали. Фибрилляция у них не возникала, но появлялись временные нарушения ритма сердца. Потом все утихало, а спустя 6—7 часов повторялось «второй волной», которая достигала максимума через 24 часа.
«Девятый вал» сокрушительных сердечных сбоев накатывал, как правило, именно спустя сутки. Возникло соблазнительное предположение: если научиться воздействовать на эти вторичные нарушения ритма, то не приблизится ли тем самым наука к возможности влиять на повторные инфаркты у человека? В таком направлении ведутся упорные поиски. В США созданы перспективные антиаритмические препараты — американский апрондин.
На каком материале? Современная биология, к счастью, установила, что те участки клеточных мембран, которые ответственны за электрическую возбудимость клеток сердечной мышцы, у человека и у животных устроены принципиально одинаково. Удобным объектом для исследования оказались ткани сердца лягушки — они непритязательны, не требуют строгого температурного режима, способны длительное время существовать в искусственной питательной среде и т. д. Но работа с ними сложная, если не сказать ювелирная.
…Очередная трабекула — тяж мышечных волокон предсердия лягушки — как раз полностью отпрепарирована и готова для изучения. На дне специальной чашечки, омываемой прозрачным питательным раствором, «растянут» препарат почти микроскопических размеров: толщина его — 75—100 микрон, длина — менее двух миллиметров. Его помещают в перфузионную камеру. Ученый настраивает микроскоп и показывает, как подогнать окуляры к моему зрению.
— Видите, — говорит Розенштраух, — в перфузионной камере пять отсеков. В крайних—изотонический раствор хлористого калия, в средних — раствор сахара, не пропускающий тока: это своеобразные электрические изоляторы. Посредине, в тестирующем отсеке, мы имеем возможность наблюдать за текущими по клеточной мембране ионными токами, они регистрируются осциллографами. Работа, сами понимаете, сложная, для медицины нетрадиционная.
— И есть уже результаты?
— Есть. Вот взгляните на таблицу: сверху — контрольная электрокардиограмма, снятая еще до эксперимента, — все в норме, ритм вполне четкий. Ниже электрокардиограмма, полученная через двадцать четыре часа после перевязки коронарной артерии животного,— полный хаос, волны беспорядочно «скачут», зубцы точно нанесены лихорадочно дрожащим самописцем. Можно не разбираться в сути, но отчетливо увидеть, что в сердечной мышце происходит нечто стихийное, каждый участок волокон «пляшет» под свою музыку.
Следующая электрокардиограмма снята после введения этмозина. Полюбуйтесь, какая спокойная, уравновешенная картина, никаких завихрений, зубцы подчинены строгому ритму. Очевидно, что все пришло в норму. Мы уже знаем, что этмозин — вполне эффективный антиаритмический препарат. Однако испытываем его во всех мыслимых направлениях, чтобы установить интимные механизмы его действия. Дело дошло уже до того, что можно анализировать и некоторые итоги клинического применения. Примерно у шестидесяти процентов больных этмозин устойчиво нормализует повторные нарушения ритма сердца, причем даже в тех случаях, когда другие лекарства не помогают. А вот предотвратить спонтанное развитие первичной фибрилляции желудочков препарат, увы, не в состоянии. Но все это самые первые выводы. Предстоят еще сложные исследования, на них уйдут, видимо, годы.
— Но здесь важен любой успех. Темпы нашей жизни в обозримом будущем станут, я думаю, все убыстряться,— говорил Леонид Валентинович, останутся напряженные сроки всяких заданий, планов, еще более ужесточится лимит времени… Так что будут и инфаркты: организм человеческий неизбежно изнашивается, особенно при повышенных скоростях. Как же его поддержать? Как дать людям возможность трудиться и жить без тревожной оглядки на преждевременный «сбой» сердца? Тут-то и сможет пригодиться наша антиаритмическая терапия. Как видите, мечтаем мы о возможности «запускать» сердца, которые вот-вот готовы остановиться.
Пятью пять — двадцать шесть…
Хорошо поставленный научный поиск часто приводит не только к той цели, ради которой он предпринят, но и к «побочным», подчас еще более важным результатам.
Биохимиков Кардиологического центра очень интересовало, как поведет себя после перевязки внутрисердечных артерий аденозинтрифосфатная кислота (АТФ), которая признана универсальным источником энергии в организме и носит даже титул «энергетической валюты» клеток. Считалось общепринятым, что АТФ, возникающая в результате окисления в присутствии кислорода, жирных кислот и глюкозы, затем «просачивается» (дифундирует) к тем местам, где нужна энергия. Логично было предположить, что после искусственной перевязки сосудов дефицитной на месте действия окажется именно АТФ. Но сколько ни брал точных проб, повторно изучая уже «обкатанные» другими исследователями реакции, биохимик Валдур Аугустович Сакс, он неизменно убеждался: на рабочих участках сердца исчезает не АТФ, а другое низкомолекулярное соединение — креатинфосфат. Удивительно, да и только! Наверное, так же чувствовал бы себя на его месте математик, который, умножая пять на пять, упорно получал бы цифру 26.
Что могло это значить?
Научное мышление, заметил некогда философ Гегель, «в действительности по своей сути есть отрицание того, что лежит непосредственно перед нами». Но как трудно дается человеку на практике это самое отрицание! Сакс знал, что креатинфосфат расщепляется в сердечной клетке особым ферментом — креатинфосфаткиназой и стал придирчиво изучать ее работу. Удивление еще более укрепилось, да, энергию рабочим частям сердечной клетки, как это ни парадоксально, несет креатинфосфат. Что же получается: все до него ошибались? С такими вещами в науке не шутят. Наблюдения Сакса проверили другие исследователи.
Оказалось, что не только у животных, в эксперименте, но и в клинике происходит то же самое: когда нарушается питание сердечной мышцы, например при инфаркте миокарда, в ней быстро снижается содержание именно креатинфосфата. И он, а не АТФ, присутствует в тех местах, где для работы сердца требуется наибольшее количество энергии.
Для проверки необходимы были опыты на живой ткани миокарда. И тут на помощь пришла все та же трабекула — полоска тканей сердца лягушки. Оказалось, что если омывать ее питательным раствором, то уже через 7—8 часов сила сокращений волокон уменьшается на 65—70 процентов и в такой же пропорции падает содержание креатинфосфата, присутствие же АТФ почти не меняется. Но достаточно бывает добавить в питательный раствор креатин, как сила сокращений «полоски» восстанавливается и быстро нормализуется содержание креатинфосфата. Таким образом, в руках ученых оказался мощный «химический рычаг», с помощью которого можно, в конечном счете, влиять на силу сокращений мышцы сердца — миокарда. А кто не знает, что именно с критическими нарушениями ритма сердцебиений чаще всего приходится сталкиваться врачу при лечении больных, страдающих острой сердечной недостаточностью.
«Вычертив» совместными усилиями новую, выверенную во всех деталях схему переноса энергии внутри сердца, биохимики, биологи и врачи внесли недостававшую и столь необходимую лечебной и теоретическом медицине ясность в вопрос о механизма нарушения нормальной деятельности основного мотора жизни — человеческого сердца. Да, порой врачи не только лечат болезни и занимаются сопутствующей бюрократической деятельностью, как выдача врачебных справок (к слову больше о выдачи таких справок можно узнать на сайте https://doktorplus.online/), но и проводят настоящие научные исследования.
Для ученых не было новостью, что сердечная недостаточность способна возникать не только из-за нарушений в подаче работающему миокарду энергии. Нередко причиной «сбоя» могут стать изменения в обмене кальция, поскольку его ионы играют роль активных двигателей в сократительном аппарате сердечных клеток: сердце нормально расслабляется и сокращается благодаря тому, что в клетках миокарда циклически меняется концентрация кальция.
Группа ученых нашла и детально изучила систему, осуществляющую эту тонкую работу. Она получила название «кальциевый насос». В ходе исследования удалось выявить комплекс ферментов, влияющих на перенос кальция внутри клеток. Ученые обратили также внимание на гораздо большую, чем считалось прежде, роль внутриклеточных мембран (и ферментов этой системы), ответственных за удаление из мышечных волокон кальция. Все это открыло новые возможности направленно вмешиваться в этот процесс, серьезно влияющий на биения сердца.
И раньше было ясно, что в ходе азотистого обмена в клетках сердечной мышцы обязательно должен возникать токсический продукт — аммиак. Но куда он девается, как сердце избегает его вредного накопления? Получен ответ и на эти вопросы: обязанности сердечного «мусорщика» — удалителя аммиака — выполняет особое вещество аргиназа. Характерно, что именно в инфарктной зоне активность этого фермента неизменно и резко возрастает: саморегулирующаяся система — сердечная мышца — с его помощью защищается от вредящего влияния аммиачных отходов. Попутно прояснилось значение и другого продукта азотистого обмена — таурина: он охраняет миокард от отравления (в частности, гликозидами) и поддерживает сердечный ритм.
Все же вместе взятые вновь изученные механизмы (транспорта энергии и кальция, азотистого обмена) играют, как теперь доказано, первостепенную роль в тех случаях, когда сердцу надо быстро приспособиться к изменившейся обстановке. Любые нагрузки, болезни, иные влияния ни за минуты, ни за часы, ни даже за недели не исчезают, сердцу часто требуется не только оперативная, но и гораздо более глубокая, длительная перестройка. Каким законам она подчиняется, какими механизмами приводится в действие? Постепенно ученые разгадали и этот запутанный «ребус»: перестройка сердечной мышцы всегда зависит не только от текущих в каждой клетке определенных биохимических реакций, но еще и от работы ее генетического аппарата.
Ученые вскрыли очень важную общую закономерность: обычно, когда возрастает нагрузка на сердце, в клетках миокарда рождается особый сигнал, активизирующий работу расположенного в клеточном ядре генетического аппарата. В результате повышается синтез нуклеиновых кислот, белков и постепенно увеличивается размер самой сердечной мышцы. Такой ее рост повышает мощность сердца, и это в какой-то мере предотвращает развитие острой его не достаточности. Однако если нагрузка (или болезнь) упорно утяжеляется, то рост ключевых структур не поспевает за увеличением массы, и такое раздавшееся (гипертрофированное) сердце впадает в состояние хронической недостаточности.
Любому кардиологу знаком вид задыхающегося больного с лиловыми губами, раздутым животом, отечными ногами, который сидит ночи напролет, судорожно ловя ртом воздух. У недостаточности кровообращения великое множество причин: ишемическая болезнь, ревматизм, хронический легочный процесс — всех не перечесть. Однако у койки такого страдальца чаще всего уже нет времени разбираться в истоках недуга. Какая, в конце концов, разница пожарным, приехавшим тушить пламя, отчего оно возникло. Но врач наших дней не желает мириться с ролью пожарного, даже принимая в остром цейтноте экстренные, спасательные меры, он все больше задумывается над тем, как предотвращать такие несчастья. А для этого куда важнее знать и причину (ту самую змею, которая в восточных сказках вползает в голову принца, или бесов, вселяющихся в тело евангельского бесноватого), и ход развития болезненного процесса, приметы его начала, его промежуточные стадии.
Причуды гипертонии
Повышенное артериальное давление — одна из наиболее частых причин сердечно-сосудистых катастроф. По данным ВОЗ, в крупных индустриальных странах от 10 до 15 процентов взрослых страдают гипертонией. В США 24 миллиона таких больных. В Швеции у 55 процентов мужчин в возрасте от 43 до 46 лет систолическое давление превышает опасный порог — 160 миллиметров ртутного столба. Сотрудники Института кардиологии имени А. Л. Мясникова около двух лет вели динамические наблюдения за работниками ряда крупных промышленных предприятий, за посетителями одной из районных поликлиник столицы и убедились: около сорока процентов мужчин в возрасте «за сорок» страдают гипертонией. Несмотря на столь широкое распространение недуга и на его зловещую роль для судеб миллионов людей, наука пока не знает ни истинных его причин, ни механизмов развития. Усугубляет положение то, что подкрадывается болезнь незаметно и долго не дает о себе знать — убийца действует скрытно, бесшумно.
Для всякого врача на первый взгляд кажется очевидным: выявил больного — лечи! Но сам-то он ни на что не жалуется, чувствует себя вполне здоровым. Что же, навесить ему ярлык «гипертоник», лишить покоя, заставить мнительно прислушиваться к своим ощущениям? Нельзя так поступить и потому, что только у двух из десяти лиц с неустойчивым давлением болезнь со временем действительно укореняется, обретает очерченные «нозологические» формы, у пятерых же состояние на протяжении долгих десятилетий остается на той же «колеблющейся» грани, а у трех и вовсе все само собой приходит в норму. Вот и получается, что первостепенная задача науки — научиться заранее выбирать потенциально больных, чтобы на них сосредоточивать свое оберегающее влияние. Охота за этими способными насторожить показателями ведется во всем мире. И копилка медицины не остается пустой.
Врачи заметили, например, что первыми переходят рубеж болезни те, у кого имеется наследственная отягощенность: отец, мать, кто-то другой из близких родственников страдал стойко повышенным артериальным давлением.
Ученые, исследовавшие кровообращение при неустойчивом артериальном давлении, ожидали, что высокий «выброс» крови в сосуды во время сокращения сердца (систолы) тоже должен свидетельствовать о приближении гипертонии. Однако расчеты не оправдались. Стив Джулиус — американский ученый, отдавший много труда и времени этой проблеме (коллеги в шутку назвали его «Мистер Пограничная Гипертония»), доказал, что в прогностическом плане гораздо опаснее как раз повышение не систолического, а диастолического давления крови.
Вообще гипертония многообразная, сложная проблема, связанная с множеством неожиданностей. Вот на приеме пациент. Гипертонии у него всего ничего — вполне безобидные, правда, повторяющиеся подскоки давления. Неоткуда они? Возникает опасливая мысль: нет ли тут воспаления почек — нефрита? Исследуешь — никакого нефрита! Но зато есть довольно выраженные отложения в стенках сосудов гиалино-белковой массы. И такой сюрприз, заметьте,— почти у каждого третьего из этой пограничной группы. Но мы-то знаем, что гиалиноз почек — свидетельство уже продвинутой формы гипертонии. Вот и разгадывай: кто перед тобой — уже оформившийся больной или больной под вопросом?
Основатель Института кардиологии академик А. Л. Мясников давно, намного раньше других, обратил внимание на больных с повышенной активностью почечного гормона — ренина. Долго роль этого вещества оставалась неясной, в чем-то даже загадочной. В норме ренин вырабатывается в ответ на понижение кровяного давления, а когда оно достигает нужного уровня, его выделение прекращается. Но в каких-то случаях этот, обычно безупречно действующий «выключатель» отказывает. Надпочечники тогда продолжают усиленно выбрасывать в кровь другой свой гормон — альдосторон. А у него «специальность» прямо противоположная — удерживать в организме соль и таким способом повышать артериальное давление. В результате такой непредусмотренной аварии кровяное давление может достигать смертельно опасных величин.
Как вода исподволь точит камень, так и повышенное давление постепенно «изводит» коронарные сосуды. Для этого требуется обычно время, годы. С тем большим недоумением встречают врачи людей, у которых уже с самого начала повышения кровяного давления в болезненный процесс оказывается вовлеченным сердце. За этими пациентами приходится наблюдать особенно бдительно, чтобы не проглядеть катастрофу.
Выявлено и множество иных настораживающих примет. Так, существует вполне определенная зависимость между чрезмерным весом тела и гипертонией. Американские ученые считают, что для питания каждого лишнего фунта жировых клеток требуется целая миля капилляров. Влияет на развитие болезни количество потребляемой соли. Например, на севере Японии, где жители ежедневно поглощают очень много соли, почти каждый второй страдает от гипертонии и ее осложнений. Сказывается на уровне артериального давления и характер работы, если она стрессовая, то и риск гипертонии в разы выше.
Вот и получается, что до тех пор, пока каждый врач не может дать четко обоснованный, недвусмысленный прогноз — разовьется ли у его пациента гипертония, он обязан принимать все меры, чтобы уравновесить колеблющееся давление. Этим он еще на дальних подступах выбивает почву из-под множества могущих возникнуть сердечных и мозговых катастроф. Очень плохо, что сегодня многие вполне будничные, часто даже малозаметные кризы давления проходят мимо нашего внимания. Тем более важен настойчивый поиск новых и новых предвестников и ранних симптомов зарождающейся болезни. С успехом этой работы связаны надежды уменьшить угрозу жизни многих людей, ибо ныне нет сомневающихся в том, что существует самая прямая, научно прослеживаемая связь между уровнем кровяного давления и преждевременными, внезапными катастрофами, трагической гибелью людей от сердечной либо мозговой недостаточности.
Автор: А. Черняховский.