На рассвете «Четвертого дня землетрясения» пленник, одетый как бог Солнца Тонатиу, был доставлен на платформу к «Календарному камню». Четыре жреца распластали жертву, а пятый ножом из обсидиана вскрыл грудь и вырвал сердце.
Культ трепещущего сердца, принесенного в жертву богу, у ацтеков и друидов символизировал проходящий через каждого человека небесный путь Солнца. С самых древних времен человек сознавал, что в груди у всех живых существ бьется нечто таинственное, от чего зависит жизнь и смерть. Позже пришло понимание того, что с сердцем как-то связана и эмоциональная жизнь человека. Его наделяли способностью быть твердым или нежным, любить или ненавидеть, горевать или радоваться. Поэты слагали о сердце легенды, ваятели и зодчие возводили в его честь храмы.
Справедливо ли это с точки зрения сегодняшних представлений? Каждый знает по себе - да. Как и тысячи лет назад, мы в острых жизненных ситуациях прикладываем руку к левой стороне груди и не так уж редко приносим сердце в жертву, правда, в отличие от древних, не ножом из обсидиана, а неосторожным резким словом, несоразмерной нагрузкой.
А какая нагрузка соразмерна? Что за таинственные связи держат сердце в плену эмоций? Как сохранить и сберечь этот всемогущий и столь уязвимый орган, который у современного человека все чаще и чаще выходит из строя и обрывает жизнь во все более и более молодом возрасте. Что мы делаем не так?
Сердце и эмоции. Сердце и здоровье. Как зарождаются и развиваются ишемическая болезнь, гипертония, аритмия, сердечная недостаточность? Почему существует «внезапная» смерть? Сотни лет задают себе медики эти вопросы, тысячи исследователей всех времен пытались выяснить, что же такое сердце, проникнуть в тайны его работы.
Строение сердца, схема кровообращения изучены достаточно хорошо. Во Франклиновском научно-исследовательском институте в Филадельфии посетители могут побывать «внутри» сердца. Выставленная в институте модель из пластика, дерева и проволоки имеет 6,4 метра в высоту и 8,4 в ширину. По лесенкам можно забраться в предсердие и желудочки, ощутить записанные на магнитофонную ленту биения, посмотреть, как запирают отверстия клапаны, как функционируют стенки и перегородки.
Существуют десятки способов снять электро- или фонограмму сердца, проанализировать его «мелодию» или «шумы», проводимость биоэлектрических импульсов. Найдено много химических, растительных и, как мы теперь знаем, «живых» медикаментозных средств, которые помогают сердцу в трудную минуту, облегчают его работу. Даже после такой страшной и когда-то, безусловно, смертельной болезни, как инфаркт, ныне 80 процентов больных выздоравливают и в нашей стране, например, возвращаются к прежней работе. Это ли не победа?
«Все это очень важно и хорошо. Но этого недостаточно,- утверждает Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии академик Е. И. Чазов. - Число заболеваний сердца и сосудов во всем мире продолжает неуклонно расти. По данным Всемирной организации здравоохранения, смертность от этих недугов среди людей 35 - 44 лет увеличилась за последнее время на 60 процентов. Если по-прежнему сидеть у постели больного с лекарствами и кислородной подушкой, это не приведет к пониманию того, как работает система. А без этого далеко не продвинешься. Мы обязаны найти радикальный путь не только лечения, но и предупреждения болезней. Для этого необходимо прежде всего досконально узнать, что же такое сердце. Узнать до тонкости. На уровне молекул и клеток изучить обмен веществ в сердечной мышце, способы накопления и потребления энергии, тонкие механизмы развития и обновления тканей...»
Итак, впервые по-иному сформулирована задача. Не просто - «лечить сердце». Не только - «помочь сердцу». Но прежде всего спросить у самого сердца, а нравится ли ему, как его лечат? Хочет ли оно, чтобы на него воздействовали так, как это умеет сейчас человек?
Разные вещи - психология врача и психология исследователя. Редко они объединяются в одном человеке. Редко сочетается понимание того, что надо клинике, и предвидение, на каких путях это надо искать. Как, преодолев профессиональный барьер, сказать себе, что медицинским исследовательским учреждениям обычного типа не под силу даже постановка такой задачи, не говоря уже о ее решении, что обязательно нужна совместная работа врача и ученого высокой квалификации? Мало того. Нужен комплексный охват проблемы разными учреждениями, потому что даже самый блестяще оснащенный институт не может иметь полного комплекта узких и разносторонних специалистов. А без этого нельзя получить качественно нового знания.
Сегодня, когда Всесоюзный кардиологический научный центр (ВКНЦ) уже начал «выдавать продукцию», все кажется само собой разумеющимся. Между тем поначалу не так-то просто было руководителю центра Е. И. Чазову доказать своим коллегам-медикам, почему чисто медицинскому учреждению необходимо выделять больше половины бюджета многочисленным лабораториям, которые ни сегодня и даже ни завтра, ничего, по всей видимости, больному не дадут. Почему теоретическое руководство исследовательской работой целесообразно поручить не кардиологу, и даже не медику, а выпускнику Ленинградского университета доктору биологических наук, профессору В. Н. Смирнову, убедить своих коллег, что он способен стратегические идеи клинициста перевести на конкретный биохимический язык научных задач лаборатории. Почему необходимы были кадры только из самых лучших университетов, от первоклассных учителей - в центр шли ученики академиков С. Северина, А. Спирина, членов-корреспондентов АНР И. Березина, В. Скулачева. И, наконец, почему Кардиологическому центру, объединяющему и направляющему весь многокомпонентный комплекс теоретических исследований сердца, сотрудничающему с Институтом биоорганической химии АН, институтами ГДР и Венгрии, Вандербилтским университетом в Нэшвилле (США) и другими, жизненно необходимы сотрудничество с Центральным институтом усовершенствования врачей и собственная клиника, где больные постоянно перед глазами, безмолвно напоминают и ждут и немедленно получают все, что найдено. Больные, в которых и смысл, и конечная цель всей глобальной стратегии поиска.
Что ж, Кардиологический центр - это принципиально новый тип организации научных исследований в стране, головное учреждение, ответственное за научные программы в области кардиологии, за завтрашний день клинической помощи. Радикальные перемены всегда требуют определенной психологической перестройки. Зато сейчас коллектив ВКНЦ - единый организм, четко решающий поставленные задачи. В нем созданы сильные, профессионально подготовленные группы по каждой проблеме, стремящиеся найти «подходы к сердцу».
Сердце - необыкновенно сложный орган, идеально сконструированный природой, единственная мышца, которая ни на секунду не прекращает трудиться всю жизнь. Но при всей своей сложности оно выполняет единственную функцию - прокачивает кровь через систему сосудов. С силой сокращая стенки, сердце выталкивает и гонит кровь в самые отдаленные участки тела, доставляя им кислород и питательные вещества. При расслаблении, наоборот, создает отрицательное давление в венах, чтобы отсосать, извлечь из тканей отработанную кровь, насыщенную углекислотой и другими «шлаками» - продуктами жизнедеятельности клеток. Каждую минуту здоровое сердце выбрасывает 70 волн крови - импульсов жизни. Легкая физическая нагрузка, например спокойная прогулка, заставляет увеличить число сокращений до 80 - 85. Быстрый бег при тренированном сердце поднимает эту величину до 130 - 140. При этом в сосудистое русло поступает вместо четырех - семи до 15 литров крови. Значит, сердце, прежде всего, мощный насос. Так, собственно, его и изучали столетиями. Но попробуем вместе с учеными посмотреть на эту его функцию с точки зрения клеточной и молекулярной кардиологии, изучающей процессы обмена веществ в здоровом и пораженном болезнью миокарде. Познакомимся подробнее лишь с несколькими направлениями из фундаментальных исследований, подсказанных первоначально понятием сердце - «насос».
- Работать с человеческим сердцем биохимику трудно,- рассказывает академик АМН В. Н. Смирнов, заместитель генерального директора ВКНЦ по экспериментальной кардиологии, лауреат Ленинской премии.- Ни проникнуть в него, ни взять пробу нельзя. В основном мы ведем эксперименты с лабораторными моделями и препаратами сердца животных - крыс, голубей, лягушек... Наметить задачи исследований нам помогли клиницисты. Ведь если сердце - насос, можно посмотреть, что мышца сердца забирает из крови, а что выбрасывает. Так родился замысел экспериментов по азотистому обмену - один из первых, подсказанных Е. И. Чазовым для совместных разработок Отделением неотложной кардиологии и лабораторией метаболизма миокарда. При каждом сокращении сердца его клетки потребляют кислород и высвобождают аммиак - сильно токсичное соединение. Накапливаясь, это соединение может остановить многие обменные процессы в миокарде. Поэтому мудрая природа предусмотрела сложный механизм нейтрализации аммиака, так называемую реакцию трансаминирования.
Казалось, это «чистая наука» - изучение важной реакции обмена. Однако всякая «чистая наука» часто оказывается весьма полезной для практики, причем с самых неожиданных сторон. Углубленные анализы выявили, что обмен аммиака в ткани сердца, в отличие от постоянных обменных реакций, проходит у разных пациентов по-разному. У ряда больных почему-то «скачет» величина необезвреженного аммиака на выходе из сердца. Тогда уже специальными анализами исследовали кровь пациентов, страдавших ишемической болезнью, и обнаружили, что не только обострение болезни, но любое небольшое нарушение сердечной деятельности вызывает резкий разлад механизма нейтрализации аммиака. При болезни сердце может нейтрализовать аммиак, образуя мочевину. Ее содержание становится в 5 - 10 раз выше, чем в ткани нормального сердца. Как это происходит, пока не совсем ясно. Это задача дальнейших исследований.
Данные по изменению азотистого обмена сердца у больных ишемической болезнью, и в частности инфарктом миокарда, полученные в Кардиологическом центре, нашли подтверждение как в клиниках страны, так и за рубежом. Исследования азотистого обмена сердца в эксперименте и клинике сейчас выходят на новый уровень: в совместных работах ВКНЦ АМН и Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина АН начато изучение скоростей отдельных реакций азотистого метаболизма сердца с применением безвредного тяжелого изотопа азота -15 и сложной техники масс-спектрометрии. Это позволит оценивать начало перестройки обмена у больных еще на таких стадиях заболевания сердца, когда болезнь только приближается. Для клиники сегодня нарушения азотистого обмена сердечной мышцы - важный показатель болезнетворных проявлений, развития сердечной недостаточности.
Для того чтобы маленькому - с кулак - насосу безостановочно выполнять гигантский объем работы, качая десять тонн крови в сутки по малому и большому кругу, надо иметь бесперебойное снабжение энергией. Как организовано это снабжение? Что представляет собой сердце, как мотор, вырабатывающий энергию? Так родилась задача, к решению которой надо было подходить с трех сторон - химико-кинетической, электрофизиологической и биохимической.
Каждая клетка сердца выполняет свою работу с максимальной эффективностью. Было известно, что в сложных биохимических циклах окисляются с участием кислорода глюкоза и жирные кислоты, превращаясь в углекислоту. При этом образуется энергия в форме специфических молекул, аденозинтрифосфорной кислоты и креатинфосфата, получивших сокращенное название АТФ и КФ. Эта энергия, в частности молекулы АТФ, образуется и хранится, как в аккумуляторах, в особых клеточных образованиях - митохондриях, как бы в мешке из двойной мембраны, своеобразном пузырьке - защитном барьере любой клетки. А когда АТФ становится необходима для сокращения мышечной ткани, она используется совсем в других образованиях клетки - миофибриллах. Таким образом, внутри клетки места выработки, хранения и использования энергии разделены пространством. Как же они объединяются? Кто дает сигнал на подачу энергии для сокращения? Кроме АТФ, энергия существует и в виде КФ, открытого еще в 1927 году. Считалось, что КФ - один из способов запасать энергию, если возникает ее избыток.
Исследователи Кардиологического центра - группа кандидата химических наук В. Сакса, как специалиста по химической кинетике, и доктора биологических наук. Л. Розенштрауха, как электрофизиолога,- доказали, что такие представления совершенно неправильны, и роль креатинфосфата куда более активна и важна. Им удалось создать и описать количественную модель переноса энергии внутри клеток, по которой АТФ - рабочая энергия, а КФ - транспортная форма. АТФ, образуясь в «электростанциях» - митохондриях, там и будет находиться, пока путем сложных превращений не примет форму КФ. В свою очередь КФ, попадая к «потребителю», не может самостоятельно действовать на сократительный центр - систему миофибрилл, а вновь превращается в АТФ.
Выяснилась и такая любопытная и важная для клиники деталь при заболевании, когда сердце не может сокращаться в полную силу, в первую очередь падает количество не «рабочей» энергии - АТФ, а исчезает чуть не до нуля транспортная форма - креатинфосфат.
В этой работе по совместной программе участвовали и американские ученые, в частности доктор Шелл из Лос-Анджелеса и доктор Виале из Балтимора. В. А. Сакс ездил в лабораторию доктора Уильямсона в Филадельфию, где начал работы, продолженные затем в Москве.
Рассуждая теоретически, раз не хватает именно транспортной формы, то есть потребитель не получает нужную порцию энергии и это вызывает нарушения функций сердца, то ведь можно ему этот «паек» доставить. Причем совсем не обязательно доставлять энергию оттуда, где она производится. Можно вмешаться где-то по пути и искусственно снабдить энергией изнемогающее от ее недостатка сердце.
Нужно вмешаться в перенос энергии.
Тоненькая полоска - всего в миллиметр - вырезана из сердца лягушки. Полоска бьется, сокращается так же, как целое, нормальное сердце. Раз, два, сорок, сто, пятьсот раз, 8 часов подряд. Потом начинает уставать. Сокращения все медленнее, тише, сила их падает в три раза. Вот-вот наступит конец. При этом количество АТФ в полоске почти не меняется, а креатинфосфат вымывается, и его содержание снижается тоже в три раза! Если сейчас ввести КФ, то сила сокращений восстановится - полоска сердца будет работать в полную силу. Так впервые в мире доктор биологических наук Л. Розенштраух с сотрудниками доказали, что сила сокращений сердца прямо зависит от внутриклеточного содержания КФ.
Создано новое представление об энергетическом обмене сердечной мышцы. Там, где искусственно можно доставить энергию, сердце будет спасено. К сожалению, пока нельзя таким простым и эффективным путем спасти ни человеческое сердце, ни вообще сердце млекопитающих. Оно имеет слишком могучий защитный мембранный барьер, не допускающий внедрения энергетических порций извне. А инфаркт - результат дефицита энергии. Как «перехитрить» ткань сердца, не повредив барьер,- это тоже направление сегодняшних исследований Кардиологического центра.
Сколько энергии ни подавай на миофибриллы, накопи там сколько хочешь АТФ, они не сократятся без специальной команды. Такую команду подает кальций, который проникает в клетку и взаимодействует с сократительной системой сердца. Сердце сжалось в комок, вытолкнув кровь, но ведь надо еще и расслабиться, отдохнуть и засосать для очистки венозный поток.
График работ безукоризненно четок - за сутки примерно 8 часов сердце находится в состоянии сокращения, 16 - расслабления. Заметим, расслабление в два раза больше: нужно восстановить силы. Значит, четкость этой стадии не менее, а может, и более важна, чем сокращение. Но если кальций, давший команду на сокращение, не удалить от миофибрилл, то механизм расслабления не сработает. Кто и как его удаляет? Как ни странно, многие исследователи, долгие годы занимавшиеся механизмом сокращения, оставляли без внимания систему расслабления. Этим занялась группа биохимиков Кардиологического центра под руководством кандидата биологических наук Д. Левицкого.
Если работа кинетиков и электрофизиологов относительно быстра и результативна, то у биохимиков она поистине каторжна и неблагодарна. Какое надо иметь упорство, каким обладать энтузиазмом, чтобы два года кропотливо и нудно, по 10, 12, 14 часов в сутки (эксперимент нельзя прервать) очищать и выделять белки мембран - длинные, сложно закрученные в пространстве образования, утопленные в толще жироподобных веществ. Но без определения и выделения белка-фермента, главного «действующего лица» любого клеточного процесса, нет ни результата, ни завершенной работы. Главное слово всегда за биохимиками.
Тысячи животных, тысячи голубиных, крысиных, бычьих сердец, принесенных в жертву богу науки. Ведь надо сначала подобрать источник, из которого можно будет извлечь нужный белок. Адский труд. Зато когда получен активный препарат - биохимики становятся нужны всем. С биохимиками ВКНЦ с большой охотой сотрудничают не только отечественные, но и зарубежные институты. Им удалось создать новое представление, заключающееся в том, что расслабление мышцы сердца происходит так же, как и расслабление скелетных мышц. Это доказано впервые, ведь, в отличие от скелетных, мышца сердца никогда не бывает неподвижной, и предполагалось, что механизм, ею управляющий,- другой. Да и сердце само по себе ведь не просто мышца - это переплетение сосудистых, мышечных соединительных клеток и «электростанций» - митохондрий, которых, кстати, больше всего.
Группа биохимиков под руководством Д. Левицкого не только показала, как отсасывается кальций во время расслабления, но и выделила в чистом виде и активном состоянии белки системы кальциевого насоса, в результате челночной работы которых обеспечивается ритмичная работа сердца. Кальциевый насос - понятие очень широкое, белковый состав насоса выяснен совместно в работах с учеными ряда стран.
С точки зрения молекулярной кардиологии креатинфосфат и система кальциевого насоса определяют сократительную способность сердца, четкость его работы, не дают наступать усталости. А с точки зрения просто кардиологии и физиологии? Как проявляются эти молекулярные микромеханизмы в макросистеме - целом сердце? Этим проблемам отдал много лет жизни профессор Ф. Меерсон из Института патофизиологии АМН. Он занимается тем же обменом веществ - метаболизмом миокарда при приспособившемся, но увеличенном сердце и сердечной недостаточности.
Живой организм обладает высокой степенью приспосабливания к меняющимся условиям окружающей среды. И сердце не исключение. Это очень консервативная система. Если же сердце вдруг оказывается не в состоянии приспособиться к перегрузке - значит, что-то меняется в энергетическом обеспечении или нарушаются потоки ионов через мембраны. Как добиться, чтобы сердце без срывов выносило перегрузки? И что такое перегрузка - ведь известно, что нетренированное сердце при беге сокращается до 130 - 140 ударов в минуту, и из 15 литров крови, проталкиваемых в большой круг сосудистого русла, лишь поллитра поступает в артерии, питающие миокард. Это голодный паек для бешено колотящегося насоса, он изнемогает, работает на пределе. А у бегущего спортсмена сердце почти не ускоряет ритма, но пропускает до 25 - 30 литров крови в минуту, оставляя 0,8 литра для себя.
В принципе, любое сердце может очень быстро приспособиться к любой перегрузке, в 5 - 6 раз поднимая давление в желудочках. Однако все это очень ненадолго. Оно может внезапно и сдать. Кроме системы срочной и короткой адаптации, развиваются еще и длительные приспособительные механизмы. Удалось показать, что, когда нагрузка большая и долгая (например, при пороке клапанов), сердце начинает расти.
В лаборатории создавали на животных модели, где затруднялось нормальное поступление крови из аорты в сердце. Стягивали устье аорты у кроликов в 4 раза и наблюдали, что происходит через разные промежутки времени. И вот выяснилось, что в основе роста сердца лежит повышение активной выработки нуклеиновых кислот и белков. Сердце может расти, увеличивая свою массу чуть не вдвое. Оно растет до тех пор, пока нагрузка на 1 грамм веса не снизится до уровня нормальной. Таким образом изменение структуры тканей обеспечивает функциональную деятельность. Оказалось, что такова вообще основа обеспечения большинства долговременных приспособительных систем организма.
Генетический аппарат клеток сердца отвечает на сигнал тревоги, однако не равномерным наращиванием массы. В основном «изготавливаются» митохондрии. Мы помним, что это электрофабрики, где создается топливо клетки - АТФ. Когда при перегрузках возникает дефицит энергии, сердце развертывает дополнительную сеть электрических фабрик-станций. Это уже не просто связь: функция - структура, а гибкая, оперативная обратная связь. В первую очередь наращиваются короткоживущие структуры: митохондрии живут 5 дней, а миофибриллы - 12 дней.
Ф. Меерсон выделяет на этой основе три типа сердца. Это сердце спортсмена - тренированное, в меру увеличенное, с заметным повышением функциональных способностей на каждый грамм веса. Сердце больного увеличенное до предела, иногда 700 - 900 грамм вместо 300, но с противоположным спортивному изменением ключевых структур; каждый грамм такого сердца еле-еле справляется с обеспечением элементарных жизненных потребностей, перегрузки ему выдерживать трудно, а иногда и невозможно. И сердце лентяя. Оно небольшое, собственно, нормальное по размеру - 300 - 500 грамм, но функционально почти не отличается от гипертрофированного сердца больного. Единый механизм адаптации определяет все три состояния.
Как эти представления можно использовать для предотвращения заболеваний? Что лежит в основе механизма адаптации? Удалось доказать, что постепенное периодическое действие высотного кислородного голодания в условиях барокамеры резко повышает сопротивляемость к основным заболеваниям сердца и мозга, а также системы кровообращения.
Именно такой разносторонний подход и с точки зрения молекулы и клетки, и со стороны целого сердца - позволил, как мы видим, пролить свет на многие тайны, известные до этих пор только самому сердцу.
Хочется сказать и о некоторых более поздних и поэтому новых результатах. Выяснилось, например, что каждое сердце имеет индивидуальные приспособительные механизмы к перегрузке. Что одному под силу, для другого - срыв и болезнь. И что кто-то гораздо хуже приспосабливается даже при упорной тренировке, а кто-то - лучше. Не исключено, что вскоре появится возможность заранее предсказывать тот предел, ту грань, за которой может произойти срыв. Это очень важно для людей, чья жизнь постоянно связана с перегрузками, - для спортсменов, летчиков, водителей и, конечно, космонавтов.
Маленький комочек в нашей груди, сосредоточие многих тайн жизни, очень медленно и очень постепенно приоткрывает свои секреты людям. - Не случайно, видимо, ацтеки в биениях сердца, в движениях крови «по кругам жизни» предугадывали некую причастность к извечным круговращениям Солнца - животворного светила, дарующего свою щедрую мощь растениям и бактериям, Земле и человеку. Подчиняющему музыке своих сфер, своему магическому биению все ритмы жизни... Об этом - заключительный очерк.
