Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи

Мы уже упоминали неортодоксальный и пытливый разум Гарвея, когда обсуждали его представления о физиологии и эмбриологии: он был одним из строжайших критиков идей о том, что эмбрион появляется в матке уже предварительно сформированным, а кровь служит разогревающим “маслом” тела. Однако самым важным вкладом Гарвея в науку является его известная работа о сердце и кровообращении. У Гарвея не было мощного микроскопа, и для изучения работы сердца он ставил самые простые физиологические опыты. Он прокалывал животным артерии и обнаружил, что, когда из них вытекает кровь, вены в итоге тоже опорожняются. Отсюда он заключил, что артерии и вены соединены в единую сеть. Когда он пережимал аорту, сердце наливалось кровью, а когда он пережимал главные вены, сердце лишалось крови. Следовательно, аорта должна отводить кровь от сердца, а вены – подводить кровь к нему. Этот вывод настолько принципиален для понимания кровообращения, что совершенно необъяснимо, как он ускользал от многих поколений физиологов.

Что еще важнее, изучая перегородку между левым и правым отделами сердца, Гарвей установил, что она очень толстая и не имеет пор. Следовательно, кровь из правого отдела сердца сначала должна направляться в легкие и лишь затем поступать в левый отдел (прямое противоречие с тезисом Галена и других ранних анатомов). Наблюдая за биениями сердца, Гарвей обнаружил фазы сжатия и расслабления. Следовательно, сердце служит насосом, посылающим кровь в круговую систему обращения по всему телу – от артерий к венам и обратно в сердце.

В 1628 году Гарвей опубликовал свои выводы в семитомном труде под названием De Motu Cordis (“Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных”), перевернувшем представления об анатомии и физиологии сердца. Гарвей утверждал, что сердце служит насосом, заставляющим кровь циркулировать по телу – от артерий к венам и обратно к сердцу. Как он писал, эта идея “одним нравилась больше, другим меньше: некоторые… оговаривали меня и обвиняли в том, что я осмелился отойти от заветов и мнений всех анатомов; другие ждали новых объяснений этих открытий, которые, как они говорили, одновременно за-559 служивали внимания и, возможно, могли принести пользу.

Рисунок Уильяма Гарвея из труда De Motu Cordis с описанием простого упражнения с зажимом вен и артерий. Показано, как кровь течет через вены к сердцу, а через артерии вытекает из сердца.

Теперь мы знаем (отчасти благодаря работе Гарвея), что сердце на самом деле представляет собой не один, а два насоса, расположенные бок о бок – один слева, другой справа, как близнецы в матке.

Это замкнутый круг, поэтому давайте начнем с правой стороны. Правый насос собирает кровь из вен. Венозная кровь (обычно не ярко-красная, а более темная), истощенная и обедненная после доставки кислорода и питательных веществ к органам тела, поступает в верхнюю правую камеру сердца, называемую правым предсердием. Оттуда она проходит через клапан и движется в насосную камеру – правый желудочек. Из правого желудочка кровь мощным толчком переправляется в легкие. Это правый круг кровообращения: от вен к сердцу и в легкие.

Легкие, получившие кровь из правого отдела сердца, наполняют ее кислородом и освобождают от углекислого газа. Обогащенная кислородом и очищенная ярко-красная кровь движется к левому отделу сердца и проталкивается в левый желудочек. Левый желудочек – возможно, самая неутомимая мышца тела – с силой выталкивает кровь в широкую дугу аорты, наиболее крупный сосуд тела, откуда богатая кислородом кровь распространяется по телу и достигает головного мозга.

И так по кругу, раз за разом. “Идея кровообращения не разрушает, а скорее продвигает… медицину”, – писал Гарвей.

Однако такое механистическое представление о сердце как о насосе отвлекает от главного вопроса: как сделать насос из клеток? Вообще говоря, насос – это очень хорошо организованная машина. Ему нужны сигналы расширения и сжатия. Ему нужны клапаны, перекрывающие поток жидкости в обратном направлении. Нужен механизм, гарантирующий отсутствие колебаний сокращающейся камеры без надобности или указания. Неотрегулированный насос не лучше колеблющегося шарика.

Семнадцатого января 1912 года в Институте Рокфеллера в Нью-Йорке французский ученый Алексис Каррель[117] отделил небольшой фрагмент ткани сердца восемнадцатидневного зародыша цыпленка и начал выращивать его в жидкой культуре10. “[Фрагмент] регулярно пульсировал на протяжении нескольких дней и быстро рос, – писал Каррель. – После первой промывки… культура опять быстро росла”11. Когда он отделил кусочек от этого фрагмента и стал выращивать его, то обнаружил, что ткань все еще пульсировала. В марте, спустя почти три месяца после отделения фрагмента ткани от сердца цыпленка, “она [все еще] пульсировала со скоростью от шестидесяти до восьмидесяти четырех ударов в минуту…” Наконец “12 марта пульсации стали нерегулярными, фрагмент совершал от трех до четырех пульсаций, а затем останавливался примерно на двадцать секунд”. За три месяца фрагмент сердца цыпленка в чашке Петри произвел примерно девять миллионов сердцебиений.

Эксперимент Карреля обычно приводят в качестве доказательства того, что органы могут жить и функционировать вне тела, однако он отражает еще одну, не менее важную идею: клетки сердца, выращенные вне тела, способны самостоятельно производить ритмичную пульсацию. Какая-то природная особенность этих клеток позволяет им совершать движения, аналогичные движению насоса, – координированные пульсации. В том же году физиолог из Гарварда Уильям Таунсенд Портер показал, что после удаления нервов из сердца собаки желудочки по-прежнему продолжают самостоятельно пульсировать12. Это была “живая” демонстрация того, что Каррель показал в чашке Петри.

Согласованная пульсация клеток сердца восхищала физиологов. В 1880-е годы немецкий биолог Фридрих Биддер обнаружил, что клетки сердца “разветвляются и сообщаются между собой, формируя континуум”13. Они образуют консорциум единиц – “гражданское сообщество” клеток. Казалось, источник сократительной силы сосредоточен в этом сообществе, в принадлежности единому целому.

Но откуда берется эта сократительная сила? В 1940-е годы физиолог венгерского происхождения Альберт Сент-Дьёрдьи занялся изучением механизма, обеспечивающего клеткам способность сжиматься и расслабляться14. К этому времени он уже заявил о себе как об одном из ведущих физиологов своего времени: он был награжден Нобелевской премией за открытие витамина С и изучение производства клетками энергии. Многое из того, что нам известно о производстве энергии в митохондриях, установлено благодаря его усилиям. Этот человек обладал мощными убеждениями и бесконечной любознательностью. Во время Первой мировой войны он служил военным врачом, но так возненавидел смертоубийство, потеряв какие-либо иллюзии о войне, что выстрелил себе в плечо, заявив, что попал под вражеский огонь, и в результате смог вернуться к научным и медицинским исследованиям. Он переходил из университета в университет, из лаборатории в лабораторию, переезжал