Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
Наконец в 1940-е годы его неизменно любознательный разум обратился к изучению сердечной мышцы. Занимавший его вопрос был чрезвычайно важен для понимания функции сердца: откуда бралась энергия для сокращений? Сент-Дьёрдьи оттолкнулся от идеи Вирхова: если орган способен сжиматься и растягиваться, значит, его клетки способны сжиматься и растягиваться. Сент-Дьёрдьи рассудил, что в каждой мышечной клетке должна содержаться какая-то специализированная молекула или группа молекул, способная создавать направленную силу, за счет которой клетка сжимается – сокращается. “Чтобы создать систему, способную сокращаться, – писал он, – природе нужны тонкие и длинные белковые частицы”15. К тому времени один такой “тонкий и длинный” белок уже был обнаружен. Сент-Дьёрдьи писал: “Волокнистые, очень тонкие и длинные белковые частицы, из которых природа создала сокращающуюся материю, – это миозин”.
Однако длинный и тонкий белок – лишь канат. Привяжите канат к двум сторонам клетки, и вы получите основной элемент сократительного аппарата. Но как такая система канатов сжимается и растягивается? Сент-Дьёрдьи и его коллеги обнаружили, что волокна миозина прочно связаны с другой плотной и организованной сетью длинных и тонких волокон, состоящих в основном из белка актина. Короче говоря, в мышечной клетке есть две взаимосвязанные системы волокон – актиновая и миозиновая.
Секрет сокращения мышечной клетки заключается в том, что два типа волокон (миозин и актин) скользят друг вдоль друга, как две сети канатов. При стимуляции сокращения часть миозинового волокна связывается с определенным участком актинового волокна, как будто рука из одного каната хватается за другой. Затем зажим разъединяется, и волокно продвигается дальше, к следующему участку: человек, висящий на одном канате, захватывает и тянет другой – в одном месте, потом в следующем. Зажим. Толчок. Релаксация. Зажим. Толчок. Релаксация.
В каждой мышечной клетке содержатся тысячи таких линейных канатов – параллельные пучки актина и миозина[118]. По мере того как выровненные бок о бок канаты проскальзывают по отношению друг к другу (зажим, толчок, релаксация), края клетки тоже дергаются, и клетка сокращается. Для этого процесса нужна энергия, поэтому все клетки сердца и все мышечные клетки заполнены митохондриями, которые поставляют энергию, необходимую для проскальзывания волокон. (Небольшое замечание: особенность системы в том, что энергия требуется для отделения актина от миозина, а не для их связывания; когда организм умирает и пропадает источник энергии, мышечные волокна, не имеющие возможности разжать захват, остаются навсегда зажатыми. Клеточные канаты во всех мышцах натягиваются. Тело затвердевает и сжимается в тисках смерти. Это явление называют rigor mortis — трупным окоченением.)
Но пока мы описали лишь процесс сокращения в одной клетке. Чтобы сердце функционировало как единый орган, все его клетки должны сокращаться согласованно. И здесь важнейшую роль играет наблюдение Фридриха Биддера о том, что клетки сердечной мышцы образуют “континуум”. Как показали микроскопические исследования, выполненные в 1950-е годы, клетки сердца связаны друг с другом посредством крохотных молекулярных каналов, называемых щелевыми контактами. Каждая клетка изначально запрограммирована на то, чтобы сообщаться с соседними. Их много, но ведут они себя как одна. Когда в одной клетке возникает стимул к сокращению, он автоматически передается соседней, что приводит к ее стимуляции и в конечном итоге к сокращению клеток в унисон.
Что же это за стимул? Стимулом служит передвижение ионов, главным образом ионов кальция, внутрь и наружу по специализированным каналам в мембране клетки сердца. В состоянии покоя в клетке сердца уровень кальция низкий. При стимуляции сокращения поток кальция направляется в клетку, что и вызывает сокращение. Это саморегулируемый механизм: прилив кальция в клетку приводит к выходу из клетки еще большего количества кальция, так что в его уровне в клетке наблюдается высокий резкий пик. Благодаря взаимосвязи между клетками (тем самым “контактам”, обнаруженным в 1950-е годы) ионное сообщение передается из клетки в клетку. Единица становится множеством. Толпа порождает силу. И так орган – континуум клеток – ведет себя как единое целое.
В сердце есть еще два клеточных элемента, важных для функционирования органа. Во-первых, это клапаны между камерами сердца, которые не дают потоку крови двинуться в обратном направлении. Клетки предсердий (накопительных камер) сокращаются первыми, посылая кровь в желудочки. Клапаны между предсердиями и желудочками закрываются с характерным хлопком: тук — первый звук биения сердца. А затем клетки желудочка сжимаются таким же организованным образом. Выходной клапан желудочка закрывается, и раздается второй тук. Тук-тук, тук-тук. Звук четкой синхронизации совместно работающих “граждан”.
Наконец, еще один элемент насоса – генератор ритма, “метроном”. Физиологи обнаружили, что в сердце есть специализированные мышечные клетки, напоминающие нервные, которые создают равномерные, ритмичные электрические импульсы, стимулирующие сокращение мышечных клеток. Другие мышечные клетки, характеризующиеся высокой проводимостью, передают эти импульсы по всему сердцу – сначала к предсердиям, потом к желудочкам. Как только импульс достигает одной клетки, благодаря наличию контактов все клетки сокращаются одновременно.
Результатом является потрясающая координация действий. Сокращение предсердий. Сокращение желудочков. Клетки сердца образуют настоящий гражданский оркестр. Каждая клетка сердечной мышцы сохраняет свою идентичность. Но все они настолько тесно связаны с соседними клетками, что по прибытии соответствующего сигнала происходит согласованное и целенаправленное сокращение. Сердце не дрожит – его желудочки сокращаются мощными толчками. Как будто этот орган функционирует как единая клетка с единым разумом.
Мыслящие клетки. Разумный нейрон
Мозг – шире, чем небесный свод, —
Попробуй, сопоставь —
И мозг охватит неба синь
(И ты войдешь туда).
Мозг глубже, чем морское дно, —
Попробуй, сопоставь —
И мозг вместит весь океан,
Как губка все впитав1.[119]
Эмили Дикинсон, ок. 1862
Сердце обладает единым “разумом”, а у мозга их много. Давайте признаем очевидный факт: описать функции такого невероятно сложного органа невозможно не только в одной главе, но даже и в целой книге.
Но пока оставим в стороне функции и поговорим о структуре. Когда я изучал анатомию на медицинском факультете, студентов разбивали на группы. Моей группе, состоявшей из четырех студентов, достался расплющенный и пропитанный формальдегидом человеческий мозг – завещание науке от сорокалетнего мужчины, погибшего в автомобильной катастрофе. Было невероятно странно держать в руках орган, по форме и размеру напоминающий боксерскую перчатку, и понимать, что это хранилище воспоминаний, сознания, речи, темперамента, чувств и ощущений. Любовь. Желание. Ненависть. Сострадание. Все это хранится в спутанном клубке нейронов. Я думал
