действия, – которая распространяется по предсердию и проходит дальше, вниз, по специальным проводящим ток тканям – по сути, проводам – в желудочки, по пути стимулируя клетки сердечной ткани. (Воспринимайте это как импульс, который возникает, когда вы дергаете конец веревки вверх-вниз.) Прямо перед тем как новая волна попадает в желудочки, она проходит через узкий, относительно нейтральный диск ткани, называемый предсердно-желудочковым узлом. Тут электрический импульс замедляется до примерно одной пятой доли секунды, давая предсердию время заполнить желудочки кровью. Далее волна проходит в желудочки по толстым пучкам ткани, расщепляющимся на тонкие проводящие волокна, которые оплетают желудочки, словно корни дерева. Таким образом, импульс, возникший в одной части сердца, быстро проходит по всему органу, заставляя правый и левый желудочки сокращаться почти одновременно, закачивая кровь в легкие и во все тело соответственно.
После того как клетка сердца подверглась стимуляции, она переходит в «рефракторную» фазу, в которой становится практически бездействующей; никакой электрический стимул, даже самый сильный, не вызовет у нее отклика. Это защитный механизм, предотвращающий частую и многократную активацию клеток сердца. Если сердце бьется слишком быстро, то кровообращение может прекратиться, и тогда организм погибнет.
Стабильность ритма человеческого сердца обеспечивается еще несколькими уровнями защиты. К примеру, если синоатриальный узел, естественный водитель ритма сердца, начинает сбоить, то его функции могут подхватить другие задающие ритм области сердца. У этих областей при обычных обстоятельствах разные электрические свойства, и они активируются медленнее, чем синоатриальный узел, так что при обычной активности синоатриального узла их активность подавлена (они находятся в рефракторной фазе). Иногда, если одна из этих областей разгоняется из-за травмы или болезни, нарушающей выброс адреналина, она может перехватить ритмоводительные функции синоатриального узла.
К началу ХХ века эта парадигма была достаточно изучена. Медики понимали, что сердце бьется благодаря электричеству, которое генерируется в правом предсердии и проводится вниз, попутно стимулируя миллиарды электрически сопряженных между собой клеток. При этом понимание того, что остановка сердца чаще всего вызвана тем же самым электричеством, пришло гораздо позже.
Ключевой фигурой в достижении этого понимания был англичанин Джордж Майнс, выпускник известной Кембриджской школы физиологии. В молодости Майнс считался гением игры на фортепиано и даже размышлял о карьере музыканта. Его склонность к восприятию ритма осталась при нем навсегда. В 1912 году в возрасте двадцати шести лет он окончил Кембридж со степенью доктора медицинских наук. Будучи энтузиастом фотографии, Майнс внедрил в кардиофизиологию фотохронограф, запечатлев с его помощью сокращения сердца зафиксированной лягушки с частотой пятнадцать кадров в секунду на бромидной бумаге. Он воспользовался методом, изобретенным его близким знакомым, кинематографистом Люсьеном Буллом. Окончив обучение в Кембридже и защитив докторскую, Майнс за время академического отпуска побывал в Англии, Италии и Франции, а затем осел в Монреале, где принял предложение преподавать физиологию в Университете Макгилла. Именно к этому периоду, когда он проводил эксперименты на черепахах, рыбах и лягушках, относятся два наиболее важных открытия Майнса – важных не только для него, но и для кардиологической электрофизиологии в целом.
Первым из этих открытий стало то, что слабые электрические сигналы в сердце могут распространяться, минуя обычную траекторию проведения. В обычном состоянии эти внешние цепи проводимости возбуждаются в штатном режиме и не влияют на сердечный ритм; но если одна сторона цепи – назовем ее стороной А – дольше, чем сторона Б, находится в рефракторной фазе из-за болезни, электролитного дисбаланса или в результате травмы от сердечного приступа, она может по-прежнему находиться в рефракторной фазе в момент поступления импульса, а следовательно, не будет его проводить. В таком случае импульс будет идти только по стороне Б, возбудимость которой уже восстановится за счет более короткой рефракторной фазы.
Открытие Майнса заключается в том, что если сторона А восстанавливает возбудимость до того, как импульс достигает конца цепи, то импульс может вернуться обратно вверх по стороне А и пойти вниз уже по стороне Б (которая быстрее восстанавливает возбудимость за счет более короткой рефракторной фазы), и это может повторяться снова и снова. В теории импульс может вечно ходить по цепи без дополнительного внешнего источника стимуляции. При каждом цикле часть перемещающейся по цепи волны может выходить за ее пределы и активировать прилегающие ткани сердца, сигнализируя ими, как фонарь маяка подает сигналы далеким кораблям. Следовательно, зацикленная волна может принять на себя функции синоатриального узла и стать основным ритмоводителем сердца.
Майнс назвал этот феномен «реципрокной» (то есть перекрестной) иннервацией и смог визуализировать эту циркуляцию по цепи в экспериментах на кольцах медуз. Он опубликовал классическую, актуальную по сей день иллюстрацию (близкую к той, что показана ниже), на которой продемонстрировал «циркуляцию волны возбуждения» в этих цепях сердечной проводимости, наглядно показав, как подобная циркуляция может вызывать аритмию. Он также продемонстрировал, что обрыв цепи мгновенно прерывает циркуляцию волны, и это наблюдение легло в основу современной хирургической коррекции многих форм аритмии.
Современное видение реципрокной иннервации по-прежнему опирается на схему Майнса. В этой схеме волна проходит рядом с непроводящей тканью, например рубцовой, возникшей после сердечного приступа. Если шрам в сравнении с длиной волны маленький, то для волны он почти незаметен – она просто прокатывается над ним, как вода над маленьким камушком.
Если же волна наталкивается на крупное препятствие, ее структура может разрушиться, и ее края будут отставать от центральной секции волны, заставляя ее заворачиваться назад (подобно тому, как вода, наткнувшись на крупный камень, создает вихревое движение ниже по течению). Когда такая волна проходит достаточно большое расстояние, ее края становятся центром круглой (или спиральной) волны.
Круговое движение отражает потребность сердечной ткани в рефракторной фазе, прежде чем она вернется к возбужденному состоянию и сможет распространить волну дальше, не позволяя ей угаснуть. Проще всего реализовать такое движение в виде спирали, классического психоделического образа, которая исходит из одной фиксированной точки и движется по кругу, постепенно удаляясь. В ходе своих экспериментов с медузами Майнс обнаружил, что эти спиральные волны поддерживают сами себя – они могут сколько угодно раз возвращаться в ткани, уже восстановившие возбудимость.
Спиральные волны имеют двойственную природу. Они возникают из дыма в холодном воздухе или когда вода течет по камушкам. Они встречаются как в сверхпроводниках и скоплениях множества амеб, так и во многих химических реакциях. Даже видимое вещество Вселенной собирается в спиральные галактики. Учитывая то, как часто спираль встречается в природе, нет ничего удивительного в том, что она может возникнуть и в сердце.
Майнс наблюдал реципрокную иннервацию только в низших организмах, в основном у рыб, но вскоре, уже в 1924 году, была подтверждена