крови проникать только в определенные отделы сердца и проходить только через определенные клапаны. Кровь проникает в верхние камеры, называемые предсердиями, а затем стекает в нижние камеры – желудочки, – которые примерно через полсекунды после этого сокращаются, так что кровь из одного желудочка поступает в легкие, а из другого – в систему циркуляции по телу. Это очень точный ритм, и поддерживать его чрезвычайно важно. Если он не соблюдается, сердце не может координировать распределение крови, и тело погибает. И все это зависит от электричества.

Работа проводящих клеток начинается с потенциала действия, но это не такой потенциал действия, как в нервной системе. Дело в том, что нет таких нервов, которые управляли бы сердечными мышцами, как скелетными. Сердце – одна большая мышца, но необычная. Это самостоятельная мышца, которая движется без нашего приказа: как известно, сердцебиение не подчиняется нашему контролю. За счет концентрации внимания и долгим тренировкам можно научиться замедлять сердечный ритм, но остановить его по своей воле, как закрыть глаза, не получится. Сердечная мышца, подобно нервным клеткам, создает собственный потенциал действия, только без участия химических синапсов.

Как же в таком случае потенциал действия передается от одной клетки к другой? Как сигнал проводящих клеток сообщается всем мышечным клеткам сердца? Оказывается, клетки сердечной мышцы соединены между собой не через обычные синапсы, а напрямую – скоростными электрическими “линиями связи”: через те самые щелевые контакты, которые я упоминала в предыдущей главе[143]. Эти “двери” в совмещенных гостиничных комнатах обычно остаются открытыми, так что сигналы могут свободно и мгновенно перемещаться между комнатами. То, что знает или чувствует одна клетка, тут же сообщается через открытую дверь соседней. Этот способ коммуникации примерно в десять раз быстрее сообщения через обычный химический синапс, поскольку в этом процессе не задействованы нейромедиаторы, преодолевающие пространство между клетками.

Как раз таким образом сердечный ритм передается из верхней части органа в нижнюю часть, гарантируя, что выходящая из сердца кровь всегда выталкивается наружу ровно за полсекунды до поступления новой порции.

Именно эту синхронную волну уловил Уоллер. Но его прибор был слишком примитивным и не позволял разглядеть детали, что стало возможным только после изобретения Эйнтховеном причудливой струны. И только тогда впервые стали видны зубчатые всплески, которые знакомы вам по телесериалам о врачах (или из личного опыта, если вы сами когда-нибудь проходили проверку на кардиографе).

Однако гораздо интереснее, что более точные измерения Эйнтховена позволили наблюдать не только за нормальной функцией сердца, но и распознавать, когда с сердцебиением что-то не в порядке. Его струна позволила не только визуально различать характеристики здорового и больного сердца, но и выявлять специфические признаки конкретных заболеваний, например, аномально низкую частоту сердцебиений. При этом состоянии, называемом брадикардией, кровь не может доставлять необходимое количество кислорода к мозгу и другим тканям, и люди с этим заболеванием часто страдают от головокружения, слабости или обмороков.

Мы начали использовать электричество для “починки” сбоящих сигналов задолго до того, как окончательно поняли механизмы их передачи и функции.

Искусственный водитель ритма

Искусственный водитель ритма (электрокардиостимулятор) родился на операционном столе в Пруссии в 1878 году. Катарина Серафин выжила после тяжелой хирургической операции по удалению злокачественной опухоли, но теперь ее сердце было прикрыто лишь тонким слоем кожи[144]. Немецкий врач Гуго фон Цимсен воспользовался этой редкой возможностью, чтобы стимулировать сердце механическим и электрическим способом, и это позволило понять, что на сердце можно влиять напрямую с помощью электричества. На основании предыдущих исследований, таких как эксперименты Альдини, было принято считать, что воздействовать на сердце с помощью электричества можно только через нервную систему.

Проводя эксперименты на сердце Серафин, Цимссен понял, что под влиянием периодических импульсов постоянного тока (такого же, как тот, что генерирует батарейка Вольты), частота которых лишь немного превышает частоту обычных сердцебиений, сердце пытается подстраиваться под этот искусственный метроном. И это доказывало, что аномальный ритм можно преодолеть (или восстановить исчезнувший) путем применения искусственного электрического пульса к тому участку сердца, откуда исходят естественные электрические сигналы. Однако ни к каким серьезным прорывам это не привело. Данный метод работал только при размещении электродов непосредственно на открытой поверхности сердца и не работал при передаче электрических импульсов через закрытую грудную клетку. А так как немногие готовы были пойти на вскрытие грудной клетки ради кардиостимуляции, никакой пользы от этого открытия не было.

Прошло еще тридцать лет, прежде чем это наблюдение легло в основу новых медицинских приложений. Этому способствовала электрификация Америки, сопровождавшаяся резким ростом числа несчастных случаев в результате поражения электрическим током[145] и тех самых “временных смертей”, с которыми Альдини пытался бороться сотней с лишним лет раньше. Только теперь решение этой проблемы стало жизненно необходимым. Стало понятно, что можно восстановить или скорректировать сердечный ритм, но оставался вопрос, как поддерживать работу сердца дальше. В результате исследований было создано устройство, способное постоянно поддерживать сердечный ритм, и вид оно имело совершенно чудовищный.

По размеру устройство напоминало небольшой чемодан, весило 7,2 килограмма (около 16 фунтов) и заводилось рукояткой[146]. Оно производило электричество, которое по проводам поступало в иглу, а иглу вводили в сердце. Прибор работал, но проверить его в рамках клинических испытаний было чрезвычайно сложно. Очень важно было воткнуть иглу в правильное место; ошибка приводила к смертельно опасному кровоизлиянию. В 1932 году это устройство и его создатель Альберт Гиман были осуждены Американской ассоциацией врачей: утверждалось, что сообщения о реанимации людей с помощью таких уколов в сердце “сродни чудесам”[147]. Скептицизм был отчасти вызван осадком от многолетней истории экспериментов в духе Альдини, и по этой причине американские предприниматели не хотели жертвовать своей репутацией, участвуя в производстве прибора Гимана.

Тем не менее ввиду медицинской необходимости и благодаря доступности более совершенных материалов в 1950-е годы врачи обзавелись устройством другой конструкции. Впрочем, назвать его усовершенствованием трудно. Пациентам приходилось катить его на тележке вместе с мотками кабеля. Иногда требовалось подключение к розетке (и беда, если питания не было, а такое иногда случалось). Для создания имплантируемых устройств (оптимального варианта с точки зрения портативности) требовались более надежные источники тока, чем те, что имелись в наличии в то время.

Воспламеняем сердце

Если вам кажется, что ядерная энергия – не лучший выбор в качестве источника питания для сердечного имплантата, 139 человек могли бы с вами поспорить[148]. В 1970-е годы несколько производителей выпускали электрокардиостимуляторы, работавшие на плутонии. Тепло, выделяющееся при распаде этого радиоактивного изотопа, превращалось в электричество, которое питало устройство[149].