Открытие: волны сердца

В то время речь могла идти о создании только какого-либо технического устройства, скажем, модели на радиолампах. Однако из этой затеи ничего хорошего не получилось, поскольку даже тех небольших отличий, которые всегда есть в характеристиках электровакуумных приборов, оказалось достаточно, чтобы составленная из ламп активная линия не ра6отала. Еще хуже обстояло дело с транзисторами того времени – у них разброс характеристик был еще больше.

– Но тут появились работы Жаботинского, – продолжает Заикин, – и я подумал: а не эта ли система представляет собой идеальную активную среду, в которой не может быть никаких однородностей? Нельзя ли в ней запустить автоволны? Мы встретились с Жаботинским и попробовали провести простейший эксперимент. Взяли большую круглую коробку из-под кинопленки, залили дно воском, сделали в нем кольцевую канавку, наполнили ее раствором и стали смотреть, что из этого получается...

Однако реакция не пошла. Много позже ученые узнали причину неудачи; просто в той химической системе, которую они использовали (с ионами церия), возникают слишком длинные волны, и в канале такой небольшой длины, что был в коробке, их попросту нельзя заметить. Кроме того, система с церием дает малозаметные цветовые переходы – из прозрачной жидкость делается всего лишь слабо-желтой.

Когда же три года спустя была использована более коротковолновая система, катализатором в которой служили соединения железа, дело сдвинулось с мертвой точки. Налитый на дно плоской чашки тонкий слой раствора сразу же продемонстрировал автоволны. Причем интересная особенность: стоит сделать слой раствора чуточку толще, и колебания пропадают: происходит перемешивание раствора и автоколебательный эффект становится просто незаметен. В тонком же слое перемешивания уже не происходит, и несовпадение колебаний по фазе в разных точках проявляется замечательным образом – в виде кольцевых и спиральных волн.

Вот с этого опыта все и пошло на лад.

Таким образом, как видите, исследователям удалось выявить еще один химический феномен – существование кольцевых и спиральных волн.

Замечательное свойство активных сред заключается в том, что они не только поддерживают постоянными амплитуду и скорость распространения этих волн в растворе, но и сами подпитывают энергией источник этих волн. Говоря иными словами, это означает, что всегда можно подобрать такие условия, когда источник волн будет работать автоматически. Эти волны будут обладать не совсем обычными свойствами. Так, например, если мы бросим в пруд два камешка, то волны, которые станут распространяться от мест их падения по поверхности воды, пересекаясь, не мешают друг другу: между ними происходит интерференция – сложение и вычитание колебаний в разных точках. Активные же волны друг друга только гасят. Расходясь от нескольких центров, они вступают друг с другом в конкуренцию; в результате победителем оказывается лишь один сорт волн – от наиболее высокочастотного источника. Отсюда и расходятся концентрические, кольцевые волны.

Но чисто концентрические волны наблюдаются только в случае идеально однородной среды. Если же среда неоднородна (скажем, раствор плохо перемешан), фронт разрывается, и возникает спиральная волна.

Почему все это происходит? Чтобы подробнее разобраться в этом, давайте снова обратимся к примеру из обыденной жизни. Представьте себе степь, покрытую сухой травой. Если бросить горящую спичку, во все стороны, по кругу, побежит кольцевая волна огня, за которым останется выжженная земля. Но пройдет год, и на пожарище снова зазеленеет, вырастет и высохнет трава. Пал можно повторить, снова бросив спичку в то же место. Так из года в год мы можем наблюдать кольцевые волны огня. Если же во время пожара кольцевой фронт разорвать (поставить, например, на пути огня какую-то преграду, а через некоторое время убрать ее), то часть волны будет иметь теперь не только фронт, но и фланг. Двигаясь вперед и вбок, волна будет все больше заходить самой себе в тыл, пока не закрутится спиралью...

Исследователи подробно разобрались во всех этих кругах и спиралях, а вот химическую модель нерва им так и не удалось создать. Дело оказалось слишком уж сложным технически. Да и надобность в таком моделирований, по существу, отпала. Бурный рост современной микроэлектроники позволяет надеяться, что в скором времени такие модели будут созданы при помощи более компактной электроники.

Но все это вовсе не снижает ценности проведенных опытов. Они пригодились при исследованиях другой важной проблемы современной биологии и медицины – помогли разобраться в причинах фибрилляции сердца.

Чтобы понять суть дела, войдем в лабораторию Института биофизики АН СССР, которой заведует профессор Валентин Кринский.

На лабораторном столе лежит препарированная лягушка. Ее сердце полностью отделено от организма. Но что это?! Сердце продолжает сокращаться как ни в чём не бывало.

– Группа клеток, спрятанная в предсердии, продолжает помнить о своем долге, – поясняет профессор. – Не случайно это место в сердце называется «водителем ритма»...

Сердце продолжает биться, и по темногу экрану стоящего по соседству дисплея пробегают светлые полосы – электрические сигналы от датчиков, введенных в сердечные клетки.

Но вот исследователь рассекает сердечную мышцу. В одной ее части остается водитель ритма, в другой – только желудочек. Ткани подключают к двум разным приборам. На телеэкране первого дисплея, где остались клетки водителя ритма, мы видим все тот же волновой процесс.

Однако вот что удивительно: вскоре и на втором телеэкране тоже появляются полосы – через минуту-другую желудочек начинает самостоятельно сокращаться. В сердце заработали запасные датчики импульсов.

Этот опыт наглядно показывает, насколько велик запас прочности сердца. Известно, что, кроме двух миллионов клеток водителя ритма (согласитесь, сама по себе цифра не малая), по мере необходимости генераторами импульсов могут стать и клетки других мышц сердца. Они как бы подстраховывают работу первых. Мало ли что…

Но если все это так, откуда берутся сердечные болезни? И среди них одна из самых страшных – фибрилляция сердца, иногда появляющаяся при инфаркте. Водитель ритма как будто забывает о своем долге, и все сердечные мышцы начинают сокращаться вразнобой, асинхронно. Сердце перестает нагнетать кровь.

Спасти человека в этом случае бывает очень трудно. Врачи порой прибегают даже к такому крайнему средству – через сердце пропускают электрический разряд в несколько киловольт. А если под рукой нет столь мощного источника?.. И главное, почему все это происходит? Причины фибрилляции долгое время оставались неизвестными.