Сердце, пожалуй, самый устойчивый орган тела и, наряду с мозгом, самый важный. Женское сердце, которое весит около восьми унций, бьется 100 000 раз в день (2,5 миллиарда раз в течение жизни), перекачивая кровь примерно с силой, необходимой для сжатия теннисного мяча. За 80 лет жизни достаточно крови, чтобы наполнить 100 олимпийских бассейнов.
Чтобы поддерживать этот головокружительный темп, сердце жадно питается собственным кровоснабжением, потребляя около 5 процентов кислорода тела, составляя при этом около 0,5 процента его массы. В пересчете на вес сердце имеет самые большие энергетические потребности среди всех органов человека.
«Сердце сносит мозг, — говорит Гэри Лопащук, профессор Центра исследований сердечно-сосудистой системы Университета Альберты. «Сердце, вероятно, самый аэробный орган, который у вас есть».
Сердечные трупы
Единственная цель сердца — сокращаться, посылая кровь по кровеносным сосудам на 60 000 миль каждый день. Он настолько предан этой миссии, что будет продолжать работать даже после смерти мозга, как в случае с «трупы с бьющимся сердцем» — тела поддерживаются кислородом и питательными веществами, чтобы органы можно было собирать для трансплантации.
«Вы можете вынуть сердце из тела, и оно все равно будет биться, если дать ему правильное топливо», — говорит Лопащук.
Как работает сердце
По большей части сердце использует кислород для производства крайне важного аденозинтрифосфата (АТФ), важнейшего источника энергии. Его запасы энергии находятся на тонком равновесии: без нового АТФ запасы истощаются за 2–3 секунды, и сердечная мышца больше не может сокращаться, вызывая сердечный приступ.
Чтобы защитить себя от дефицита, сердце работает, получая постоянные вливания насыщенной кислородом крови из близлежащих легких. Чтобы еще больше обезопасить себя, сердце нуждается в питательных веществах для производства энергии, включая жирные кислоты, углеводы, белки и кетоны.
«Сердце — всеядное животное, — говорит Лопащук. «Он будет использовать практически любое топливо».
Жирные кислоты на них приходится до 90 процентов производства АТФ, поскольку они являются надежным источником энергии, но у сердца есть запасной план. Во время недоедания он использует запасы глюкозы и перерабатывает молекулы лактата, чтобы получить необходимую энергию.
Что делает сердце?
С этой энергией сердце следует своему собственному метроному, независимому от мозга, с базовым темпом от 60 до 100 ударов в минуту, в зависимости от человека. Как и у других млекопитающих, у людей есть особый кластер сердечных клеток, созданный для производства регулярного электрического сигнала (кластер клеток-«водителей ритма») и передачи его по всему сердцу. Следующий специальные путисигнал сокращает верхние предсердия, а затем нижние желудочки, чтобы выкачать кровь из сердца.
И если не считать смерти или других осложнений, этот процесс никогда не останавливается. Клетки кардиостимулятора неоднократно поглощают ионы натрия, заставляя их активироваться, как это делают нейроны, и посылать сигнал за сигналом.
А бумага 2014 г. описывает эксперимент, в котором исследователи культивировали сердечные клетки из стволовых клеток человека и наблюдали, как они «самособирались в тонкий, спонтанно бьющийся» кусочек сердечной ткани. Этот протоорган работал со скоростью около 70 ударов в минуту, что находится в пределах нормы, примерно в течение месяца.
Временные отклонения
Даже когда сердце работает со сбоями, оно часто протекает с небольшими или вообще без серьезных побочных эффектов. Почти 45 процентов всех сердечных приступов производят мягкие «тихие» эффекты что больные ошибочно принимают за другое состояние, такое как истощение.
Другие сбои могут пройти незаметно: иногда клетки водителя ритма могут временно останавливаться и брать доброкачественную «синусовую паузу», прежде чем продолжить, как раньше.
Или они могут принять необычный ритмсостояние, которое может не требовать лечения.
Читать далее: Что происходит, когда сердце атакует
Тайна сердцебиения
В 2012 году беспрецедентный ритм завладел сердцем пациента в больнице Сент-Винсент в Вустере, штат Массачусетс, подтолкнув его к 600 ударов в минуту, примерно в 10 раз больше обычного. До этого специалисты долгое время считали 300 ударов максимальной нормальной частотой сердечных сокращений, учитывая проводку сердца. Тем не менее, в течение 20 секунд 57-летний человек, страдающий параличом нижних конечностей, произвел электрокардиограмму, которая напоминала пики мелкозубчатой гребенки.
Сначала мужчина попал в больницу из-за болей в груди и пробыл там пару ночей, пока его состояние не улучшилось. Но затем боли возобновились, и врачи обнаружили у него аритмии, или нерегулярные ритмы, в предсердной и желудочковой областях сердца.
Читать далее: Как сердце может остановиться после сильного удара
Внезапный поворот
После особенно сильной боли в груди мужчина потерял сознание, а его сердцебиение начало резко увеличиваться примерно каждые 100 миллисекунд, так быстро, как средний человеческий глаз может моргнуть. Примерно через 20 секунд скорость снизилась с 600 до 300 и внезапно упала до нормального уровня.
После двух дней ничем не примечательного сердцебиения мужчина выписался из больницы и оставил врачей ломать голову над тем, как человеческое сердце билось со скоростью примерно 10 раз в секунду. Во-первых, главное электрическое реле в сердце, атриовентрикулярное соединение, может срабатывать примерно каждые 0,2 секунды. ограничение частоты сердечных сокращений около 300 ударов в минуту.
Что позволило аритмиям выйти из-под контроля? Врачи предположили, что у мужчины, должно быть, были необычные электрические связи в сердце, а также какое-то нарушение вегетативной нервной системы, связанное с параличом нижних конечностей.
Экстремальные удары сердца
Случаи более 300 сердечных сокращений редки, но не являются чем-то неслыханным.
В 1940-х годах частота сердечных сокращений женщины выросла до 310 ударов в минуту и оставалась на этом уровне около 12 часов, не убивая ее. В другой раз она взлетела до 303 ударов в минуту за полтора дня.
В 2018 году 10-летний английский мальчик По словам врачей, он зарегистрировал 301 удар и выжил благодаря особым путям в его сердце.
О случае с 600 ударами в минуту врачи ничего больше не узнали, поскольку мужчина отказался пройти электрофизиологическое исследование, чтобы проверить электрическую работу своего сердца. Тем не менее, они знали: его защитные устройства продержались беспрецедентные 20 секунд, прежде чем вернуться к нормальной скорости.
Читать далее: Что открытие дополнительной артерии означает для эволюции человека