homuncul

О твердой и зыбкой почве

Жизнь, конечно, полна неожиданностей. Однако моя готовность к ним, как кажется, распределена неравномерно.
Речь идет об операции, проделанной кардиохирургами из Texas Heart Institute. Они заменили сердце 55-летнего пациента, который находился на грани смерти от амилоидной дистрофии. Имплантировали ему механический насос. Особенность в том, что прибор обеспечивает непрерывный поток крови, по типу лопастной турбины, т.е. не генерирует пульса. Такое «сердце» не бьется, только еле слышно жужжит. Больной вышел из коматозного состояния и прожил пять недель, пока его почки и печень не отказали окончательно. После имплантации прощупать пульс у такого человека не получится, его попросту нет.




Ранее как-то сама собой сложилась картина, согласно которой любой организм пронизан всевозможными ритмами, пульсациями, циклами. В этом просматривается нечто фундаментальное, присущее живому. Система кровообращения позвоночных, вся их физиология естественным образом настроены на периодические сердечные сокращения. Миллионы лет эволюции оттачивали такую организацию, не предполагая появления искусственных турбинных имплантов. Но более тридцати телят, которым заменили сердца на механические моторы, прекрасно обходились без сокращений. И Крейг Льюис уже на следующий день после операции общался с докторами, принимал пищу. Удивление в данном случае вызывает не только сам факт адаптации к принципиально новому режиму работы, но и то, насколько легко она происходит.

Такие вещи всегда возвращают меня к одному и тому же вопросу: на какую часть своих представлений можно полагаться твердо? Как подчеркивал Уотсон в своих разговорах с Криком, правильная гипотеза не должна удовлетворять всем фактам, поскольку часть из них будет впоследствии опровергнута.

Хорошо известно, что работа нервной системы основана на прохождении электрических импульсов по отросткам нейронов. Механизм этого явления стал ясен еще в 1952 году, когда А.Ходжкин и Э. Хаксли предложили модель, описывающую процессы ионного транспорта через мембрану и прохождение импульса потенциала вдоль мембраны. За что и удостоились потом Нобелевской премии. Данное представление о функционировании нервных клеток выдержало испытание временем, прошло многочисленные проверки экспериментом и относится, безусловно, к той части знания, на которую всецело можно опираться. В самом деле, что тут можно возразить – десятки лет тысячи специалистов основывали свою работу именно на таком понимании, и у них, надо сказать, многое получилось.

Сообщение о «человеке без пульса» вызвало у меня сложную цепь ассоциаций, на конце которой возник датский биофизик Томас Хеймбург (Thomas Heimburg) из Института Нильса Бора. Этот человек давно утверждает, что, наблюдая электрические импульсы, мы видим эпифеномен - побочный продукт, а не механизм явления. Реальное действие нейрона основано не на электричестве, а на механических волнах, прокатывающихся по мембране. У него, разумеется, своя система фактов и рассуждений, в соответствии с которой мембранные белки не играют активной роли каналов (приписываемой им моделью потенциала действия). Иными словами, человек переворачивает картину там, где она переворачиваться не должна. К этому можно было отнестись как к анекдоту, однако совсем недавно Хеймбург получил приличный грант на исследования в рамках своей теории.
Мне его аргументы не кажутся сколько-нибудь убедительными. И думаю, что модель Ходжкина-Хаксли устоит. Но дело в другом. Бессердечный Крейг Льюис своими пятью неделями жизни делает почву более зыбкой. Приходится быть готовым к изменениям даже там, где их раньше не допускал.

/


First ‘Heartless’ Man: You Don’t Really Need A Heart, Or A Pulse
A Shocking Idea: Nerves Might Run on Sound, Not Electricity
Физики опровергают общепринятое представление о природе нервного импульса
T. Heimburg (2010) The physics of nerves
  • Current Music: Whitney Houston "My Love Is Your Love"
Интересно, когда Чарльз Парсонс продемонстрировал свою турбину, ему то же самое говорили? "Мы, дескать, привыкли, что паровые машины обязаны пыхтеть и пульсировать, а ты тут устои подрываешь?" :-)

В конечном итоге, кровеносная система ничем не отличается от водопровода, и совсем не важно, чем кровь качать, турбинкой или поршнем (как бы, машины "сердце-легкие" тоже устроены не так, как сердце, и пульса не дают). Как из этого можно делать хоть какие то выводы относительно функционирования нервной системы, для меня совершенная загадка.
"кровеносная система ничем не отличается от водопровода"

Я же говорю, все дело в представлениях. у кого какие. В зависимости от этого человек либо удивляется, либо нет.
Не вижу проблемы. Почему бы организму не работать с постоянным током крови? Его нельзя создать бионасосами, это другой вопрос. Что природа смогла, то сделала. Главное, чтобы круги кровообращения работали. А как они это будут делать...
Буквально на днях думал о том, что ни одна теория, каким бы гениальным не осознавал себя ее автор, не должна "закрывать" проблему, так как всегда могут открыться новые обстоятельства. Меня, правда, волнуют гуманитарные проблемы. Но если и в "точных" науках все не однозначно, то...
Спасибо.
Я у вас всё время писал - ерунда все эти импульсы в нейронах. И тут как бы исходят не из "импульсности" кровеносной системы. Тут тупо исходят из математики + вычислительных машин. Просто вообще нет другой парадигмы объяснения преобразований информации, кроме как "импульсной". Но это, на мой взгляд, идиотизм. Мозг - не компьютер, не цифровая машина.
Хотя, хрен его знает. То, что не цифровая - однозначно. А с "импульсностью" мне не всё понятно.
это как в песне, где вместо сердца пламенный мотор, сказка так и не становится былью. ведь имплантация турбин вместо насосов еще не означает, что все сердца будут заменены на трубины. это ведь делается только в критической ситуации. зубные протезы не вставляются с самого детства, хотя в протезировании зубов продвинулись даже дальше, чем в имплантации сердечных турбин. т.е. жизнедеятельность так и будет продолжаться поддерживаться ритмами, пульсациями, циклами. и вставлять турбины можно будет только при условии, что в подавляющем большинстве случаев как нечто фундаментальное эти ритмы, пульсации и циклы будут иметь место. а значит, фундаментальное представление о свойствах, присущих живому, остаются на месте.
есть такое понятие как shear stress. и он, этот shear stress, регулирует экспрессию генов в эндотелиальных клетках. я слышал где-то краем уха про это.

вполне может быть, что при постоянном потоке происходит нечто очень кардинально неприятное.
Кто-то помнится попытался исследовать сосудистую систему с позиций гидродинамики. И пришел к выводу, что при имеющейся разветвленной сети длиной многие тысячи километров сердце прокачать кровь попросту неспособно. Хотя тут мне множество врачей говорили, что в сосудах есть мускулатура, которая пульсирует в такт сердцу, прокачивая кровь. Непонятно, как вся эта мускулатура адаптируется к отсутствию ритма.
Непонятно, как вся эта мускулатура адаптируется к отсутствию ритма.

По-моему, она просто качает в своём ритме. Даже разминать ноги рекомендуют почаще именно из-за этого устройства...

Да и вообще, посудите - разве увеличение давления в сосудах до пиковых значений, а потом снова уменьшение (то есть эта самая волна пульсации от сердца) - это полезное явление? Ведь из-за него приходится иметь сосуды более прочными, чем если бы давление было всё время постоянным!
Немого не понял: почки и печень отказали из-за болезни или из-за того, что сердце не давало пульса?
интересно, что у ivanov-petrov какое-то (долгое) время назад была бурная дискуссия по поводу сердца. он бился почти один против всех, объясняя, что нельзя рассматривать сердце как насос, даже метафорически. его, конечно, интересуют вопросы философии-методологии, т.е., как правильно думать о чём-то в рамках научного подхода, где подводные камни, где фарватер. но вот такой вариант ответа, там кажется не всплывал: давайте заменим сердце на насос и посмотрим, что получится.
это, конечно, не отменяет того факта, что кровообращение - не система насоса и труб, т.к. сосуды покрыты мышцами, кровь не везде жидкая, и т.п. но вот есть функция - гонять кровь по телу, а есть её конкретная реализация - сердце. и оказывается, что они не завязаны жёстко. так же как кость и функция поддержания каркаса. это тут самое любопытное, по-моему, - что такое разделение существует и даже в таких сложных вещах.
нейроны это конечно ещё глубжее. там даже с функцией не очень ясно пока.
Вся жизнь в общем-то делится на "есть задача" и "есть реализация".
Сердце дает большую электрическую наводку, которая может играть роль в различных механизмах регуляции. А может и не играть. По-моему, ЧСС как-то связана с ритмом дыхания, то есть именно ЭКГ воздествует на центр дыхания. Но, вероятно, эти влияния довольно тонкие. Мысль о жизни без пульса вызывает глубокое отвращение, но это, думаю, в основном дело привычки.
Да совершенно верно.Это система ритмов,задаваемая ритмом сердца.Все они взаимосвязаны-чаще дышишь-чаще сердцебиение и наоборот.Умер пациент так умер,но вот ритм сердца скорее важен для функционирования мозга а мозгом мы и отличаемся от животных.Эта система ритмов создана эволюцией для физических нагрузок,кто занимался бегом тот понимает проблему навязать собственный ритм соперникам.В не экстремальных ситуациях типа больного в кровати вполне можно обойтись без ритма,но ето частный случай жизни,вынужденное решение.
Повышение ритма сердца в норме меняет ВСЮ взаимосвязанную систему ритмов организма,сердце там типа дирижёра,под которого и который система ритмов существует в плавающем балансе.
Без гравитации в космосе человек живёт какое то время,но по возвращении на землю его реабилитируют,кальций уже начал покидать костную массу...
А кто-нибудь жил с "турбинным сердцем" дольше, чем пять недель?
Не могу сказать. Это же фактически был эксперимент. Человек умирал, и ясно было, что не спасти. Поэтому решили попробовать (с согласия родственников, разумеется). Там ситуация была такая: либо он умирает прямо сейчас, либо есть шанс подарить ему еще какое-то время жизни.
Так что имплант этот - опытный образец. Доведут до ума, поступит в клиники, тогда можно будет отслеживать статистику.
разве сердце не генерирует электрический импульс во время сокращения?
не может же эта функция быть "лишней" в организме.
вроде бы там наоборот... генерируется импульс, вследствие которого возникает сокращение мускулатуры. Во всяком случае, не далее как несколько недель назад я работала над статьей ,в которой сердечная деятельность разъяснялась именно как следствие распространения нервного импульса из синусового узла по мышце. Поэтому посторонние "наводки" на мышцу, которые возможны у людей с имплантированными в сердце электродами, могут привести к нарушению сердечной деятельности.

Похоже, что, по крайней мере, на кратких сроках организму не важно, сокращается ли сердце, или же давление создается насосом.
К сожалению, я не физиолог, и не очень представляю себе, как организм обходился без разницы давлений, создаваемых сердечными сокращениями, но, видимо, некоторый перепад же обеспечивался всей системой, иначе кровоОБРАЩЕНИЯ не будет, а будет только кровоСНАБЖЕНИЕ...
Хороший, честный пост. Редко кто из учёных (про гуманитариев вообще молчу) способен резко корректировать свои взгляды.