Сердце не выдержит

Если взглянуть на клетки сердца под электронным микроскопом, на ум приходит сравнение с ракетой-носителем. Большую часть массы космической ракеты составляют топливные баки, а клетки сердца под завязку набиты митохондриями – клеточными органеллами, обеспечивающими их энергией. Задача у кардиомиоцитов тоже не проще, если сделать поправку на размеры. Орган величиной с кулак проталкивает кровь по двум кругам кровообращения наперекор всему: гравитации, сопротивлению сосудов, огромной протяженности сосудистой сети. Но если ракета-носитель, за редким исключением, штука одноразовая, то человеческое сердце проводит свои «запуски» минимум раз в секунду, 40 млн раз в году, 2,5 млрд раз от рождения до смерти. Сердце – безусловно, наша самая выносливая мышца, но и у него есть пределы возможностей.

Холод: 17 °C

Электрические токи сердца – это потоки ионов, которые входят и выходят из клеток и передаются между ними с помощью специальных ионных каналов. Дирижируют этой активностью клетки-водители ритма, которые первыми впускают в себя натрий и кальций, а уже затем ионная волна прокатывается по проводящим пучкам внутри сердца и распространяется по миокарду, заставляя его сокращаться. При понижении температуры ионные каналы начинают работать хуже. При температуре тела 32 °C амплитуда сигнала, который создают водители ритма, уменьшается, сам сигнал возникает все реже – наступает брадикардия, падает артериальное давление. Уже при температуре 28 °C человек может казаться совершенно мертвым: пульс становится слабым и неровным, реже 20 ударов в минуту. Проводимость миокарда при охлаждении тоже постепенно уменьшается, и сначала на этом фоне может возникнуть аритмия или фибрилляция предсердий.

Однако холод – это одновременно то, что убивает человека, и то, что может спасти ему жизнь. При пониженных температурах все химические процессы замедляются, включая процессы повреждения клеток из-за кислородного голодания после остановки сердца. Это нашло применение в кардиохирургии: при операциях на открытом сердце его охлаждают, чтобы защитить от недостатка кислорода, пока хирурги проводят свои манипуляции. Поэтому же в медицине при реанимации пациентов с тяжелым переохлаждением действует принцип, который на английском звучит почти как афоризм: No one is dead until warm and dead. По смыслу это можно перевести как: «Никто не может считаться мертвым, пока его не согрели и не убедились, что и после этого он не подает признаков жизни». То есть даже если замерзший человек уже посинел, у него нет дыхания и пульса, нужно пытаться его реанимировать.

Так, в 2019 году по мировым СМИ разошлась новость о чудесном спасении 34-летней Одри Мэш (Audrey Mash). Ее с мужем накрыла снежная буря во время пешего похода в испанских Пиренеях. К моменту, когда на место прибыл вертолет со спасателями, сердце Одри не билось уже несколько часов, температура тела опустилась до 17 °C. В клинике врачи подключили женщину к аппарату искусственного кровообращения, который работал за ее сердце, пока температура тела пострадавшей не поднялась достаточно, чтобы врачи применили дефибриллятор. В результате Одри не только осталась жива, но и вернулась к полноценной жизни. Вопреки опасениям врачей, благодаря сильному охлаждению ее мозг оказался не поврежден.

Электричество: 10 мкА

Сердце – электрический орган, и его остановка – главная причина гибели людей при ударе током. Чтобы нарушить согласованность сокращения мышечных волокон в желудочках сердца (такое состояние называется фибрилляцией), достаточно подвести напрямую к органу ток силой всего 10 мкА (микроампер). К счастью, расчеты эти сугубо теоретические. Их получил в 1970-х годах физиолог Лесли Гиддес (Leslie Geddes) в экспериментах на собаках, и сегодня они используются при производстве имплантируемых электрокардиостимуляторов и других девайсов, контактирующих с сердцем напрямую. Ни одного реального случая поражения человека током от таких устройств медицине неизвестно.

В обычной жизни сердце защищено от электрических воздействий кожей, мышцами и другими тканями организма. Во-первых, они имеют собственное электрическое сопротивление (по закону Ома, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока), и человеческое тело как резистор обычно оценивают в 100–300 тыс. Ом. Во-вторых, ткани неизбежно принимают на себя часть тока, и сердцу попросту достается меньше зарядов. Поэтому, чтобы повредить ему при ударе током в руку или даже грудь, нужен ток в тысячи раз больший, чем тот, что способен остановить открытое сердце. Для переменного тока часто называют порог в 30 мА (миллиампер, равен 1000 мкА), после которого возможна фибрилляция желудочков. Выше 50 мА – фибрилляция очень вероятна, выше 100 мА – неизбежна. Для постоянного тока смертельный диапазон составляет 300–500 мА. Переменный ток опасней, потому что представляет собой волну напряжения – например, в бытовой сети оно меняется от +310 до –310 В, а 220 В – это действующее, или среднеквадратичное, напряжение. Такая волна, проходя по сердцу, взаимодействует с волнами его собственной электрической активности, поэтому способна вызвать фибрилляцию желудочков при меньшей силе тока. Постоянный же ток обычно становится причиной остановки сердца из-за резкого спазма всей сердечной мышцы, и сила тока для этого нужна большая.

В целом же исход битвы человека и электричества зависит от многих факторов: по какой траектории ток прошел через тело, была кожа человека сухой или влажной, были ли на ней ранки и ссадины, какова была площадь контакта и время воздействия электричества. Поэтому, парадоксальным образом, трагедией может закончиться банальная история с неисправной розеткой, а люди, в которых попала молния, часто выживают. И даже раз в год встречаются на конференции в США, их организация называется Lightning Strike & Electric Shock Survivors International («Международное общество выживших после удара молнией или током»).

eatliquorice.com

В 2020 году 54-летний житель Бостона потерял сознание в ресторане от внезапной остановки сердца и был доставлен в больницу. Там ему диагностировали гипокалиемию – уровень калия в крови опустился до 2 ммоль/л. Несмотря на усилия врачей, через сутки мужчина скончался в палате интенсивной терапии. Установить причину внезапной гибели удалось благодаря расспросам родственников. Они рассказали, что в течение трех недель перед смертью мужчина съедал каждый день по паре пачек лакричных конфет. Тогда-то все и встало на свои места. Корень солодки, из которого производят лакрицу, содержит довольно много глицирризиновой кислоты. Это вещество блокирует в организме реакцию превращения кортизола в неактивный кортизон. Из-за того, что кортизол имеет сродство к рецепторам альдостерона, при значительном росте концентрации кортизол начинает действовать на почки как альдостерон, вызывая массивную потерю калия. Это, в конце концов, и привело к остановке сердца у бостонского пациента. После этого случая врачи даже обратились в американский FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) с просьбой сделать так, чтобы на упаковках с лакрицей впредь было предупреждение об опасности чрезмерного употребления.

Сила удара: 50 Джоулей

Во время быстрого бега или особенно сильных эмоций люди часто испытывают ощущение, которое описывают словами «будто сердце сейчас взорвется» или «выскочит из груди». Однако настоящий разрыв сердца – штука очень редкая и может произойти, только если сердце уже было повреждено. Например, как осложнение при остром инфаркте миокарда. При нем часть мышечных клеток сердца погибает, и пока в этом месте не сформируется рубец из соединительной ткани, сердце уязвимо к механическим воздействиям. Чаще всего разрыв случается на третий-пятый день после инфаркта.

Возможно, тут читатели вспомнят истории о бегунах-марафонцах, которые падали замертво в конце дистанции. Но и здесь не обошлось без патологии. Кардиологи утверждают, что причина таких смертей – гипертрофическая кардиомиопатия. Это генетическое заболевание, которое вызывает нарушения структуры сердечной мышцы и ее проводимости. К сожалению, этот диагноз нельзя поставить при рождении. Болезнь начинает проявляться только после полового созревания. При этом в 30 % случаев внезапная остановка сердца во время физической нагрузки становится ее первым и последним симптомом.

Это не означает, что человеческое сердце вовсе не уязвимо перед грубой физической силой. Commotio сordis, с латинского – «возбуждение сердца», редкое явление, которое все же случается у совершенно здоровых людей. Обычно, опять же, у молодых спортсменов в игровых или контактных видах спорта. При этом сердце останавливается от резкого удара в грудь – как правило, баскетбольным мячом или мячом для регби, но иногда достаточно и локтя партнера по игре. В группу риска также входят водители, которые не пользуются ремнем безопасности. Для остановки сердца при ударе в грудь достаточно энергии в 50 Дж. Для сравнения, энергия удара хоккейной шайбой может достигать 130 Дж, а удары в карате – 450 Дж. Но если бы дело было только в силе, хоккей и карате были бы настоящей русской рулеткой. Чтобы «вырубить» сердце ударом, нужно, чтобы он пришелся в очень узкое временное окно (от 10 до 30 мс) прямо на границе между сокращением и расслаблением сердца. Сразу после сокращения мышечные клетки сердца на какое-то время становятся невосприимчивы к возбуждению – таковы свойства ионных каналов, о которых уже много написано выше. И это очень важно для упорядоченной работы всего органа. Но ионные каналы чувствительны к механическому воздействию. Грубо говоря, если их растянуть, что и происходит при ударе, они начнут пропускать ионы тогда, когда еще не должны этого делать. Согласованность работы сердечной мышцы нарушается, происходит фибрилляция желудочков. Чем чаще бьется сердце спортсмена, тем выше вероятность commotio cordis, потому что чаще открываются окна уязвимости.

Астронавт NАSА Джессика Меир проводит себе ультразвуковое исследование в рамках программы, которая анализирует изменения в кровеносных сосудах и сердце членов экипажа МКС и отслеживает их восстановление после возвращения на Землю. Фото: NASA, nasa.gov