Питается молочной кислотой, из-за которой болят мышцы: ученые Пермского Политеха поделились интересными фактами о сердце
29 сентября отмечается Всемирный день сердца. Ученые Пермского Политеха рассказали, какие микроэлементы создают в нем электрический импульс, как нейроны следят за его ритмичностью, зачем ему нужна молочная кислота из мышц, на сколько зарядок смартфона хватит его суточной энергии, почему этот орган хорошо защищен от первичной онкологии и как на нем проводят операции еще до рождения ребенка.
Суточной энергии сердца хватит на 30 зарядок смартфона
– Сердце непрерывно работает на протяжении всей жизни, и в среднем у взрослого человека оно бьется около 100 000 раз в день. На каждое сокращение тратится определенное количество энергии, и в сумме за сутки орган вырабатывает и расходует примерно 700–800 килокалорий, что эквивалентно 3 000–3 300 килоджоулей, – отвечает старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат медицинских наук Валерий Литвинов.
Этого хватило бы, чтобы вскипятить 8–10 литров воды в электрочайнике, поработать 40–50 часов на ноутбуке, зарядить смартфон примерно 30 раз или проехать около 30 км на автомобиле.
– Стоит отметить, что коэффициент полезного действия у сердца невысок — он составляет всего около 10–25 % в зависимости от условий нагрузки. Это значит, что большая часть энергии, которую орган получает из питательных веществ, рассеивается в виде тепла, а не превращается в механическую работу по перекачиванию крови. И даже с этим условием сердце умудряется без единой остановки работать десятилетиями, перекачивая миллионы литров крови и снабжая кислородом каждую клетку тела. Для биологической системы, которая никогда не отдыхает и не может позволить себе ни минуты простоя, это не недостаток, а скорее свидетельство удивительной надежности и выносливости — настоящий триумф эволюции, – добавляет Валерий Литвинов.
Сердце бьется благодаря натрию, кальцию и калию
Сердце – это мышца, которая работает автономно, то есть самостоятельно создает импульсы, не подчиняется осознанному контролю и может биться даже вне организма. Это возможно благодаря синусовому узлу – крошечному участку в правом предсердии, который работает как встроенный генератор.
– Внутри его клеток преобладают отрицательно заряженные частицы, в основном ионы калия, а снаружи, в окружающей жидкости, всегда много положительно заряженных ионов натрия и кальция. В какой-то момент эти ионы проникают внутрь клетки — и на очень короткое время её заряд меняется с минуса на плюс. Это и есть электрический импульс. Он распространяется по всему сердцу, заставляя его сокращаться. Цикл повторяется автоматически — примерно 60–80 раз в минуту в покое, – рассказывает доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат медицинских наук, научный консультант по фармакологии НОЦ ХимБИ Сергей Солодников.
Поэтому так важно поддерживать баланс калия, натрия и кальция в организме: если их концентрация нарушается, сердце теряет ритм — могут возникать аритмии, слабость и даже остановка сердца.
В сердце находится около 40 000 нейронов, которые следят за его ритмом
У сердца есть свой «маленький мозг» – примерно 40 000 нейронов, которые управляют его работой. Их ключевое отличие от нейронов головного мозга в том, что они не отвечают за сознание, мышление, память и эмоции. Их задача более узкая, но жизненно важная: тонкая настройка ритма и силы сокращений в реальном времени.
– Они постоянно улавливают и передают сердцу сигналы от двух нервных систем: симпатической и парасимпатической. Первая – это «газ», – она включается при нагрузке или опасности, когда уровень гормона стресса адреналина в крови повышен, и дает команду ускорить и усилить сердцебиение. Это нужно для того, чтобы быстрее доставлять кислород и питательные вещества с кровью ко всем клеткам организма, выкручивая их эффективность на максимум. А вторая — это «тормоз»: она работает в покое, во сне и после еды, замедляя орган и помогая ему восстановиться, – делится Сергей Солодников.
Если ритм не будет соответствовать ситуации, сердце либо не справится с нагрузкой, либо будет работать впустую, изнашиваясь быстрее. Именно поэтому нейроны критически важны для правильного регулирования работы главного насоса организма.
Сердце «питается» молочной кислотой, из-за которой у спортсменов болят мышцы
Сердце действительно умеет «питаться» тем, что другие органы выбрасывают как отход.
– Когда вы бежите или интенсивно тренируетесь, скелетные мышцы начинают производить лактат — то самое вещество, которое раньше называли «молочной кислотой» и винили в мышечной боли. Но сердце устроено иначе: оно всегда с удовольствием забирает лактат из крови, чтобы сжечь его как топливо, – говорит Валерий Литвинов.
Во время тяжелой нагрузки это вещество может покрывать до 75–100 % всей энергии, которая нужна органу.
– Сердце захватывает лактат из крови с помощью специальных белков на поверхности своих клеток и тратит его на то, чтобы сжиматься и разжиматься. Получается двойная выгода: орган потребляет готовое топливо, а организм избавляется от продукта, который ускорял бы утомление мышц, – продолжает ученый Пермского Политеха.
У тренированных людей этот процесс происходит интенсивнее. Именно поэтому они со временем приспосабливаются к гораздо более высоким нагрузкам без болевых ощущений на следующий день.
Первичный рак сердца – самое редкое онкологическое заболевание
Первичные опухоли — это образования, которые изначально возникают в самом органе, а не попадают туда в виде метастаз из другого места. Для сердца такие ситуации – действительно большая редкость. Они составляют менее 0,1 % от всех онкологических заболеваний. У этого есть следующее объяснение.
– Опухоли возникают из-за нежелательных мутаций при делении клеток, поэтому ткани, где это происходит часто, например, кожа и кишечник, более уязвимы для рака. Клетки сердечной мышцы — совсем другой случай. Они практически полностью прекращают делиться в первые месяцы жизни. Поэтому вероятность накопления мутаций, ведущих к раку, крайне мала, – объясняет Валерий Литвинов.
Но гораздо чаще в нем находят не первичную опухоль, а метастазы из других органов — легких, молочной железы, почек, меланомы. Это происходит потому, что через сердце за минуту проходит весь объем циркулирующей крови, и раковые клетки, оторвавшиеся от злокачественного образования в другом органе, с легкостью попадают туда.
То есть, если человек полностью здоров, рак сердца, вероятно, ему не грозит. А вот когда уже есть проблемы с одним органом, нужно тщательнее обследовать и сердце на предмет метастазов.
Врачи проводят операции на сердце ребенка еще до его рождения
Такие операции действительно существуют, и это направление называется фетальной кардиохирургией. Врачи вмешиваются в сердце плода, находящегося в утробе матери, еще до рождения, чтобы скорректировать серьезные пороки, которые без лечения создают угрозу жизни и здоровью. Чаще всего речь идет о суженном отверстии клапана в аорте. Это затрудняет отток крови, из-за чего левые отделы сердца перестают развиваться.
– Обычно вмешательство планируют на сроке примерно 22–30 недель беременности. Через небольшой прокол в животе матери и стенке матки к сердцу плода подводят тонкий катетер. На его конце — крошечный баллон, который хирурги аккуратно раздувают, расширяя отверстие в клапане и восстанавливая нормальный ток крови. Во время процедуры плод получает препараты для обезболивания и фиксации движений, – рассказывает Валерий Литвинов.
Ранняя коррекция часто позволяет нормализовать работу сердца до рождения, снизить перегрузку сердечной мышцы и создать более благоприятные условия для роста и развития после появления на свет. В результате это действительно повышает шансы на успешное лечение и улучшает прогноз для младенца.
У некоторых людей сердце расположено справа, – и обычно это не опасно
Примерно у одного человека из 10 000 большая часть сердца расположена не слева, а в правой половине грудной клетки. Эта особенность называется декстрокардия.
Выделяют три основных вида такого состояния: истинная декстрокардия, при которой орган является зеркальным отражением нормального; изолированная, – когда все сердце расположено в правой половине грудной клетки, но другие внутренние органы остаются на своих местах; и декстропозиция — смещение нормально сформированного сердца из-за внешних причин, например, опухоли, давления диафрагмы, грыжи, заболеваний легких, искривления грудной клетки.
– Если сердце просто находится справа, но все его камеры и клапаны сформированы правильно, оно работает абсолютно нормально. Такие люди живут обычной жизнью, занимаются спортом, рожают детей. Риск заболеваний у них такой же, как у всех остальных. Опасность возникает только тогда, когда правостороннее сердце сочетается с другими врожденными пороками или аномалиями внутренних органов. Они могут нарушать нормальный ток крови и требовать нескольких хирургических операций, – отмечает Валерий Литвинов.
Есть и практический нюанс: если человек с таким сердцем попадает в больницу, врачи должны знать об особенности, потому что стандартные точки для прослушивания, ЭКГ и реанимации у него будут зеркальными.
Пресс-служба ПНИПУ
Фото: Кирилл Брага/РИА Новости