В ритме сердца

Аритмия — суровый диагноз, который может даже стать причиной внезапной смерти. О том, как это можно предотвратить и какие научные методы придумывают российские учёные для борьбы с аритмией, рассказывает доктор биологических наук Константин Агладзе, профессор Московского физико-технического института, заведующий лабораторией в Московском областном научно-исследовательском клиническом институте (МОНИКИ) им. М.Ф. Владимирского.

— Константин Игоревич, чем вас, как физика, привлекли исследования аритмии?

— Всё началось на заре моей научной юности. Я в своё время поступил на работу в Институт биологической физики, в лабораторию, которая занималась процессами распространения возбуждения в сердце. Если это распространение нарушается, то возникает то, что мы называем аритмиями, и приводит в конечном счёте к сердечной недостаточности и иногда внезапной смерти.

Когда сердечная мышца слабая, она не качает кровь, возникает сердечная недостаточность. А может быть обратная ситуация, когда вроде бы здоровый человек с сильным сердцем вдруг неожиданно умер от его остановки. Такое случается с профессиональными спортсменами — фигуристами, футболистами. Так вот, потом, когда человек уже умер, начинают разбираться — а у него сердечная мышца на 90% в порядке. Какие-то мелочи, когда 5–7% массы повреждены, приводят к таким страшным последствиям.

Дело в том, что эти небольшие изменения могут приводить к дезорганизации работы всего сердца. Сердце же у нас — это организованный ансамбль клеток, которые очень соркестрированно сокращаются. И благодаря этому мы получаем проталкивание крови по сосудам.

— Вы говорите о том, что сердечные паталогии удаётся обнаружить уже после смерти. А как можно ли их обнаружить при жизни?

— Это вопрос сложный. Хорошо, когда проблемы можно увидеть во время диспансеризации на ЭКГ. А в некоторых случаях никогда и никак. Но это всё-таки крайний случай. Случаи внезапной смерти не так часты. Почему это происходит? Потому что спортсмены работают на пределе возможностей. В большом спорте это почти всегда так. У них возникает много травм, мышечных в том числе. Так же точно спортсмены травмируют и своё сердце.

— Человек всегда ощущает свою аритмию?

— Не всегда. И если ощущает, то часто по-разному. Аритмология — это огромная биомедицинская наука. Мы занимаемся биофизикой этого явления, поскольку наш подход интересен именно с точки зрения физики. Я заканчивал Московский физико-технический институт и кандидатскую диссертацию защитил по физике, а докторскую уже по биологии.

— Чем ваши исследования оригинальны, что нового вы обнаружили?

— Оригинальность во многом опирается на то, как организованы наши исследования. Это сочетание фундаментальной физики и практической медицины. Важно, что я руковожу лабораторией в Московском областном научно-исследовательском клиническом институте. А в своё время я создал лабораторию на Физтехе.

Казалось бы, какая связь? Дело в том, что это даёт очень тесную связку лечебного заведения и Физтеха. Во-первых, мы разработали методику анализа работы сердца пациента на клеточном и даже субклеточном уровне. Во время операции у пациента берутся клетки, биоптат, то есть, обрезки сердца, если выразиться совсем просто, и, выделяя из этого биоптата отдельные живые сердечные клетки, мы можем определять, например, склонность пациента к определённым видам аритмии. Кроме того, мы уже начинаем получать данные о персональной чувствительности к ряду препаратов, которые помогут нам создать пул различных патологий этих пациентов.

— Как это будет выглядеть?

— В идеале это, например, будет так: известно, что у человека есть постоперационная аритмия. Известно, что у человека проблемы с сердцем не закончились. Каким в его случае будет наиболее эффективное лечение? Какие есть персонализированные рекомендации? Мы хотим найти ответы на все эти вопросы.

— Такого никто больше не делает?

— Не могу сказать, что мы здесь первопроходцы. Такие вещи делаются, например, в Соединённых Штатах. Но по большому счёту в таком комплексе, как мы сейчас, это делает десяток мест в мире, не больше. Кроме того, мы делаем клеточное репрограммирование. Это возможность перепрограммирования клеток, которая появилась после того, как в 2006 году Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) открыл способ терминально дифференцированные клетки, то есть высоко специализированные клетки, возвращать в их стволовое состояние. У нас в организме где-то под две сотни различных типов клеток. Они отличаются по своим функциям, даже по фенотипу. Но генотип-то там одинаковый, он сугубо индивидуальный. Поэтому детектив находит волосок и может по этому волоску определить генотип человека.

— Но почему клетки такие разные?

— Есть такая вещь, как эпигенетика, которая перестраивает реализуемую генетику, то есть, картинку того, какие гены считываются в реальности, чтобы произвести клетку. Перестраивая набор считываемой генетической информации, можно поменять тип клетки. И сейчас такие вещи стали возможными. Более того, стало возможным их применять в медицине.

— Каким образом?

— Пока в исследовательских работах, конечно. Например, в тех же самых операциях на сердце можно получить некоторое количество костного мозга, из которого выделяются стволовые клетки, а затем с помощью направленной дифференцировки получить клетки нужного типа, например, кардиомиоциты.

Сейчас можно сравнить клетки, которые получаются непосредственно из сердца пациента, с клетками, которые получается прямой дифференцировкой из стволовых клеток этого пациента. Почему это важно? Потому что клетки, полученные из стволовых клеток, это молодые клетки, они несут в себе то, что у человека было в юности. Это наша «память о молодости». А те, которые у него берутся из сердца, это те, которые уже отягощены всей его жизнью. Это «старые» клетки. Анализируя разницу между ними, можно сделать, например, выводы, какие факторы были повреждающими, что именно привело человека к этой болезни.

— Вы сейчас говорите о диагностике. А какое тут может быть лечение?

— Мы сейчас занимаемся в основном фундаментальной наукой, а точнее переходом фундаментальной науки к практическим приложениям. Что сейчас наиболее близко к тому, чтобы лечить? Тут, опять же, надо вспомнить стволовые клетки. Их можно получить, например, из небольшого количества крови тем же клеточным репрограммированием. И тут возникла идея: если мы знаем, как это делается, давайте будем эти кардиомиоциты вживлять туда, где есть повреждённые ткани в сердце, те же постинфарктные рубцы. Почему бы не заместить их нормальной мышечной тканью? Вырастим клетки, туда их пересадим.

— Получилось?

— Хорошая идея, но оказалось мало реализуемой. Потому что просто заменить сердечную стенку оказалось сложно. Вырастить тоненькую полоску сердечной ткани можно, и мы умеем это делать. Полмиллиметра толщиной у нас получается. Но не больше. И никто не может сделать толще, несмотря на то, что попыток множество.

— Почему?

— Потому что в выращенной таким образом ткани все клетки могут жить только за счёт диффузии кислорода, и при её толщине не больше полумиллиметра обмен метаболитами с окружающей средой более или менее эффективен. А если вы хотите сделать более толстые слои, нужна так называемая васкуляризация, сосудистое русло, кровеносные сосуды. Иначе клетки, которые будут в глубине, просто погибнут. И вот эту проблему решить, вырастив достаточно толстый кусочек сердечной ткани с сосудистым руслом, да ещё чтобы его можно было подшить к реальному реципиенту, никак не получается. Никто эту задачу ещё не решил.

— Но ведь в сердце есть небольшие элементы. Может быть, надо работать с ними?

— Да, это важный вопрос. Отдельные элементы очень важны, они не такие большие, и с ними работать можно. Например, так называемый синусовый узел, наш водитель ритма, который задаёт сердечный ритм. Синус — это впадина около верхней полости вен.

Так вот, оказывается, есть такая болезнь — слабость синусового узла, и людям, которые этим страдают, нужно ставить искусственные водители ритма. Все знают про имплантируемые водители ритма — кардиостимуляторы. Люди с ними живут, но есть некоторые проблемы. Например, водитель ритма никак не реагирует на гормональный фон человека. То есть, когда человек, например, должен побежать, он никак на это не реагирует. Хотите побежать — значит, надо подкручивать ручку, которая его регулирует.

— Неудобно…

— И ещё более тяжёлая вещь: мы думаем, что слабость синусового узла всегда у старых людей. Нет, это часто бывает даже у детей. А детям ставить имплантируемый стимулятор совсем сложно. Дети растут, меняется вся геометрия тела. Значит, им нужно эту операцию постоянно повторять с течением времени.

Так вот, вырастить клетки, которые бы брали на себя функции синусового узла, а потом их туда посадить — это вполне реальная вещь. Мы могли бы это делать. Безусловно, это то, что можно считать лечением. Такую работу мы начинали с нашими коллегами из Новосибирского клинического центра им. Академика Мешалкина. Это один из самых продвинутых кардиоцентров не только в нашей стране, но и в мире. Но по разным причинам, часть которых была связана с пандемией, проект временно прервался. Сейчас мы его оживляем. И я думаю, что в этом направлении мы скоро продвинемся к первым результатам.

А ещё из практических возможностей важно то, что кусочки сердечной ткани можно выращивать для исследования фармпрепаратов на кардиотоксичность и эффективность.

— Именно антиаритмических?

— В том числе. Исследование антиаритмиков таким способом очень важно, и вот почему. Обычно берётся какое-то перспективное вещество, исследуется на животных моделях, чаще всего на крысах и мышах. Так вот, оказывается, что у крыс несмотря на то, что мы в определённом смысле довольно близкие родственники, нет целого ряда мембранных ионных каналов, которые есть у человека. Поэтому целый класс антиаритмиков на крысах испытывать нельзя, это так называемые антиаритмики класса три.

Кроме того, вещество может оказаться совершенно безвредным для крыс и очень токсичным для человека, если оно будет подавлять у человека эти самые калиевые токи. То есть, это означает, что на крысах эксперименты делать нельзя. На ком же делать? На обезьянах? На человеке?

Но, поскольку на человеке ставить эксперименты нельзя, а на обезьянах безумно дорого, то такое выращивание кусочков сердечных тканей может решить проблему. Мы это умеем. И это тоже очень важное направление нашей работы.

— Константин Игоревич, то, что вы находитесь на базе большого клинического медицинского учреждения, играет роль в ваших исследованиях?

— Безусловно! Мы говорили о биоптате. Лаборатория в МФТИ имеет возможность этот биоптат анализировать, но где-то же его брать надо. А где его брать? Конечно, у кардиохирурга. А чтобы кардиохирурги согласились его давать, нужно с ними быть в хороших отношениях. А ещё лучше работать с ними вместе в одном и том же центре и иметь общую программу исследований. У нас всё это есть. Тесная связь физиков с врачами крайне важна.

— Вам не приходится общаться непосредственно с пациентами, смотреть их, консультировать?

— Нет, мы же не врачи. Но на самом деле вы задаёте интересный вопрос. Кафедра физики живых систем Физтеха, на которой я профессор, сделала очень серьёзный эксперимент: в своё время взяла несколько студентов, которые шли по двойной программе. Они учились и на Физтехе, и в Первом медицинском институте, чтобы получить сразу два сразу диплома — практикующего врача и физика-исследователя. Это оказалось очень тяжёлым делом. Только два человека, по-моему, дошли до самого конца. пациентами работают врачи, мы же работаем немного с другой стороны. Однако эти двое смогли освоить обе программы — значит, это всё-таки возможно.

— Мы сейчас говорим об уже состоявшихся аритмиях, на которые можно тем или иным способом пытаться воздействовать, как-то облегчив человеку жизнь. А нет ли каких-то универсальных советов для тех, кто не хочет заболеть? Ведь профилактика всегда лучше лечения.

— С точки зрения биофизики, скажу честно: есть люди, которым никак мимо своей аритмии не пройти, потому что это может быть сопряжено с рядом генетических факторов. Просто не повезло. В этом случае правильно как можно раньше узнать об этой склонности — тогда можно избегать дополнительных повреждающих влияний.

В остальных случаях существуют очень простые рекомендации: в первую очередь, избегать чрезмерных нагрузок на сердце. Я очень серьёзный противник спорта больших достижений, потому что это калечащее занятие. Это в каком-то смысле современные гладиаторы. Они, конечно, не режут друг друга мечами, но на самом деле со своим телом обходятся очень сурово.

Здесь я совершенно не оригинален. Есть великолепная книга Юрия Власова («Стечение сложных обстоятельств» — книга Юрия Власова, советского тяжелоатлета, чемпиона Олимпийских игр 1960, многократного чемпиона мира, Европы и СССР, впоследствии ставшего писателем — Прим. ред.), где он описывал те проблемы, которые приобрёл, пока ставил мировые рекорды. Нужно ли вам это? Десять раз подумайте.

Алкоголь вреден в любых дозах. Нет полезного алкоголя. Вот сейчас на меня может напуститься куча народа, да и я сам всегда отдавал дань хорошему вину или другим напиткам. Но когда у меня приключилась аритмия, а это было пять лет назад, я почувствовал её изнутри. И в результате пришлось полностью от этого удовольствия отказаться.

— Это было тяжело?

— Вы знаете, когда сердце начинает барахлить, это очень серьёзно меняет мировоззрение.

— Вы на личном опыте знаете, что такое аритмия. Что вы как учёный с этим делаете?

— Я принимаю антиаритмик, который мне в своё время прописали. Кроме того, я знаю некоторые симптомы и предвестники, потому что понимаю физиологию и биофизику. Я заранее чувствую, что не надо делать в тех или иных ситуациях, и стараюсь этого избегать.

— Какие это предвестники?