Количество сокращений сердечной мышцы человека в течение всей его жизни составляет примерно 2,5 миллиарда. О том, когда сердце сокращается в последний раз, узнать не так сложно, медики делают это очень часто, к сожалению. Но когда сердце человека начинает биться? Об этом известно не так уж и много.
Сейчас ученые решили отследить формирование сердца, начиная с ранних стадий развития эмбриона. Результаты своих исследований специалисты опубликовали в научном журнале eLIFE. Исследование, считают участники проекта, будет иметь важное значение для развития регенеративной медицины, а также поможет понять, как можно вырастить сердце в лабораторных условиях.
Сердце формируется в организме эмбриона первым. Этот орган уже на первых этапах развития зародыша начинает работать, отправляя кислород и питательные элементы по всем тканям растущего организма. У мышей, например, сердце появляется уже через неделю после зачатия. Это еще не полноценный орган, а набор клеток, которые постепенно развиваются из стволовых клеток, формируя сердце. Спустя еще сутки у эмбриона мыши появляется вполне узнаваемое сердце, которое начинает работать на благо всего организма.
Изначально считалось, что сердцебиение начинается сразу после формирования сердечной трубки. Но, как оказалось, это не так. Ткани будущего «кровяного насоса» проявляют активность при появлении первых кардиомицитов — клеток сердца, которые еще не сформировали полноценный орган.
Сначала кардиомициты работают вразнобой, синхронное сокращение начинается после того, как отдельные клетки объединяются в полноценную ткань сердечной мышцы. Сокращение кардиомицитов осуществляется за счет перехода ионов кальция через клеточную мембрану. Первые сокращения можно наблюдать уже через 12 часов после зачатия. Эмбрионы мышей развиваются очень быстро, гораздо быстрее эмбрионов человека. 12-й час развития плода мыши соответствует 20-му дню эмбриона человека. К этому времени (20-му дню) зародыш человека уже имеет червеобразную форму, у него пока нет ни рук, ни ног, ни головы. Правда, мозг уже начинает формироваться. И вот в это время начинают работать кардиомициты.
При увеличении концентрации кальция в кардиомиците клетка сокращается, при снижении — расслабляется. Система таких клеток и представляет собой синхронно сокращающуюся сердечную мышцу. Для того, чтобы отследить первые сокращения кардиомицитов, ученые вели постоянное наблюдение за эмбрионами мышей. Контрольное действие — повышение уровня кальция, что должно было приводить к сокращению клеток сердца. На ранних стадиях этот ключевой механизм работы сердца отсутствует — кальций почти никак не влияет на клетки.
Для того, чтобы уловить проявление первых очагов активности кардиомицетов, специалисты впрыснули флуоресцирующий раствор кальция. Как только это было сделано, сразу стало возможным наблюдать за работой кардиомицитов, как отдельных клеток, так и всей их совокупности.
«Мы были удивлены тем фактом, что клетки изменяют концентрацию кальция внутри себя даже прежде, чем начинает работать „кальциевый“ механизм сокращения самих клеток. Можно было бы ожидать, что механизм сокращения клеток формируется первым, после чего все это начинает работать под воздействием кальция, но нет, прежде проявляется система циркуляции ионов кальция», — говорит Шанкар Сринивас, профессор биологии из Оксфордского университета. Цикл изменения концентрации ионов кальция нужен организму не просто так. Похоже, что наличие кальциевого цикла важно даже для самого процесса формирования сердца. При блокировании поступления кальция в кардиомициты при помощи специальных препаратов ученые наблюдали отсутствие процесса образования полноценных клеток сердечной мышцы.
Это открытие проливает свет на самое начало формирования различных органов эмбриона. Как мы видим, в некоторых случаях для формирования того либо иного органа необходимо молекулярное воздействие особых соединений или элементов.
В случае с формированием сердца «кальциевый цикл» начинает работать в различных местах будущего сердца. Но через несколько часов (в случае наблюдения за эмбрионом мыши) начинается уже синхронная работа. Кардиомициты постепенно «учатся» работать синохронно, начинают пульсировать, и эта пульсация становится уже заметной. Ученые еще продолжают исследования в этом направлении, для того, чтобы лучше понимать механизм формирования тканей сердца. Возможно, это поможет выращивать если не целые сердца, то сердечную ткань в лаборатоорных условиях. Кроме того, результаты наблюдений могут оказаться полезными для изучения болезней сердца.
«Одна из главных проблем регенеративной медицины — разработка механизма, способного заставить биться клетки сердечной мышцы синхронно. Если мы будем лучше понимать этот механизм, изучив его в процессе формирования, то мы сможем создавать ткани с синохронной работой», — считают участники исследования.
DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.17113
Комментарии (15)
Dr-Good
15.10.2016 01:49-2Сердце вообще самый удивительный орган, после мозга конечно)
Например, если в положении лежа одновременно померить давление в аорте и бедренной артерии, то в аорте оно будет ниже. Но кровь течет от аорты, что невозможно объяснить с позиций физики, по которой жидкость может течь только от большего давления к меньшему.
Или еще момент. Кровь из аорты со скоростью около 20см в секунду поступает в разные артерии и соответственно разные части тела. Так вот анализ крови, взятый из мозговых и бедренных артерий показывает, что порция крови, «ушедшая» к мозгу, теплее и содержит больше молодых мелких эритроцитов с более активными веществами, чем в крови, «ушедшей» к ногам.
Объяснение этого феномена вполне себе крышесшибательное:) Распределение объемов крови определенного состава по отдельным органам как раз-то и совершается в самом сердце. На внутренней поверхности желудочков есть ячейки (назовем их мини-сердцами), в левом желудочке их больше 100. В этих мини-сердцах происходит условно говоря «скручивание эритроцитов» в особые «упаковки», состав и положение каждой из которых предопределено местом струйного взаимодействия потоков крови в конкретной ячейке на поверхности желудочка. Образовавшиеся «упаковки» устремляются к центру желудочка, где каждая занимает определенное место. Затем, под действием наружных мышц сердца «упаковки» попадают в аорту. При этом каждая «упаковка» крови получает свой силовой импульс и траекторию движения, которые и «наводят его на цель» — определенный орган или часть тела. Таким образом, отдельные части желудочков организует порции крови, предназначенные только для того органа, с которым оно имеет «гемодинамическую связь». Например, основание левого желудочка «работает» на мозг, «верхушка» на органы таза, а межжелудочковая перегородка на органы брюшной полости.
bazil
15.10.2016 14:35Вы забыли тэг «сарказм» поставить?
Dr-Good
15.10.2016 14:54не забыл вроде) а что вас смущает?
sumanai
15.10.2016 15:18+1Думаю что всё, кроме первой строки разве что.
Dr-Good
15.10.2016 15:32Я не автор данных теорий, экспериментов и рассуждений. Но, если мне не изменяет память, читал про это в «В мире науки» как перевод работы вполне себе уважаемого специалиста во вполне себе рецензируемом журнале по кардиологии. То есть это не бред какого-то около научного сумасшедшего, и тем более не мой:) Я дал лишь вольный пересказ интересной, на мой взгляд, информации.
sumanai
15.10.2016 15:42+2Как минимум второй абзац с невозможностью объяснить кровоток с точки зрения физики вызывает большое подозрение. И после этого начинаешь намного более критически относится к размещённой далее информации. Да и остальное выглядит слишком сложным, с учётом например рептилий, у которых даже перегородка между двумя кругами кровообращения не полная, и смешение артериальной и венозной крови не сильно мешает им жить, так что просто нет смысла всё так усложнять у приматов.
Dr-Good
15.10.2016 16:18«что невозможно объяснить с позиций физики» — тут я перегнул, согласен)
На тему сложности. Наше тело сборная солянка эволюционных решений, нужных когда-то кому-то, ныне не всегда рациональных, надежных, хаотичных и близоруких. И да, мы излишне сложны и вполне себе есть отражение принципа несогласованной избыточности в передаче информации и строении тела. Мы ящеры, птицы, рыбы, макаки и лишь неокортексом собственно люди. Так что сложны ли мы избыточно? Ну конечно. Сложно ли сердце избыточно? Конечно, 2,5млрд сокращений не бог весть что:) За авторством Лема: сердце было бы гораздо более надежным, будь оно электромагнитным насосом, который создает соответствующим поля, а кровяные тельца были бы диполями или имели бы ферромагнитные вкрапления. Кровообращение было бы равномерным, без колебаний давления, ушла бы проблема питания сердца в систолу и тд. Но имеем, что имеем)sumanai
15.10.2016 17:04Ну вот, такое интересное чтиво, и такое паршивое вступление, убившее всё желание читать.
Правда всё равно стрёмно как-то. Статьи по этой теме ссылаются на некоего Александр Гончаренко, найти какую-либо информацию по нему практически невозможно. Нашёл только какой-то https://nooscentr.ru/team/lectors/goncharenko/ Центр ноосферного здоровья, самим своим названием вызывающий недоверие.
В общем как интересное чтиво прокатит, прикольно было написано.
Wuzaza
15.10.2016 20:47+1Как говорил один профессор у нас в медицинском университете: «В медицине нужно только знать, а не предполагать». Попытки объяснить вполне банальные физические факты какими-то оккультными теориями была свойственна людям прошлого, когда наука еще не могла дать ответ. Почему в наши дни появляются подобные теории, мне скажем так, непонятно.
Ну какие упаковки крови? Единственная «упаковка» крови, которая может образоваться в нашем организме называется кровяной тромб. Попадание одной такой упаковочки в мозг называется ишемический инсульт, что в 30% приводит к смерти, а среди выживших 60-70% остаются инвалидами.
Далее по поводу движения крови по особой траектории. Кровь человека движется по сосуду строго линейно. Любая турбулентность вызывает слипание эритроцитов, а затем формирование тромба с вышеуказанными последствиями.
По поводу более высокой температуры крови в мозге. Мозг — структура, выделяющая достаточно большое количество тепла при работе, полностью заключенная в череп, поэтому значительная часть теплообмена осуществляется через отводящие сосуды.
Хотя и тут не точно — самая высокая внутренняя температура в организме, а соответственно и крови в печени — где протекает большое количество метаболических реакций.
Назначение трабекул (а не ячеек, и не минисердец) описано в любом учебнике анатомии.
Ну а последний абзац про «работу участков сердца» на какую-то отдельную часть тела вообще похоже на теорию о гадании по группе крови…Dr-Good
15.10.2016 23:32Я согласен, несет желтизной и рен-тв за версту) Жаль не помню источника, но ссылки вели на какой-то приличный профильный журнал.
DistortNeo
16.10.2016 00:22Если данный журнал не имеет индексов цитирования в зарубежных системах типа Web of Science, то приличным язык точно не повернётся его называть.
pda0
> Количество сокращений сердечной мышцы человека в течение всей его жизни составляет примерно 2,5 миллиарда.
%Грустная шутка про signed long int.%
NikitosZs
Я произвёл расчёты, которые показали, что это количество за год при 79,3 ударах в секунду.
maaGames
Не в секунду, а в минуту. Если жить 60 лет.
NikitosZs
Ну, формально, мои расчёты верны, хоть и нереальны. Надо же было так опростоволоситься.