Введение в кардиофизику

Хотя автор этого обзора старался материал излагать в научно-популярном жанре научного функционального стиля, всё же весьма полезным для удобства читателей представляется в лучших традициях строгих научных публикаций предварить основной текст перечислением сокращений, использование которых автор счёл уместным.

БП – бифуркационная память.

ВСР – вариабельность сердечного ритма.

ДСТС – дисплазия соединительной ткани сердца.

ОЗК – наша серия статей «Обзоры задач кардиофизики».

МРТ – магниторезонансная томография.

ПД – потенциал действия, возникающий на мембранах живой клетки электровозбудимых тканей биоорганизма.

САУ – синоатриальный (синусовый) узел сердца.

УЗИ – ультразвуковое исследование.

ЭГОРС – эквивалентный генератор основного ритма сердца.

ЭЭГС – эквивалентный электрический генератор сердца.

Легко можно проследить, что развитие научных знаний сопровождается всегда и развитием средств речи, используемых для описания накапливаемого научного опыта – развитием языка научной речи.

Как утверждал Карл Бюлер (1993, Бюлер), человеческая речь – это органон! Словом «органон» называют некоторый материальный объект, который специальным образом подготовлен и позволяет улучшить функциональные способности естественных органов биологического тела, то есть представляет собой инструмент. Например, копьё или молоток позволяют улучшить свойства человеческой руки; микроскоп позволяет улучшить свойства человеческого глаза… Карл Бюлер пришёл к убеждению, что речь тоже является органоном, подобно молотку или кисти художника, – и языковой знак рассматривается Бюлером как инструмент, посредством которого «один сообщает другому нечто о вещи». В качестве инструментального средства речь выполняет одновременно три функции (1993, Бюлер, с. 34): 1) это символ, в силу своей соотнесённости с предметами и положениями вещей; 2) это симптом, в силу своей зависимости от отправителя и 3) это сигнал, в силу своей апелляции к слушателю.

Именно речь и формирует всю картину реальности в человеческом сознании, апеллируя к слушателю с призывом о доверии к версии, излагаемой рассказчиком. Согласно максиме, прозвучавшей в фильме «В пасти безумия» (1994): «Реальность — это всего лишь то, что мы рассказываем друг другу о ней» (ориг.: “A reality is just what we tell each other it is”). Неверно подобранные слова создают ошибочную картину реального мира. Ретранслируя друг другу неверными словами свой опыт, люди формируют мифические картины в сознании друг друга. В частности, такие мифические картины, созданные ещё в XVII—XIX веках великими естествоиспытателями тех времён, ретранслируются до сих пор в учебниках физиологии и медицины, несмотря на значительные концептуальные изменения в таких фундаментальных науках, как физика и математика. Роберт Дилтс указывает (2010, Дилтс, с. 75): «Влияние убеждений на нашу жизнь огромно. Помимо того, они почти не поддаются воздействию обычной логики или рационального мышления», – чуть ранее поясняя, что термином «убеждения» он обозначает «тесно взаимосвязанные обобщения относительно причинно-следственной связи», то есть, с моей точки зрения, в русскоязычном переводе следовало бы в данном случае использовать термин «предубеждения» или «предрассудки». Такие предубеждения существуют и в каждой отрасли науки, частенько существенно ограничивая развитие научных знаний.

В любой отрасли научных знаний существует некая своя система утверждений, которые сами ни из чего не следуют, но при том логически приводят ко множеству различных выводов, совокупность которых и формирует данную науку: её язык, её повести и рассказы, её сказки, мифы и легенды. Такого рода утверждения создают основу данной науки, – или, иными словами, являются для данной науки основополагающими (фундаментальными, базовыми). В такой строгой науке, как математика, базовые утверждения оформляются в виде системы аксиом. В физике – в виде постулатов. В науках менее точных базовые утверждения обычно оказываются оформленными менее аккуратно, однако они легко позволяют себя обнаружить тем, что исследователи на них ссылаются, когда пытаются высказывать какие-то иные утверждения. И как раз отсутствие явной декларации таких основополагающих утверждений часто приводит к ошибочным научным суждениям, когда, например, математик пытается делать выводы относительно биологических систем, или биолог – о свойствах математических объектов. Но и в своей области научных знаний специалисты также оказываются весьма часто отягощены внушенными им во время обучения предубеждениями, сформировавшимися ранее по причине нарушения тех или иных законов логики; на мой взгляд, в науке чаще всего приходится сталкиваться с логической ошибкой предвосхищённых оснований.

Когда в первый раз в главе для коллективной монографии профессора Ардашева (2009, Елькин, Москаленко) я поместил текст о мифах науки, порождённых несовершенством используемых языковых единиц, то был уверен, что это наблюдение можно считать моим маленьким личным открытием. Однако через несколько лет мне попалась уже упомянутая книга Роберта Дилтса, в которой обсуждался этот же феномен. А ещё чуть позже мне довелось познакомиться с великолепными монографиями знаменитого Николая Михайловича Амосова, считающегося одним из основоположников советской кибернетики, – и там прямым текстом сказано (1968, Амосов, с. 38): «слово может создавать новые искусственные образы (вернее, их модели), которые становятся более сильными, чем естественные. Так возникают мифы».

В формировании мифов немаловажную роль играет также и явление, которое получило название «ассиметричный дуализм языкового знака». Суть этого часто наблюдаемого явления состоит в том, что получатель сообщения (слушатель или читатель) находит в нём вовсе не тот смысл, какой был заложен в него отправителем (например, рассказчиком, лектором или писателем). Причин таких ошибок в передаче сообщаемого смысла можно указать несколько. Одна группа этих причин связана психологией восприятия; в частности, выделяют подгруппу мотивационных ошибок атрибуции, – когда эмоциональное состояние и мотивационное ожидание приводят к непроизвольному искажению смысла воспринимаемого сообщения. В результате человек, который в роли слушателя неверно понял смысл сообщения, далее, оказавшись в роли рассказчика, своими уже словами передаёт искажённый смысл новому слушателю, – который, в свою очередь, снова воспринимает сообщение асимметрично… Словосочетание «испорченный телефон» уже давно стало устойчивым. А один из законов Мерфи гласит: «Если что-нибудь возможно понять неверно, оно будет понято неверно».

Как минимизировать влияние ошибочных предубеждений и ими порождаемых мифов? Народная мудрость подсказывает, что правильно поставленный вопрос должен содержать в себе 90% ответа. Поэтому полагаю, что для устранения ошибочных предубеждений весьма важным человеческим навыком является умение предельно точной передачи смысла сообщения – и в первую очередь умение точной постановки вопросов. Напомним, что «вопрос – это логическая форма, включающая исходную информацию с одновременным указанием на её недостаточность с целью получения новой информации в виде ответа» (2002, Панкратов, с. 60).

В некоторых профессиях точность передачи смысла сообщения оказывается критически важной. Например, военные приказы. Для таких критических профессий специалисты были вынуждены сформировать своё языковое подмножество, – такое, чтобы смысл каждого варианта сообщений, из числа в принципе возможных на этом языковом подмножестве, всегда оказывался однозначно понимаемым.

Многих, возможно, удивит утверждение, что одной из таких критических профессий, – подобных военному делу! – является и научная работа. Однако это так, поскольку научные ошибки приводили уже не раз к причинению массового вреда человечеству и природе. И именно по этой причине в различных подразделах науки специалисты были вынуждены сформировать некоторое специфическое подмножество языковых знаков, с помощью которых стараются достигать наиболее точной и однозначной передачи своим коллегам сведений о полученном научном опыте.

Вместе с тем некоторые выводы, – не только бытовые, но даже научные, и даже те из них, которые в науке доминируют десятилетиями, – при более тщательной проверке обнаруживают свою ошибочность. Причём ошибочность оказывается обусловленной вовсе не уровнем аккуратности и точности проведённых научных измерений, а нарушением правил классической логики, как уже было упомянуто выше. Причины и источники логических ошибок исследуются уже давно, – ещё со времён классической работы Аристотеля, который в сочинении «Опровержение софистических аргументов» классифицировал разновидности логических заблуждений. Среди более современных работ на эту тему можно предложить книгу (1958, Уёмов) известного советского учёного А. И. Уёмова. Если сказать совсем кратко, то основной причиной логических ошибок является иллюзорность восприятия исследователем наблюдаемых им событий реального мира; она сама оказывается часто следствием тех или иных внушённых предубеждений, но она также и ведёт к формированию предубеждений новых.

Конечно же, ошибки логические следует отличать от фактических ошибок: последние обусловлены не нарушением правил логики, а отсутствием знаний о фактическом положении дел. Напомним также, что если ошибка допущена неумышленно, она называется паралогизмом; если же правила логики нарушают умышленно с целью доказать недоказуемое или ввести кого-то в заблуждение, то это – софизм. Здесь мы говорим именно о неумышленных ошибках логических – о паралогизмах. Создатель математической логики Г. Фреге, убедительно показал, что законы, правила и стандарты мышления, устанавливаемые логикой, не зависят от индивидуальных, психических особенностей отдельных людей и потому имеют интерсубъективный характер.

В физиологии десятилетиями существуют некоторые основополагающие утверждения, которые на самом деле являются не более чем мифами, возникшими в результате такого иллюзорного восприятия результатов экспериментальных наблюдений тем или иным исследователем, чьё мнение затем стало восприниматься как безусловно авторитетное и потому неоспоримое. Хотя ведь подмена обсуждения истины обсуждением личности является одной из известнейших логических ошибок, на латыни обозначаемых как argumentum ad hominem («аргументация к человеку»); состоит она в том, что обоснование истинности тезиса подменяется рассуждениями о достоинствах или недостатках человека, защищающего этот тезис.

Несколько примеров ошибочных основополагающих утверждений, безусловно принятых в физиологии и затем практически без изменений заимствованных биофизиками, приведено ниже в разделе 1. К таким заблуждениям следует отнести: 1) ставшие классическими представления Эйнтховена о существовании электрического диполя сердца (fallacia accidens или fallacia fictae universalitatis – ошибка поспешного обобщения); 2) восприятие спонтанной деполяризации клеточной мембраны в качестве причины возникновения потенциала действия при автоматизме (post hoc, ergo propter hoc – ошибка: «после этого, значит по причине этого»); 3) восприятие постдеполяризации мембраны в качестве причины возникновения триггерной активности. Этот список можно продолжить. Именно такое положение дел стало основанием для утверждения (2016a, Москаленко; 2018, Москаленко и соавторы; 2021, Москаленко), что в рамках современной физики биологических объектов должна быть теперь проведена тщательная ревизия всего того богатого экспериментального и теоретического наследия, которое оставили человечеству к началу XXI века физиологи и биофизики.

1.1. Историческая роль языка физиологии

Открытие «животного электричества» явилось, несомненно, весьма важным этапом не только в понимании причин нарушения деятельности сердца, но и в развитии научных взглядов на живых существ. Это открытие довольно быстро привело к разработке нового языка, удобного для обобщённого описания таких свойств биологической материи, которые прежде казались несопоставимыми. Действительно, возможно ли найти что-то общее в работе мозга и в работе мышц? Что общего, казалось бы, может быть между мышечной силой и силой мысли? Открытие же «животного электричества» позволило зарегистрировать и в нервной ткани, и в мышечной ткани некий процесс, которому было дано название «возбуждение». Развитие представлений о возбудимых биологических тканях явилось важным обобщением тех экспериментальных данных, которые удалось накопить к концу XIX века. Ещё в 1900 г. T. W. Engelmann и K. F. Wenckebach постулировали основные свойства сердечной мышцы, а именно: 1) автоматию; 2) рефрактерный период; 3) ответ на стимулы разной силы по принципу «все или ничего»; 4) феномен лестницы после стимуляции. Именно представления о существовании «животного электричества» явились основополагающими для физиологических исследований и привели к появлению специального языкового подмножества, языка физиологии как науки. Подробнее о развитии физиологического языкового подмножества можно найти в более ранних обзорах автора (2009, Елькин, Москаленко; 2014, Moskalenko; 2021, Москаленко). Великую роль исследователей-физиологов в развитии научного понимания биологической жизни подвергать сомнению никак невозможно.

Вместе с тем, как отметил ещё Николай Михайлович (1968, Амосов, с. 74), справедливо и следующее утверждение: «Такие науки, как физиология или психология, существуют давно и накопили массу фактов, гипотез, теорий, однако использовать их практически для целей точного моделирования невозможно. Вся эта информация носит качественный характер и в большей своей части противоречива».

Предлагаю рассмотреть несколько примеров укоренившегося среди физиологов и медиков мифического восприятия реального мира.

1.2. Электрический диполь сердца

Утвердилось мнение, что электрокардиографическому методу исследования работы сердца человечество обязано работам Эйнтховена, и с этим мнением трудно не согласиться. Как известно, именно Виллем Эйнтховен, нидерландский физиолог, сконструировал в 1903 году прибор для регистрации электрической активности сердца и в 1906 году впервые использовал электрокардиографию в диагностических целях. Однако вместе с электрокардиографией Эйнтховен «одарил» человечество и достаточно вредным мифом о том, что в смысле электродинамики сердцу соответствует электрический диполь. Красивые картинки, изображающие процедуру построения такого диполя на основе записей трёх стандартных отведений, кочуют из учебника в учебник и завораживают своей простотой и очевидностью, внушая тем самым студентам из поколения в поколение, что эти картинки якобы соответствуют истине. Соответствуют, согласен; но не совсем.

Весьма большую и кропотливую работу по изучению электрического поля сердца проделал Расим Закареевич Амиров (к сожалению, результаты этих исследований так и не вошли до сих пор в медицинские учебники и потому остаются малоизвестными врачам). Для проведения своих исследований Амиров воспользовался методом электрокардиотопографии, суть которого заключается в распределении большого количества регистрирующих электродов на кожной поверхности грудной клетки: в работах Амирова было использовано 50 таких электродов.

При изучении проекции электрического поля сердца на поверхность грудной клетки методом электрокардиотопографии удалось обнаружить следующую динамику электрического поля сердца (1973, Амиров, с. 13). Зона электронегативности, возникающая во время зубца Q с максимумом в левой нижней передней части грудной клетки, движется во время от Q до R по всей задней поверхности грудной клетки слева направо в область правого плечевого сустава. Зона электропозитивности, возникающая во время зубца Q с максимумом в области передних границ сердца, совершает во время от Q до R движение в противоположном направлении – справа налево. При этом разность биопотенциалов сердца увеличивается, что в трёх основных стандартных отведениях Эйнтховена соответствует росту амплитуды электрического диполя. Во время пика зубца R максимум зоны электронегативности находится в правой плечевой области, а максимум зоны электропозитивности – в противоположной стороне, слева в нижней части грудной клетки. Затем зона электронегативности продолжает движение по передней поверхности грудной клетки с правой, верхней, части влево в нижнюю часть. Одновременно зона электропозитивности движется по задней поверхности грудной клетки в противоположном направлении – слева направо. Таким образом, в течение комплекса QRS обе зоны совершают круговое движение, занимая противоположные места на поверхности грудной клетки.

В чём я нахожу важность этих результатов Амирова? Для описания работы сердца возможно было выдвижение следующих трёх теоретических предположений. При возбуждении сердца во время систолы электрическое поле сердца: 1) характеризуется одинаковой динамикой электрического потенциала во всех направлениях пространства, подобно тому, как от вспыхивающей лампочки свет исходит с одинаковой яркостью во все направления пространства; 2) в разных направлениях пространства наблюдается динамика электрического потенциала, похожая на хаотическую или просто достаточно сложную, чтобы быть объяснённой при помощи каких-либо простых геометрических построений; 3) динамика электрического потенциала выглядит похожей на механический стробоскоп с вращающимся колпаком, когда максимальной яркости в некотором пространственном направлении соответствует минимальная яркость в противоположном направлении. Заслуга Амирова состоит в убедительной демонстрации верности третьей гипотезы при основном ритме сердца. И, как нетрудно подметить, между аналогиями «стробоскоп» и «диполь» существует сходство; иными словами, Эйнтховен предложил использовать аналогию «электрический диполь», однако ничуть не хуже и не лучше ту же роль удобного мифа сыграла бы аналогия «электрический стробоскоп».