ШКОЛА БОЛЬШОЙ НАУКИ

10–12 апреля Институт иммунологии и физиологии УрО РАН и Уральский федеральный университет проводят в Екатеринбурге российскую конференцию с международным участием «Экспериментальная и компьютерная биомедицина» памяти члена-корреспондента РАН В.С. Мархасина. Зарегистрировано около 300 участников, более 150 докладов, в том числе ведущих ученых из университетов Европы, США и Японии. Часть лекций будет транслироваться в Интернете в режиме онлайн (см. программу конференции на сайте uralbiomed.uran.ru). Отдельная секция «Экспериментальные и компьютерные модели в сердечно-сосудистой физиологии и кардиологии» посвящается 75-летию со дня рождения профессора В.Я. Изакова и члена-корреспондента РАН профессора В.С. Мархасина — основателей школы физиологии, биофизики и биомеханики миокарда на Урале.
Валерий Яковлевич Изаков и Владимир Семенович Мархасин — однокашники, коллеги, единомышленники, друзья. В какой-то мере соперники в самом лучшем созидательном смысле этого слова, когда друг без друга невозможно, когда желание доказать свою правоту становится двигателем научного исследования и в конечном счете приводит к истине.
Они очень долго шли по жизни рядом. Даже родились почти в одно время. В нынешнем году каждому из них исполнилось бы по 75 лет: 23 апреля — день рождения Владимира Семеновича, 28 апреля — Валерия Яковлевича. Оба не дожили до этих дат. Валерий Яковлевич ушел от нас в феврале 1990 года, а Владимир Семенович — год назад, в апреле 2015.
Они учились в одной группе в Свердловском медицинском институте и окончили его в 1964 году. Еще в студенческие годы в обоих пробудилась тяга к научным исследованиям в области физиологии, которая стала главным делом их жизни. Далеко выходя за пределы стандартной программы мединститута, они разыскивали и изучали новую научную литературу. Их эрудиция с первых шагов в науке позволяла видеть свою область исследований в широком контексте и под неожиданным углом зрения, вовлекать в работу новые методы. Одними из первых в СССР В.Я. Изаков и В.С. Мархасин начали регистрировать электрическую активность в препаратах миокарда, эти результаты вошли в их кандидатские диссертации, которые они защитили в один день в 1968 году. Согласно одной из шутливых историй о тех временах, они бросили жребий, чтобы решить, кто какую часть совместных результатов возьмет себе в диссертацию. А вот еще одно свидетельство их стремления к самообразованию. Будучи физиологами, Мархасин и Изаков вольнослушателями освоили программу первых двух базовых курсов на математико-механическом факультете Уральского государственного университета. Позднее это позволило им разрабатывать и использовать математические модели для теоретического анализа механизмов электромеханического сопряжения в сердечной мышце. И в этой области они также были пионерами и в СССР, и позднее в России.
Началом становления школы физиологии и биофизики миокарда в Екатеринбурге (тогда Свердловске) можно считать небольшую группу, созданную Изаковым и Мархасиным в 1974 году на базе 23-й городской клинической больницы. Она появилась благодаря поддержке выдающегося кардиохирурга, профессора Милослава Станиславовича Савичевского, в то время руководившего отделением кардиохирургии этой больницы. Он предоставил исследователям не только помещения для работы, но и уникальный экспериментальный материал — образцы миокардиальной ткани человека, так называемые ушки предсердий, удаляемые во время некоторых операций на сердце. Тогда же в группу вошли Сергей Юрьевич Бершицкий, Юрий Леонидович Проценко, Павел Борисович Цывьян, которые затем выросли в маститых исследователей, стали докторами наук и до сегодняшнего дня образуют костяк уральской школы. Первое время работали на чистом энтузиазме, но сегодня тогдашние волонтеры вспоминают о подвале 23-й больницы с теплотой и ностальгией. Финансовая поддержка появилась благодаря академику Валерию Ивановичу Шумакову, директору федерального НИИ трансплантологии и искусственных органов. Хоздоговор с его институтом позволил группе получить официальный статус лаборатории биофизики миокарда и штатные ставки. Сотрудники изучали механизмы электрогенеза в кардиомиоцитах, связь между возбуждением и сокращением, механизмы расслабления сердечной мышцы, а также природу вязкоупругого поведения миокарда. Новизна и глубина этих исследований постепенно превратили лабораторию в уникальную научную школу по изучению биомеханики и биофизики мышечного сокращения.
В.С. Мархасин и его ученики изучали механизмы нарушений сократительной функции миокарда при врожденных и приобретенных пороках сердца. Обнаружив существенную неоднородность электрической и механической активности в препаратах сердечной мышцы, Владимир Семенович впервые задумался о физиологической и патофизиологической роли неоднородности миокарда в сердечной деятельности. Впоследствии этот феномен стал одним из основных направлений исследований и «визитной карточкой» научной школы, представители которой с самого начала стремились найти практическое применение своим фундаментальным результатам. Пионерские работы, начатые уральскими кардиофизиологами в 1980-е годы, намного опередили «бум неоднородности», охвативший мировую физиологию сердца почти на 10 лет позже.
После 23-й горбольницы лаборатория еще несколько лет работала в НИИ гигиены труда и профзаболеваний. И, наконец, в 1988 году коллектив приобрел статус академического, войдя в качестве отдела в Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, что стало возможным благодаря доброй воле и значительным усилиям директора ИФ академика Михаила Павловича Рощевского. К сожалению, Валерию Яковлевичу Изакову недолго пришлось руководить отделом. После его ухода из жизни в 1990 году отдел возглавил Владимир Семенович Мархасин. Сейчас уже трудно представить, какие организационные и материальные трудности пришлось преодолеть коллективу, чтобы сохраниться и продолжать развиваться в те сложные времена. Существенную поддержку обеспечили гранты Российского фонда фундаментальных исследований, а также международные исследовательские гранты Фонда Сороса, Национального института здоровья США, НАТО, Фонда Александра Гумбольдта, Института Говарда Хьюза, CRDF и The Wellcome Trust.
В начале 2000-х годов отдел В.С. Мархасина послужил основой для создания Института иммунологии и физиологии (ИИФ) УрО РАН, который организовал и возглавил академик В.А. Черешнев. В 2003 году Владимир Семенович был избран членом-корреспондентом РАН. В новом институте коллектив обзавелся уникальным оборудованием и продолжил экспериментальные и теоретические исследования в области биомеханики и электромеханического сопряжения в сердечной и скелетной мышцах на современном мировом уровне.
Сотрудники отдела проводят эксперименты как на многоклеточных препаратах миокарда, так и на его изолированных клетках, и на целом сердце, изучают тонкие механизмы регуляции функции в нормальном миокарде и при его патологии. Например, группа доктора биологических наук Ю.Л. Проценко, ученика В.Я. Изакова, изучает нарушения функции миокарда, вызванные гипертензией, которая может приводить к тяжелой гипертрофии сердца. В лаборатории биологической подвижности ИИФ под руководством доктора биологических наук С.Ю. Бершицкого, также ученика В.Я. Изакова, проводятся эксперименты на молекулярном уровне, в которых изучается взаимодействие сократительных белков сердечной мышцы и их кальциевая регуляция. В частности, группа доктора биологических наук Л.В. Никитиной, ученицы В.С. Мархасина, исследует неоднородность сократительных белков миокарда. Такого рода эксперименты проводятся в очень немногих лабораториях мира. В сотрудничестве с еще одним из «школьников» с советских времен доктором физико-математических наук Андреем Кимовичем Цатуряном (Институт механики МГУ) активно развиваются исследования фундаментальных механизмов функционирования моторных мышечных белков, инициированные еще В.Я. Изаковым. В них принимают участие коллеги из Лондонского имперского колледжа.
Активно развивается математическое моделирование сердечной мышцы, значение которого так хорошо понимали и поддерживали и В.Я. Изаков, и В.С. Мархасин. Первые работы по моделированию были выполнены ими еще в 1980-е годы совместно с профессором, доктором физико-математических наук Григорием Нойховичем Мильшейном (УрГУ) и А.К. Цатуряном (МГУ). Позднее основными энтузиастами этих работ стали сначала доктор физико-математических наук Леонид Борисович Кацнельсон, ученик В.Я. Изакова и В.С. Мархасина, а потом и доктор физико-математических наук Ольга Эдуардовна Соловьева, ученица Владимира Семеновича. Сегодня она руководит лабораторией математической физиологии, которую В.С. Мархасин создал в ИИФ и в которой работал до самых последних дней.
В сотрудничестве с группой профессора Дениса Нобла из Оксфордского университета екатеринбургская модель механической активности сердечной мышцы была сопряжена с оксфордской моделью электрической активности клетки миокарда. Интегративная модель сердечной клетки в литературе цитируется как «Екатеринбург-Оксфорд модель». На этой модели удалось воспроизвести и впервые объяснить широкий круг явлений электромеханического сопряжения в миокарде в норме и при ряде патологий. Например, был выявлен вклад механо-электрических обратных связей в функцию сердечной мышцы. Эти обратные связи оказались одним из ключевых механизмов, определяющих особую роль механической неоднородности миокарда при его нормальном и патологическом поведении. Многолетние исследования механической неоднородности миокарда навели В.С. Мархасина на мысль, что этот феномен необходимо рассматривать в качестве отдельной парадигмы его сократимости. Был разработан уникальный метод мышечных дуплетов, идея которого в свое время была сформулирована Владимиром Семеновичем в его докторской диссертации. Результаты этих исследований были опубликованы в ведущих отечественных и международных журналах.
Развитием математической модели мышечных дуплетов стали модели многоклеточной миокардиальной ткани и целого левого желудочка сердца человека. На их основе уральские ученые создают сегодня персонифицированные модели левого желудочка сердца человека. Этому масштабному проекту, инициированному В.С. Мархасиным, посвящена отдельная публикация на с. 5–6. Примечательно, что в проекте участвует профессор Гентского университета Александр Викторович Панфилов, также связанный с уральской школой еще с советских времен.
Сегодня школа физиологии и биофизики миокарда приумножается молодым поколением исследователей и продолжает плодотворно развиваться во благо науки и медицинской практики.

Ученики и коллеги