Несколько хирургов прежде уже ставили искусственные клапаны, однако результаты этих операций варьировались от смерти пациента до незначительного улучшения его состояния — никому не удавалось добиться успеха, подобного тому, которого достиг Старр. Всеобщее волнение вокруг этой операции лишний раз доказывало, что событие это было чем-то грандиозным. Операции предшествовали два года многообещающих экспериментов на животных, и Старр надеялся, что у кардиохирургов наконец появится в распоряжении надежный и долговечный искусственный клапан, с помощью которого они спасут жизни тысячам людей. Устройство, разработанное бывшим инженером Лоуэллем Эдвардсом, превзошло самые смелые ожидания. За три года его поставили более чем шести тысячам больных, многие из которых прожили после операции еще не один десяток лет. Когда через десять лет после операции Филип Амундсон умер в результате несчастного случая, его клапан по-прежнему идеально работал. Но это не было чем-то исключительным: в 2014 году сообщалось про 67-летнюю женщину из Пенсильвании с клапаном Старра — Эдвардса, которая была живой и здоровой спустя 48 лет после операции.
Создание «запасной детали» для человеческого сердца стало триумфом инженерного дела — вместе с тем даже самые сложные искусственные клапаны не сравнятся с теми, которые даны нам от природы. В человеческом сердце их четыре, и выполняют они простую функцию: разрешают крови течь только в нужном направлении. Каждый состоит из трех или четырех створок (двух в случае митрального клапана) из волокнистой соединительной ткани и прикреплены к фиброзному кольцу. Створки клапана сходятся в центре и подобно лепесткам цветка плотно закрывают отверстие клапана, не давая крови течь в обратном направлении. В нужный момент эти створки молниеносно раскрываются, пуская кровь в следующую камеру сердца или в кровеносный сосуд, после чего снова закрываются, не позволяя ей утечь обратно.
Сердце часто сравнивают с насосом, однако более правильно было бы говорить про два насоса, работающих параллельно. Первый насос (правая сторона сердца) посылает лишенную кислорода кровь в легкие, в то время как второй насос (левая сторона сердца) проталкивает вновь насыщенную кислородом кровь по всему телу. Каждый из насосов состоит из двух камер: резервуара, называемого предсердием, и напорной камеры, именуемой желудочком.
Каждый удар сердца состоит из двух фаз. Во время первой — диастолы — сердце наполняется кровью, а в ходе второй фазы — систолы — кровь из него выталкивается наружу. В начале диастолы сердечная мышца находится в расслабленном состоянии, и, завершившая свое путешествие по организму, кровь втекает в правое предсердие, подобно наполняющей резервуар воде. Отсюда через трехстворчатый клапан кровь просачивается в пустой правый желудочек. По окончании диастолы мышцы предсердия сокращаются, повышая давление в этой камере и проталкивая всю кровь через трехстворчатый клапан в желудочек. Доли секунды спустя начинается систола, и теперь сокращаются мышцы желудочка. Происходящее в точности повторяет процесс выдавливания кетчупа из пластиковой бутылки: в результате сжатия содержимого давление возрастает, и оно проталкивается наружу. С повышением давления трехстворчатый клапан плотно закрывается, и тогда открывается легочный клапан. Подобно выдавленному в тарелку кетчупу, кровь устремляется из правого желудочка в легочную артерию, откуда потом поступает в легкие.
В то время как кровь, лишенная кислорода, проходит через правую часть сердца, практически аналогичный процесс происходит и в его левой половине. Вновь обогащенная кислородом кровь возвращается из легких через легочные вены и попадает в левый желудочек. В ходе диастолы она втекает через митральный клапан в левый желудочек, а когда начинается систола и желудочек сокращается, то митральный клапан закрывается, и кровь под большим давлением проталкивается через аортальный клапан в аорту, откуда уже разносится по всему организму. Когда организм находится в состоянии покоя, на весь этот цикл, состоящий из диастолы и систолы, уходит порядка секунды.
Если прислонить ухо к груди здорового человека, то можно услышать знакомый ритмичный стук сердца — тук-тук, тук-тук, тук-тук. Первый «тук», более тихий, вызван закрытием митрального и трехстворчатого клапанов в начале систолы. Что же касается второго, более громкого «тука», то с таким звуком по завершении систолы захлопываются аортальный и легочный клапаны. Иногда врач может услышать через стетоскоп какие-то дополнительные звуки — так называемые шумы, — которые чаще всего свидетельствуют о наличии проблемы. Одна из причин появления таких шумов — сужение сердечного клапана, из-за чего он не может должным образом открываться (так называемый стеноз). Кроме того, клапан по какой-то причине может перестать плотно закрываться, из-за чего кровь начинает перетекать обратно (это явление носит название «регургитация»).
Восстановление или замена клапанов человеческого сердца было одной из самых трудных проблем хирургии двадцатого века, для разрешения которой — после того как было одобрено проведение подобных операций на людях — потребовалось больше шести лет. Впервые предположение, что неисправные клапаны могут поддаваться хирургическому лечению, было высказано Гербертом Милтоном, главврачом больницы Каср Эль Айни в Каире. В 1897 году, через год после того, как Людвиг Рен впервые успешно прооперировал сердце после ранения, Милтон написал в The Lancet, чтобы рассказать о придуманном им новом методе вскрытия грудной клетки. Это событие само по себе было очень важным, так как рекомендуемая им методика — он предлагал для доступа к грудной полости распиливать грудину — в настоящий момент применяется в операциях на открытом сердце чаще всего. Но в 1897 году проводилось мало операций со вскрытием грудной полости и требующих столь серьезного вмешательства, так что Милтон описал обстоятельства, в которых такой подход может пригодиться, в том числе для удаления инородных предметов из легких. «Как только будет найден безопасный путь, откроются громадные возможности для хирургического вмешательства, — написал он. — Кардиохирургия все еще находится в зачаточном состоянии, однако не нужно обладать большой фантазией, чтобы представить потенциальные возможности хирургического лечения как минимум некоторых заболеваний сердечных клапанов».
Почему Милтон, размышляя о том, какие операции могут проводиться на сердце, подумал в первую очередь о клапанах? Отчасти потому, что эта проблема была самой актуальной. В конце девятнадцатого века специалисты многое знали о заболеваниях клапанов сердца, их симптомах и сопровождающих их звуках, которые можно было услышать через стетоскоп. Причем недостатка в таких пациентах не было: на врачей обрушилась настоящая эпидемия болезней сердечных клапанов, вызванных инфекцией — острой ревматической лихорадкой, которая — по крайней мере, в развитых странах, — в наши дни практически не встречается.
История острой ревматической лихорадки — любопытный пример болезни, трансформирующейся прямо у нас на глазах. Патогенные организмы, вроде вирусов, размножаются с такой ошеломительной скоростью, что мутации способны появляться на удивление быстро, и это зачастую приводит к изменению характера вызываемой ими болезни. Когда врачи писали про острую ревматическую лихорадку в восемнадцатом веке, то среди симптомов обычно были жар и боли в суставах, или «ревматизм». Но где-то к началу девятнадцатого века патоген, судя по всему, эволюционировал и теперь начал поражать ткани сердца. Еще позже болезнь сфокусировалась на мозге, вызывая странные непроизвольные подергивания, прозванные хореей Сиденгама, или пляской святого Витта. Теперь нам известно, что в роли патогена в данном случае выступала бактерия под названием «стрептококк пиогенный» (Streptococcus pyogenes). Обычно она не вызывает ничего серьезнее ангины, однако у некоторых пациентов вырабатываемые иммунной системой антитела для борьбы с инфекцией приводили к воспалению различных тканей организма, вызывая симптомы ревматической лихорадки. В развитых странах болезнь стала начиная с 1900-х годов постепенно отступать, но в более бедных регионах она продолжает оставаться серьезной проблемой, ежегодно приводящей более чем к 250 000 смертей.
Первым, кто связал заболевание сердца и острую ревматическую лихорадку, был Дэвид Питкерн, шотландский врач, работавший в больнице Святого Варфоломея в Лондоне. В 1788 году он заметил, что у пациентов с ревматической лихорадкой чаще наблюдаются симптомы сердечных заболеваний, и выдвинул предположение, что у обоих заболеваний была одна и та же причина, которую он назвал ревматизмом сердца. Эта теория привлекла большое внимание в 1812 году, когда Уильям Чарльз Уэлс опубликовал подробное исследование, однозначно подтверждавшее наличие этой связи. Круг интересов Уэлса был необычайно широким: он разгадал загадку появления росы, а также почти за пятьдесят лет до Дарвина предложил теорию естественного отбора. Одним из пациентов, указанных в его исторической статье, была молодая женщина, которая умерла в 1807 году от заболевания сердца через несколько месяцев после того, как слегла с ревматической лихорадкой. В результате вскрытия внутри ее сердца были найдены напоминающие бородавки наросты, некоторые из которых находились на митральном и аортальном клапанах. Эти наросты как раз и есть характерный симптом ревматического поражения сердца. Выводы Уэлса были подтверждены многими другими врачами: в 1909 году один врач из больницы Святого Варфоломея сообщил, что у девяноста девяти из ста его пациентов с ревматической лихорадкой также наблюдались повреждения сердечных клапанов.
Острая ревматическая лихорадка была распространенным недугом и порождала толпы пациентов с неизлечимыми заболеваниями сердца. Особенно удручающим был тот факт, что среди них было много детей — а этот факт сильно менял ситуацию, когда болезни сердца были в основном приобретенными с возрастом и поражали, как правило, пожилых людей. В 1898 году лондонский врач Дэниэл Сэмвейс выдвинул осторожное предположение. Написав в журнал The Lancet, он предсказал, что в будущем митральный стеноз — вызванное ревматическими наростами сужение просвета митрального клапана — могут научиться лечить, делая с помощью скальпеля «простой надрез» у отверстия клапана. Сэмвейс посчитал, что если бы была возможность получить доступ внутрь сердца, то небольшой надрез одной из створок клапана увеличил бы размер его просвета, тем самым усилив и кровоток через него. Его идея осталась практически незамеченной, однако четыре года спустя, когда знаменитый хирург сэр Томас Лаудер Брантон сделал похожее предположение, все сразу же ею очень заинтересовались.