Валерий Чолаков
Нобеловите награди (52) (Учени и открития (1901–1982))

Физиология

В първите години след основаването на Нобеловата фондация едно име често се срещаше сред списъците на кандидатите за лауреати, изготвени в Каролинския институт. Това бе Иван Петрович Павлов, професор в Института за експериментална медицина в Петербург. Големият руски учен бе станал добре известен заради приносите си в развитието на физиологията.

Някои разглеждат работата на Павлов като нова ера в тази наука. Негов основен метод беше т.нар. „хроничен“ експеримент. Целта на подобни опити е чрез минимално вмешателство да се получи достъп до различни части на организма и да се изследва тяхното действие. Павлов и неговите сътрудници майсторски оперираха животните и поставяха фистули, с които изследваха физиологията на храносмилателната система. Експерименталните животни живееха дълго след операцията и това даваше възможност за обширни наблюдения от най-различен вид. Специално за изследването на процесите на храносмилане това бе изключително важно, тъй като дотогава имаше много малко данни по този въпрос.

Разнообразните методи за изследване, прилагани от голям брой сътрудници, дадоха възможност в института на Павлов бързо да се получат резултати за дейността на храносмилателния апарат. Изкуствените отклонения от слюнчените жлези, стомаха и други дялове на системата позволиха изследването на секрецията и химичния анализ на смилателните сокове. Наред с това бяха описани моторните функции и нервната регулация на храносмилателната система. Това беше нещо ново за физиологията, тъй като дотогава болшинството учени не мислеха, че нервната система играе някаква роля в процесите на храносмилане. По-нататък Павлов, развивайки тази насока от експериментите, направи крупни приноси в неврофизиологията.

Имайки на разположение един изпитан метод, Павлов и неговите сътрудници събраха множество данни за зависимостта на храносмилателната дейност от сетивните възприятия, нервното състояние, качествата на храната и още много други фактори. Многобройни научни съобщения и статии излизаха от Института по експериментална медицина и въпреки езиковата бариера ставаха известни в цял свят. Павлов рядко се пишеше за съавтор на сътрудниците си и това наложи Каролинския институт да изпрати проф. Тигерстед в Петербург, за да проучи кой точно стои зад тази плодотворна научна дейност. Така заслугите на Иван Павлов станаха общоизвестни и в 1904 г. той получи Нобеловата награда по медицина и физиология за своята работа върху физиологията на храносмилането.

Големият учен бе тогава на 55 г. и в разцвета на творческите си сили. Той продължи да работи още три десетилетия, насочвайки се към физиологията на висшата нервна дейност. Иван Павлов създаде голяма научна школа и неговият институт край Ленинград стана един от световните центрове по физиология. Заради големите си успехи в неврофизиологията той бе предлаган отново за Нобелова награда през 20-те години и макар да не я получи, този факт е показателен за неговия голям авторитет на учен.

В началото на века Аугуст Крок, един зоолог от Копенхагенския университет, се зае да изучава газообмена в тъканите. Това беше много трудна област за изследване, тъй като имаше малко възможности за пряко измерване. Крох създаде косвени методи за определянето на дифузията на кислорода и получи изненадващия резултат, че дори при много тежка работа съдържанието на този газ в мускулите е почти същото, както и в капилярите. Изненадата сред учените бе голяма, тъй като се очакваше кислородът в мускулите бързо да намалява, за да се увеличи градиентът и оттам скоростта на дифузията. Датският учен показа, че това се постига с помощта на друг механизъм.

Крох реши да използва микроскоп, за да изследва пряко капилярите. Той видя, че при съкращаване на мускула и различни дразнения броят на капилярите се увеличава, образуват се нови връзки между тях и капилярната мрежа става по-гъста, като това води до увеличаване на площта на дифузия. Това увеличава възможностите за проникване на кислород и за доставката му до клетките. И други имаха подобни наблюдения, но никой преди Крох не се беше досетил да даде такова обяснение на капилярните пулсации. Той стигна до този извод, за да обясни количествените данни от обмена на газовете в организма. Увеличаването на броя на капилярите дава възможност, без да се ускорява кръвният ток, да се увеличи количеството на преминаващата кръв, която носи кислород и други вещества. Нарастването на скоростта би намалило времето на дифузия и кръвта няма да може да изпълнява функциите си.

Това беше голямото откритие на Аугуст Крох и то му донесе Нобеловата награда по медицина и физиология за 1920 г. Тя му бе дадена за откриването на механизма, регулиращ движенията на капилярите.

Едно от интересните изобретения на известния френски физик Габриел Липман е капилярният електрометър. През 1887 г. с такъв уред Огъст Уолър записа първата електрокардиограма. Тези изследвания привлякоха вниманието на професор Вилем Ейнтховен от университета в Лайден. Той започна експерименти с капилярния електрометър и бързо установи неговите недостатъци и ограничения. Оказа се, че апаратът има значителна инерция на реагирането и електрокардиограмата, снета с него, не съответствува на истинските импулси, образуващи се в проводящите снопчета на сърцето. Ейнтховен разработи математически методи за корекция на резултатите, приложи фоторегистрация и се зае с теорията на процеса, като по този начин успя в 90-те години да постигне високо качество на електрокардиограмите. В 1895 г. той вече бе разчленил сигналите на съставните им части, свързвайки ги е различни моменти от дейността на сърцето. Тази номенклатура е запазена и досега.

Въпреки всички усъвършенствувания методът оставаше твърде сложен и Ейнтховен реши този въпрос радикално, като създаде в 1903 г. струнния галванометър. В този апарат между полюсите на магнит е поставена посребрена кварцова нишка. Трептейки от електрическите импулси, тя отразява светлина, която се записва върху фотолента. Този уред е по-нататъшно усъвършенствуване на подобна конструкция, създадена от д’Арсонвал. Със струнния галванометър започна съвременната електрокардиография.

Още Уолър в 1887 г. показа, че за електрокардиограмата е важно от кои точки на тялото ще се отвеждат импулсите. В резултат на своите експерименти Ейнтховен предложи отвеждането да става от двете ръце и левия крак, като тези три точки се съединяват две по две. С помощта на многоканалните електрокардиографи записът на сигналите може да се прави едновременно. Тези принципи също са запазени и до днес.

Наред с увлечението си по техниката Ейнтховен като медик даваше биологично обяснение на явленията. Първото му откритие беше, че всеки човек има собствена електрокардиограма, но в общи линии те са еднакви. В 1906 г. той установи, че при различните сърдечни заболявания се наблюдават специфични отклонения в електрокардиограмите и това им придава висока диагностична стойност. Ейнтховен показа, че от сумирането на електрофизиологичната активност на специалните проводящи снопчета се пораждат биотоковете на сърцето, които носят информация за неговата дейност.

Когато работата на холандския учен привлече вниманието на Каролинския институт, възникна въпросът, защо конструирането на един инструмент ще бъде удостоявано с наградата за медицина. Дотогава нямаше такива прецеденти и затова, когато Нобеловият комитет реши да награди през 1924 г. Вилем Ейнтховен, акцентът на мотивировката бе поставен върху разкриването на механизма на електрокардиограмата. Към това сега може да се добави и конструирането на забележителния струнен галванометър, който и до днес си остава калибровъчен инструмент за съвременните апарати.

Електрокардиографията, въпреки цялото си съвършенство, е дистанционен метод за наблюдение. До 20-те години никой не можеше да помисли, че сърцето на жив човек може да се изследва по някакъв друг начин освен чрез прислушване, записване на биотоковете или рентгенография. Това продължи до 1929 г., когато младият хирург Вернер Форсман от клиниката в Еберсвалде с безстрашието на младостта постави един героичен експеримент. Той взе един катетер и го вкара на 65 см във вената на едната си ръка. След това отиде в рентгенологичния кабинет, за да се убеди, че краят на катетера е стигнал до дясното му предсърдие.

Този експеримент предизвика шок сред медицинските среди и жестока критика. Сам по себе си опитът не е толкова опасен, но самата мисъл за такова вмешателство в жив човек предизвикваше ужас сред медиците. Ръководството на болницата забрани на Форсман да прави подобни експерименти. Неговата техника обаче бе приложена в 1940 г. от двама лекари в болницата „Белвю“ в Ню Йорк. Дикинсън Ричардс и Андре Курнан години наред се бяха занимавали с изучаване на кръвообращението при различни болестни изменения и след като видяха ограничените възможности на традиционната техника, се насочиха към метода на Форсман, който изглеждаше толкова рискован.

За щастие оказа се, че опасенията са напразни. Катетерът даваше възможност за преки измервания на налягането и състава на кръвта в труднодостъпни области около сърцето и в самото сърце. За клиницистите това бе изключително важно. В 1941 г. Ричардс и Курнан публикуваха резултатите от своите изследвания. Тези резултати бяха получени в голяма клиника и от известни учени и много естествено привлякоха вниманието на цялата медицинска общественост, което не можа да направи младежът от Еберсвалде. Сърдечната катетеризация започна да навлиза все по-широко в медицинската практика.

През Втората световна война хирурзите също се превключиха на военни релси. Ричардс и Курнан изследваха т.нар. вторичен шок при хора, получили тежки наранявания. Оказа се, че голямата загуба на кръв води до нарушения в кръвообращението и до този шок с фатален изход. Подробностите около него и начините за предотвратяване бяха установени с използването на катетри. Впоследствие така бяха изследвани вродените сърдечни пороци и това значително подобри диагностиката, а оттам и резултатите от хирургичната интервенция.

Успехът на сърдечната хирургия бе темата, на която се спря Каролинският институт през 1956 г. 27 години след забележителния си експеримент Вернер Форсман бе обявен за един от изследователите, дали голям принос в медицината. Заедно с него бяха наградени Дикинсън Ричардс и Андре Курнан. Тримата получиха Нобеловата награда по медицина и физиология за открития, свързани със сърдечната катетеризация и патологичните изменения в кръвоносната система.

Изследванията върху дишането и кръвообращението поставиха въпроса, как се извършва общата регулация на тези функции на организма. Още от средата на миналия век беше известно, че по вътрешните стени на аортата — главния кръвоносен съд, излизащ от сърцето, и на каротидната артерия — кръвоносния съд, отклоняващ се от нея към главата, има барорецептори, които регистрират кръвното налягане и изпращат сигнали към мозъка. Оттам се получават команди за неговото коригиране, ако е необходимо. В 1927 г. белгийският учен Корней Хейманс установи, че по същите места се намират и хеморецептори, които реагират на химичния състав на кръвта.

Успехът на тези изследвания се дължи на оригиналната техника, разработена от бащата на Хейманс, ректор на университета в Гент. В 1912 г. старият Хейманс, заедно с Де Сомер, използваха система от две кучета за изследване на нервната регулация на дишането. Кръвоносните съдове на едното куче се съединяваха с другото и се получаваше общо кръвообращение. Връзката между главата на едното куче и тялото се прекъсваше, като се оставяха да функционират само някои нерви. Това даваше възможност да се проследи по кои пътища сигналите за промяна в дишането и състава на кръвта стигат до мозъка.

След продължителни изследвания, разширени и задълбочени от младия Хейманс, се установи, че по аортата, в непосредствена близост до сърцето, има специални телца, които реагират на химическия състав на кръвта и изпращат сигнали до мозъка за регулиране на дишането. Увеличената вентилация намалява въглеродния двуокис, а оттам и киселинността в кръвта и равновесието се възстановява.

С тази опитна постановка бяха изследвани голям брой физиологични явления като рефлекси на дишането и кръвообращението и действието на различни хормони. Белгийският учен разработи и задълбочи метода и така стана един от големите физиолози от първата половина на нашия век. Неговото голямо откритие бе свързано с хеморецепторите — тези вътрешни „вкусови“ органи, чрез които мозъкът поддържа равновесието в организма. През 1939 г. професорският колегиум на Каролинския институт реши да даде на Корней Хейманс Нобеловата награда по медицина от 1938 г. Той получи това признание за откритията си върху ролята, която играе синусният и аортен механизъм в регулацията на дишането. По това време вече беше започнала Втората световна война и наградата бе връчена на Хейманс в Гент. Едва през 1945 г. той прочете в Стокхолм своята Нобелова лекция, в която подробно разказа за знаменитите си опити с двете свързани кучета.