Краткая история биологии

Пастеру было ясно: справедливое для одной инфекционной болезни справедливо и для другой. Болезнь вызывается микроорганизмами. Она может передаваться с кашлем, при чихании, поцелуях, через отбросы, зараженную пищу и воду. В каждом случае микроорганизм — возбудитель заболевания передается от больного человека здоровому. Сами врачи вследствие неизбежного контакта с больными могут быть первичными переносчиками инфекции.

Окончательный вывод сделал венгерский врач Игнац Филипп Земмельвейс (1818–1865). Еще не зная теории Пастера, он обратил внимание на то, что смертность от родильной горячки была очень высокой в больницах Вены и незначительной среди женщин, рожавших в домашних условиях, с помощью зачастую несведущих акушерок. У Земмельвейса возникла мысль, что заболевание переносят врачи и студенты, которые приходили в акушерскую клинику после работы в секционной (помещении для вскрытия трупов). Он решительно потребовал, чтобы врачи перед приемом родов тщательно мыли руки. Смертность сразу упала. Однако обиженные врачи добились его ухода из больницы, и смертность снова поднялась. Земмельвейс умер слишком рано, чтобы дождаться признания.

По мере распространения микробной теории болезней положение мало-помалу менялось. Теперь все поняли, почему необходимо мыть руки; наиболее консервативные врачи еще протестовали против «новой моды», но постепенно сдались и они. Во время франко-прусской войны Пастеру удалось убедить хирургов кипятить перед операцией инструменты и обрабатывать паром перевязочный материал.

Одновременно в Англии хирург Джозеф Листер (1827–1912) реформирует хирургию, в частности вводит в практику анестезию. Больной, вдыхая смесь эфира и воздуха, погружался в сон и переставал чувствовать боль. Врачи получили наконец возможность проводить операции и удалять зубы, не причиняя мучений своим пациентам. Хотя изобретение анестезии подготовлено работами многих врачей, наибольшей считают заслугу американского зубного врача Уильяма Томаса Грина Мортона (1819–1868), который в октябре 1846 г. удалил опухоль на лице под эфирным наркозом. Успешное применение анестезии привело к тому, что этот метод быстро вошел в хирургическую практику. Огорчало одно: даже при безболезненном и удачном исходе операции больной нередко умирал от послеоперационной инфекции. Когда Листер узнал о теории Пастера, у него возникла мысль, что, если бы рана или хирургический разрез были стерильными, инфекция не развивалась бы. Он попробовал применить для этой цели карболовую кислоту (фенол) и вскоре убедился, что ее действие весьма эффективно. Так Листер основал антисептическую хирургию.

В дальнейшем для этой цели были найдены менее раздражающие и более действенные химические вещества. Хирурги стали работать в масках и стерильных резиновых перчатках. Хирургия стала наконец безопасной для человечества. Даже если бы теория Пастера дала одно это нововведение, ее и тогда можно было бы считать самым замечательным открытием в истории медицины.

Бактериология

Нельзя надеяться, что когда-нибудь удастся полностью изолировать людей от болезнетворных микробов. Рано или поздно человек подвергается риску заражения. Как же лечить больного? Безусловно, у организма есть какие-то свои средства борьбы с микробами: ведь, как известно, иногда больной выздоравливает и без оказания ему помощи. Выдающемуся русскому биологу Илье Ильичу Мечникову (1845–1916) удалось показать на примере такую «антибактериальную борьбу» организма. Он показал, что лейкоциты выполняют функцию защиты от патогенных агентов, проникших в организм животных и человека: выходят из кровеносных сосудов и устремляются к месту внедрения инфекции, где развертывается настоящая битва белых кровяных телец с бактериями. Клетки, осуществляющие защитную роль в организме, Мечников назвал фагоцитами.

Кроме того, выздоровление от многих болезней сопровождается выработкой иммунитета (невосприимчивости), хотя никаких видимых изменений и не обнаруживается. Это можно было бы довольно логично объяснить тем, что в организме переболевшего образуются антитела, обладающие способностью убивать либо нейтрализовать внедрившиеся микробы. Такое представление объясняет и действие вакцинации; в организме вакцинируемого образуются антитела, активные в отношении как микроба коровьей оспы, так и очень похожего на него микроба натуральной оспы. Теперь победа обеспечена, но уже не над самой болезнью, а над вызывающим ее микробом.

Пастер наметил пути борьбы с сибирской язвой, смертельной болезнью, которая уничтожала стада домашних животных. Он нашел возбудителя заболевания и доказал его принадлежность к особому виду бактерий. Пастер нагревал препарат из бактерий, чтобы уничтожить их способность вызывать болезнь (патогенность). Введение в организм животного ослабленных (аттенуированных) бактерий приводило к образованию антител, способных противостоять исходным патогенным бактериям.

В 1881 г. Пастер поставил чрезвычайно показательный опыт. Для эксперимента было взято стадо овец, одной части которых ввели ослабленных бактерий сибирской язвы, а другая осталась непривитой. Через некоторое время всех овец заразили патогенными штаммами. У привитых овец не было обнаружено каких-либо признаков заболевания; непривитые овцы заболели сибирской язвой и погибли.

Сходные методы применял Пастер для борьбы с куриной холерой и, что особенно показательно, с одной из самых ужасных болезней — бешенством (или водобоязнью), передающимся человеку от зараженных диких или домашних животных.

Успех микробной теории Пастера возродил интерес к бактериям. Немецкий ботаник Фердинанд Юлиус Кон (1828–1898) изучал под микроскопом растительные клетки. Он показал, например, что протоплазмы растительной и животной клеток, в сущности, идентичны. В 60-х годах XIX столетия он обратился к изучению бактерий. Крупнейшей заслугой Кона было установление растительной природы бактерий. Он впервые четко отделил бактерии от простейших и попытался систематизировать бактерии по родам и видам. Это позволяет считать Кона основоположником современной бактериологии.

Кон первым заметил дарование молодого немецкого врача Роберта Коха (1843–1910). В 1876 г. Кох выделил бактерию, вызывающую сибирскую язву, и научился ее выращивать. Поддержка Кона, ознакомившегося с работой Коха, сыграла важную роль в жизни великого микробиолога. Кох культивировал бактерии на твердой среде — желатине (который позднее был заменен агаром, добываемым из морских водорослей), а не в жидкости, наливаемой в пробирки. Это техническое усовершенствование дало массу преимуществ. В жидкой среде бактерии различных видов легко смешиваются, и трудно установить, какая именно вызывает ту или иную болезнь. Если культуру нанести в виде мазка на твердую среду, отдельные бактерии, многократно делясь, образуют колонии новых клеток, строго фиксированные в своем положении. Даже если исходная культура состоит из смеси различных видов бактерий, каждая колония является чистой культурой клеток, что позволяет совершенно точно определить вид болезнетворных микробов. Сначала Кох наливал среду на плоский кусок стекла, но его ассистент Юлиус Рихард Петри (1852–1921) заменил стекло двумя плоскими мелкими стеклянными чашками, одна из которых служила крышкой. Чашки Петри и сейчас широко применяются в бактериологии. Используя разработанный метод выделения чистых микробных культур, Кох и его сотрудники выделили возбудителей многих болезней, в том числе туберкулеза (1882).

Насекомые

Возбудителями инфекционных заболеваний являются не только бактерии. Недаром Пастер назвал свою теорию микробной: он имел в виду микробы вообще, а не только бактерии. Например, в 1880 г. французский врач Шарль Луи Альфонс Лаверан (1845–1922) открыл возбудителя малярии — заболевания, от которого в тропиках и субтропиках гибло больше людей, чем от какого-либо другого. Это открытие было особенно интересно тем, что возбудителем оказалась не бактерия, а простейшее, одноклеточное животное. В 60-х годах XIX в. немецкий зоолог Карл Фридрих Рудольф Лейкарт (1822–1898), изучая беспозвоночных, обратил внимание на тех из них, которые вели паразитический образ жизни. Работы Лейкарта заложили основы науки о паразитах — паразитологии. Лейкарт доказал, что все типы беспозвоночных имеют паразитов. Некоторые из них живут в организме человека, а такие, как гельминты (сосальщики, круглые и ленточные черви) — животные далеко не микроскопических размеров, — вызывают серьезные заболевания. Затем было установлено, что даже те многоклеточные животные, которые не являются непосредственными возбудителями болезней, могут оказаться переносчиками инфекции. Малярия была первым заболеванием, переносчик которого был найден. Легко можно было показать, что малярия не распространяется при непосредственном контакте с больными. В 1897 г. английский врач Рональд Росс (1857–1932), изучавший комаров как предполагаемых переносчиков малярии, обнаружил малярийного паразита в комарах рода Anopheles.

Это открытие принесло огромную пользу, так как прояснило наиболее слабо изученное звено в цепи передачи инфекции. Оказалось, что, прежде чем попасть в организм человека, паразит должен пройти определенные стадии развития в комаре. Отсюда вывод: для борьбы с малярией необходимо избавиться от комаров. Почему бы не спать под пологом, не пропускающим комаров? Почему бы не осушать болота? И именно там, где эти меры были широко проведены, случаи заболевания малярией стали реже.

Другой смертельной болезнью, которая на протяжении XVIII и XIX вв. периодически косила население восточного побережья Соединенных Штатов, была желтая лихорадка. Американский военный хирург Уолтер Рид (1851–1902) установил, что желтая лихорадка не передается при прямом контакте с больным, и на основе работы Росса предположил, что и в этом случае переносчиком является комар, но уже рода Aëdes[1]. Врачи, работавшие с Ридом, дали искусать себя комарам, которые насосались крови больных лихорадкой. Некоторые из них заболели, а один, молодой врач Джесс Уильям Лазир (1866–1900), умер от желтой лихорадки, пожертвовав собой ради блага человечества. Картина передачи заболевания была, таким образом, выявлена. Другой военный хирург, Уильям Кроуфорд Горгас (1854–1920), провел ряд мероприятий по борьбе с комарами для уничтожения желтой лихорадки в Гаване. Затем его перевели в Панаму, где Соединенные Штаты пытались осуществить то, что не удалось Франции, — построить канал. Высокая смертность строителей канала от желтой лихорадки была, пожалуй, страшнее технических трудностей. Горгас повел борьбу с комарами и пресек распространение заболевания.

Оказалось, что комары были не единственными претендентами на роль главного злодея. В 1902 г. французского врача Шарля Жана Анри Николя (1866–1936) назначили директором Пастеровского института в Тунисе. Там он изучал опасное и высокоинфекционное заболевание — сыпной тиф. Николь обратил внимание на то, что болезнь, чрезвычайно заразная за пределами больницы, в больничных палатах быстро теряла свою инфекционность. Перед поступлением больные обязаны были снимать одежду и мыться в бане с мылом. Николь предположил, что источник инфекции гнездится где-то в одежде и удаляется с тела при мытье. Поставив ряд опытов на животных, ученый доказал, что заболевание передается только через укусы платяных вшей[2].

В 1906 г. американский патолог Говард Тэйлор Риккетс (1871–1910) установил, что пятнистая лихорадка Скалистых гор передается через укус клещей крупного рогатого скота.

Факторы питания

На протяжении последней трети прошлого века микробная теория владела умами большинства врачей, но находились и такие, которые придерживались иного мнения. Немецкий патолог Вирхов — самый знаменитый противник пастеровской теории — считал, что болезни вызываются скорее расстройством в самом организме, чем внешними агентами. Заслугой Вирхова было то, что за несколько десятков лет работы в берлинском муниципалитете и национальных законодательных органах он добился таких серьезных улучшений в области гигиены, как очистка питьевой воды и создание эффективной системы обеззараживания сточных вод. В этой области очень много сделал и другой ученый — Петтенкофер. Он и Вирхов могут считаться основателями современной социальной гигиены (изучение профилактики заболеваний в человеческом обществе).

Подобные мероприятия, препятствующие распространению эпидемий, безусловно, были не менее важны, чем непосредственное воздействие на самих микробов.

Естественно, что забота о чистоте, которую проповедовал еще Гиппократ, сохранила свое значение и тогда, когда всем стала понятна роль микробов. Остались в силе и советы Гиппократа относительно необходимости полноценного и разнообразного питания, причем выяснилось их значение не только для поддержания здоровья вообще, но и как специфического метода профилактики некоторых заболеваний. Мысль о том, что неполноценное питание может быть причиной заболевания, считалась «старомодной» — ученые были увлечены микробами, — но ее подтверждали достаточно веские доказательства.

В эпоху великих географических открытий люди проводили долгие месяцы на борту кораблей, питаясь только теми продуктами, которые могли хорошо сохраняться, так как использование искусственного холода было еще не известно. Страшным бичом моряков была цинга. Шотландский врач Джеймс Линд (1716–1794) обратил внимание на то, что заболевания встречаются не только на борту кораблей, но и в осажденных городах и тюрьмах — повсюду, где питание однообразно. Может быть, болезнь вызывает отсутствие какого-либо продукта в пище? Линд попробовал разнообразить пищевой рацион моряков, больных цингой, и вскоре выявил целительное действие цитрусовых. Великий английский мореплаватель Джемс Кук (1728–1779) ввел цитрусовые в рацион экипажа своих тихоокеанских экспедиций в 70-х годах XVIII в. В результате от цинги умер только один человек. В 1795 г., во время войны с Францией, морякам британского флота начали давать лимонный сок, и не было отмечено ни одного случая заболевания цингой.

Однако такие чисто эмпирические достижения при отсутствии необходимых теоретических обоснований внедрялись очень медленно. В XIX в. главные открытия в области питания относились к выявлению роли белка. Было установлено, что одни белки, «полноценные», присутствуя в пищевом рационе, могут поддерживать жизнь, другие, «неполноценные», вроде желатина, не в состоянии делать этого. Объяснение пришло, лишь когда лучше узнали природу молекулы белка. В 1820 г., обработав кислотой сложную молекулу желатина, выделили из нее простую молекулу, которую назвали глицином. Глицин принадлежит к классу аминокислот. Вначале предположили, что он и служит строительным блоком для белков, подобно тому как простой сахар, глюкоза, — кирпичиком, из которого строится крахмал. Однако к концу XIX в. выяснилась несостоятельность этой теории. Из самых различных белков были получены другие простые молекулы — все они, различаясь только деталями, принадлежали к классу аминокислот. Молекула белка оказалась построенной не из одной, а из целого ряда аминокислот. К 1900 г. были известны десятки различных аминокислотных «строительных блоков». Теперь уже не казалось невероятным, что белки различаются соотношением содержащихся в них аминокислот. Первым ученым, показавшим, что тот или иной белок может не иметь одной или нескольких аминокислот, играющих существенную роль в жизнедеятельности организма, был английский биохимик Фредерик Гауленд Гопкинс (1861–1947). В 1903 г. он открыл новую аминокислоту — триптофан — и разработал методы ее выявления. Зеин — белок, выделенный из кукурузы, — давал отрицательную реакцию и, следовательно, не содержал триптофана. Он оказался неполноценным белком, так как, будучи единственным белком в рационе, не обеспечивал жизнедеятельности организма. Но уже небольшая добавка триптофана позволяла продлить жизнь подопытных животных.

Последующие опыты, поставленные в первом десятилетии XX в., ясно показали, что некоторые аминокислоты синтезируются в организме млекопитающих из веществ, обычно находящихся в тканях. Однако часть аминокислот обязательно должна поступать с пищей. Отсутствие одной или нескольких таких «незаменимых» аминокислот и делает белок неполноценным, приводя к заболеванию, а иногда и смерти. Так было введено понятие о добавочных питательных факторах — соединениях, которые не могут синтезироваться в организме животных и человека и для обеспечения нормальной жизнедеятельности обязательно должны входить в пищу.

Строго говоря, аминокислоты не являются серьезной медицинской проблемой для специалистов диетологов. Нехватка аминокислот обычно возникает только при искусственном и однообразном питании. Естественная пища, даже если она не очень богата, доставляет организму достаточное разнообразие аминокислот.

Раз такая болезнь, как цинга, излечивается лимонным соком, разумно предположить, что лимонный сок снабжает организм каким-то недостающим пищевым фактором. Маловероятно, что им является аминокислота. И действительно, все известные биологам XIX в. составные части лимонного сока, взятые вместе или в отдельности, не могли вылечить цинги. Этим пищевым фактором должно было быть вещество, необходимое лишь в очень малых количествах и химически отличное от обычных компонентов пищи.

Обнаружить загадочное вещество оказалось не так уж трудно. После разработки учения о существенно важных для жизни аминокислотах были выявлены более тонкие пищевые факторы, нужные организму лишь в ничтожных количествах, но произошло это не в процессе изучения цинги.

Витамины

В 1886 г. голландского врача Кристиана Эйкмана (1858–1930) послали на Яву для борьбы с болезнью бери-бери. Были основания думать, что эта болезнь возникает в результате неправильного питания. Японские моряки сильно страдали от бери-бери и перестали болеть, лишь когда в 80-х годах XIX столетия в их пищевой рацион, состоявший почти исключительно из риса и рыбы, ввели молоко и мясо. Эйкман, однако, будучи в плену микробной теории Пастера, был убежден, что бери-бери — бактериальная болезнь. Он привез с собой кур, надеясь заразить их микробами. Но все его попытки успеха не имели. Правда, в 1896 г. куры неожиданно заболели болезнью, похожей на бери-бери. Выясняя обстоятельства заболевания, ученый обнаружил, что именно перед вспышкой болезни кур кормили шлифованным рисом с больничного склада продуктов. Когда их перевели на прежний корм, наступило выздоровление. Постепенно Эйкман убедился, что эту болезнь можно вызывать и излечивать простым изменением рациона.

Вначале ученый не оценил истинного значения полученных данных. Он предположил, что в зернах риса содержится какой-то токсин, который нейтрализуется чем-то содержащимся в оболочке зерна, а так как при обдирке риса оболочку удаляют, то в шлифованном рисе остаются ненейтрализованные токсины. Но зачем создавать гипотезу о наличии двух неизвестных веществ, токсина и антитоксина, когда гораздо проще предположить, что существует какой-то пищевой фактор, нужный в ничтожных количествах? Такого мнения придерживались Гопкинс и американский биохимик Казимир Функ (род. в 1884 г.). Они высказали мысль, что не только бери-бери, но и такие заболевания, как цинга, пеллагра и рахит, объясняются отсутствием в пище ничтожнейших количеств определенных веществ[3].

Еще находясь под впечатлением, что эти вещества принадлежат к классу аминов, Функ предложил в 1912 г. называть их витаминами (амины жизни). Название привилось и сохранилось поныне, хотя с тех пор и выяснилось, что они никакого отношения к аминам не имеют.

Витаминная гипотеза Гопкинса — Функа была полностью сформулирована, и первая треть XX в. показала, что различные заболевания могут излечиваться назначением разумного рациона и режима питания. Например, американский врач Джозеф Гольдбергер (1874–1929) обнаружил (1915), что болезнь пеллагра, распространенная в южных штатах США, отнюдь не микробного происхождения. В самом деле, она вызывалась отсутствием какого-то витамина и исчезала, как только к рациону больных добавляли молоко. Вначале о витаминах было известно лишь то, что они способны предупреждать и лечить определенные заболевания. В 1913 г. американский биохимик Элмер Вернон Макколлум (род. в 1879 г.) предложил называть витамины буквами алфавита; так появились витамины A, B, C и D, а потом к ним добавили и витамины Е и К. Выяснилось, что пища, содержащая витамин В, в действительности содержит более одного фактора, способного воздействовать более чем на один симптомокомплекс. Биологи заговорили о витаминах B₁, B₂ и т. д.

Оказалось, что именно отсутствие витамина B₁ вызывало бери-бери, а отсутствие витамина B₂ — пеллагру. Отсутствие витамина С приводило к цинге (наличием небольших количеств витамина С в соке цитрусовых и объясняется их целительное действие, позволившее Линду вылечить цингу), отсутствие витамина D — к рахиту. Нехватка витамина A влияла на зрение и вызывала куриную слепоту. Недостаток витамина В₁₂ вызывал злокачественное малокровие. Таковы основные болезни, обусловливаемые витаминной недостаточностью. По мере накопления знаний о витаминах все эти болезни перестали быть серьезной медицинской проблемой. Уже с 30-х годов XX столетия стали выделять витамины в чистом виде и осуществлять их синтез.

Глава X

Нервная система

Гипноз

Другой группой заболеваний, которые, несомненно, нельзя было объяснить с помощью микробной теории Пастера, были психические заболевания. Они с незапамятных времен внушали человечеству благоговейный ужас. Последователи Гиппократа относились к этим заболеваниям вполне разумно, но большинство врачей были во власти суеверий. По всей вероятности, именно верой в то, что умалишенные находятся под влиянием злых сил, можно объяснить ту ужасную жестокость по отношению к психически больным, которая существовала до XIX в.

Реформировал дело психиатрической помощи французский врач Филипп Пинель (1745–1826). Он считал безумие заболеванием психики, а не проявлением злых сил, и открыто отстаивал свои взгляды. В 1793 г., в самый разгар Великой французской буржуазной революции, вызвавшей огромные перемены в общественной атмосфере, началась реформа парижских больниц и Пинеля назначили главным врачом психиатрической больницы Bicêtre под Парижем. В то время положение психически больных в государственных больницах было крайне тяжелым: с ними обращались, как с дикими животными, заковывали в цепи, избивали, морили голодом. Первое, что сделал Пинель, — это снял оковы с несчастных и стал относиться к ним как к обыкновенным больным, нуждающимся в лечении и хорошем обращении. Однако новые идеи распространялись очень медленно.

Нарушение психики, даже не такое тяжелое, чтобы быть причиной госпитализации, нередко приводит к отчетливо выраженным соматическим проявлениям (так называемые психосоматические заболевания). Подобные проявления удается ослабить, если больной верит в лечение. Этим и объясняется, почему заклинания священника или колдуна иногда приносили определенную пользу.

«Изгнание духов» всегда было предметом забот теологии. В биологии этим занимался австрийский врач Франц Антон Месмер (1734–1815). Вначале Месмер применял в своей лечебной практике магниты. Но в дальнейшем он обнаружил, что лечение идет быстрее, если больной погружен в состояние транса и его внимание фиксировано на монотонных однообразных воздействиях. Он стал делать перед больным медленные, ритмические движения рукой — пассы, — используя, по его выражению, «животный магнетизм». Не приходится сомневаться в известном успехе такого метода (который даже сейчас называют месмеризмом). Благодаря ему психика разгружается от массы внешних раздражений и больной, сосредоточив все внимание на враче, становится более восприимчивым к внушениям. Первое время Месмера сопровождал огромный успех, особенно в Париже. Однако граничившая с шарлатанством мистика, которой он окружал свои методы, а также неудачные попытки лечить и не психосоматические заболевания постепенно привели к разочарованию, а потом и прямому недовольству не только больных, но и конкурирующих врачей, пользовавшихся общепринятыми методами лечения. Специально созданная комиссия вынесла отрицательное заключение, и Месмер вынужден был покинуть Париж и уехать в Швейцарию, где его ждала безвестность.

Однако то ценное, что было в методе Месмера, продолжало жить. Через полвека английский хирург Джеймс Брэд (1795–1860) начал систематическое изучение месмеризма, который он назвал гипнозом (от греческого hypnos — сон). После опубликования Брэдом в 1842 г. научного обоснования гипноза этот метод вошел в медицинскую практику. Родилась новая область медицины — психиатрия, задачей которой стало лечение психических заболеваний.

Психиатрия получила дальнейшее развитие в трудах австрийского врача Зигмунда Фрейда (1856–1939). В студенческие годы и на протяжении последующих нескольких лет Фрейд занимался изучением нервной системы человека. Он первым обратил внимание на способность кокаина парализовать нервные окончания. Молодой врач Карл Коллер (1857–1944), работавший в той же больнице, что и Фрейд, использовал данные Фрейда и в 1884 г. успешно применил кокаин как анестезирующее средство при глазных операциях. Можно считать, что это было первое применение местной анестезии, при которой обезболивается определенный участок тела и исключается необходимость в общем наркозе для местной операции.

В 1885 г., находясь в Париже, Фрейд заинтересовался гипнозом как методом лечения психосоматических заболеваний. Вернувшись в Вену, он решил усовершенствовать этот метод. Фрейд считал, что психическая деятельность проходит на уровне как сознания, так и подсознания. Хотя тяжелые воспоминания, желания или страсти, которых человек стыдится, можно подавить, но при этом они переходят на уровень подсознания. Человек предпочитает «не знать» о существовании такого «хранилища», но оно способно влиять на его поступки и действия и вызывать те или иные физические проявления. Под гипнозом бессознательная деятельность проявляется свободно, пациент в этом состоянии говорит и на такие темы, о которых в нормальном состоянии предпочел бы умолчать. Однако в 90-х годах Фрейд заменяет гипноз таким общением врача с больным, которое позволяет последнему говорить о чем угодно при минимальном руководстве со стороны врача. Больной постепенно освобождается от застенчивости, и врач выявляет факты, которые в обычных условиях тщательно скрываются даже от самого себя. Преимущество этого метода перед гипнозом заключается в том, что больной все время отдает себе отчет в происходящем и не нуждается в последующей информации о том, что он говорил. Как только вскрывается содержание подсознательной психики, реакции пациента перестают быть немотивированными и он получает возможность изменять их путем осознания выявленных теперь мотивов. Этот медленно проводимый анализ содержания психики был назван психоанализом.

Фрейд придавал огромное значение сновидениям, так как ему казалось, что они раскрывают содержание подсознательного (хотя обычно и в сугубо символической форме) способом, который невозможен во время бодрствования. (Его книга «Толкование сновидений» опубликована в 1900 г.) Далее он считал, что сексуальное влечение в его различных проявлениях — наиболее важный источник побуждений, даже у детей. Этот последний взгляд вызвал много возражений среди специалистов и широких кругов читателей.

С 1902 г. вокруг Фрейда стали группироваться молодые ученые. Они не всегда и не вполне сходились с ним во взглядах, но непреклонный в своих воззрениях Фрейд никогда не шел на компромиссы. Некоторые из этих ученых, как, например, австрийский психиатр Альфред Адлер (1870–1937) и шведский психиатр Карл Густав Юнг (1875–1961), отошли от Фрейда и разработали собственные научные системы.

Нервы и головной мозг

Человеческая психика, однако, чрезвычайно сложна, так что вера в психиатрию остается в значительной степени делом индивидуальным. Различные школы отстаивают свои точки зрения, но слишком мало еще разработано объективных путей решения вопроса о том, кто же из них прав, а если говорить о дальнейшем прогрессе, то он наступит только тогда, когда основная наука о нервной системе — неврология — получит достаточное развитие.

Начало неврологии положил швейцарский физиолог Альбрехт фон Галлер (1708–1777), опубликовавший в 60-х годах XVIII в. восьмитомное руководство по физиологии человека. До него считалось, что нервы — это полые трубки, которые несут загадочный «дух», или флюид, подобно тому как вены — кровь. Однако Галлер отверг это мнение и предложил новое понимание нервной деятельности, исходя из данных эксперимента.

Например, он выяснил, что мышцы обладают «раздражимостью», то есть слабое возбуждение мышцы приводит к ее резкому сокращению. Слабое возбуждение нерва также приводит к резкому сокращению связанной с ним мышцы. Нерв более «раздражим», чем мышца, и Галлер делает вывод, что движениями мышц управляет в большей мере стимуляция нерва, чем непосредственное их раздражение.

Он показал также, что ткани сами по себе не воспринимают ощущений; пронизывающие их нервы несут импульсы, которые вызывают ощущения. Но все нервы ведут к головному или спинному мозгу — явное указание, что именно здесь находятся центры восприятия и ответного действия. Производя опыты со стимуляцией или повреждением различных участков головного мозга животных, Галлер наблюдал различные типы ответного действия.

Работы Галлера продолжил немецкий врач Франц Иосиф Галль (1758–1828), который в 1796 г. начал читать лекции по неврологии. Он показал, что нервы идут к серому веществу головного мозга. Белое вещество мозга Галль считал связующей субстанцией.

Подобно Галлеру, Галль предполагал, что определенные участки головного мозга управляют определенными участками тела. Он довел это положение до крайности, считая, что участки головного мозга контролируют не только чувствительные восприятия и специфические мышечные движения, но и все виды эмоций и свойства темперамента. Его последователи утверждали, что черты человека можно определить ощупыванием выпуклостей на черепе. Эти взгляды легли в основу псевдонауки — френологии.

Нелепости френологии заслонили тот факт, что в утверждениях Галля была доля правды — мысль о локализации функций в головном мозге. Это положение рационально изучал французский нейрохирург Поль Брока. Изучая тонкую структуру головного мозга, он показал (1861), что у больных, страдавших потерей речи, обнаруживаются повреждения определенного участка в верхнем отделе головного мозга, на третьей извилине левой лобной доли, которая до сих пор носит название извилины Брока.

К 1870 г. два немецких невролога, Густав Теодор Фрич (1838–1891) и Эдвард Гитциг (1838–1907), шагнули еще дальше. Прикасаясь электрическими иглами к мозгу живых собак, они нашли, что раздражение определенного участка вызывает определенное мышечное движение, и таким образом смогли, так сказать, нанести карту тела на головной мозг. Им удалось показать, что левое полушарие головного мозга контролирует правую половину тела, а правое полушарие — левую.

Теперь уже не приходилось сомневаться, что головной мозг управляет деятельностью тела, причем делает это высокоспецифическим образом. Появилась надежда связать все психические функции с физиологией головного мозга. Но это превращало психику как бы в продолжение тела, а следовательно, и укрепляло материалистические представления.

Однако более основательным и реальным было применение к нервной системе клеточной теории. Биологи середины XIX в. обнаружили в головном и спинном мозге нервные клетки, но природа самих нервных волокон оставалась еще не раскрытой. Ясность в этот вопрос внес немецкий анатом Вильгельм Вальдейер (1836–1921). В 1891 г. он пришел к выводу, что нервные волокна представляют собой тонкие отростки нервных клеток и являются их существенной составной частью. Следовательно, нервная система состоит из нейронов — собственно нервных клеток со всеми их отростками. Такова суть нейронной теории. Далее Вальдейер показал, что хотя отростки отдельных нейронов и могут значительно приближаться друг к другу, но в местах соединений нейронов имеется только контакт, соприкосновение нервных субстанций, а не слияние их. Зона межнейронных соединений позже получила название синапса.

Прочную основу нейронной теории заложили работы итальянского цитолога Камилло Гольджи (1844–1926) и испанского невролога Сантьяго Рамон-и-Кахаля (1852–1934). В 1873 г. Гольджи применил для окраски клеток особый краситель, содержащий соли серебра. Пользуясь им, он обнаружил внутриклеточные образования (аппарат Гольджи), функции которых до сих пор не известны.

Гольджи использовал свой метод окраски и для изучения нервной ткани. Ученому удалось рассмотреть неизвестные прежде детали, обнаружить тонкие отростки нервных клеток и отчетливо увидеть синапсы. Тем не менее, когда Вальдейер выступил с нейронной теорией, Гольджи не принял ее.

Однако Рамон-и-Кахаль решительно поддержал нейронную теорию. Пользуясь улучшенной модификацией метода окраски, он очень много сделал для укрепления этой теории. Ему принадлежат классические работы о строении сетчатки глаза, спинного мозга, мозжечка и других частей нервной системы.

Поведение

Нейронная теория оказалась чрезвычайно полезной для разработки проблемы поведения животных. Еще в 1730 г. Стивен Гейлс обнаружил, что обезглавленная лягушка при уколе кожи отдергивает лапку. В этом случае тело реагирует механически, головной мозг отключен. Так было положено начало изучению более или менее автоматической рефлекторной деятельности, при которой ответная реакция наступает без участия воли, следуя в соответствии с некой установленной схемой точно за раздражением.

И человек не свободен от такой автоматической деятельности. Удар чуть ниже коленной чашечки вызывает хорошо всем знакомое резкое движение колена. При случайном прикосновении к горячему предмету человек отдергивает руку, даже если он знал, что предмет горяч.

Английский физиолог Чарлз Скотт Шеррингтон (1859–1952), изучая рефлекторную деятельность, заложил основы нейрофизиологии. Подобно тому как ранее Гольджи, предложив свой метод окраски клеток, дал толчок развитию нейроанатомии, Шеррингтон обнаружил рефлекторную дугу, представляющую собой комплекс по крайней мере двух, а часто и более чем двух нейронов. Ощущение, возникшее в определенном месте, посылает импульс по нерву, через синапс и затем через обратный нейрон к мышце или железе, стимулируя сокращение или секрецию. Проходит ли раздражение органа чувств и стимулирование мышцы через один или большее число промежуточных нейронов, не имеет принципиального значения.

Возникло представление, будто через одни синапсы импульсы проходят легче, чем через другие. Так, существуют особые рефлекторные пути, которые сравнительно легко проходят через сложную сеть переплетающихся нейронов.

Позднее предположили, что один рефлекторный путь может открыть дорогу другому, иными словами, ответ на одно рефлекторное действие становится стимулом для второго рефлекса, который в свою очередь вызывает новое ответное действие, а оно является стимулом для третьего рефлекса и так далее. Целый ряд рефлексов составляет более или менее полный комплекс поведения, который мы называем инстинктом.

Но даже такой относительно маленький и простой организм, как, например, насекомое, представляет собой нечто большее, чем просто сумма инстинктов. Поскольку нервные связи довольно легко передаются по наследству, то и инстинкты наследуются и проявляются с самого рождения. Так, паук прядет паутину, хотя он никогда не видел ее; больше того, каждый вид паука создает паутину, характерную для данного вида.

Млекопитающие (и, в частности, человек) относительно бедны инстинктами, но обладают способностью к обучению, приобретая на основе опыта новые формы поведения. Несмотря на то что систематическое изучение такого поведения с точки зрения нейронной теории и представляет трудности, его можно анализировать чисто эмпирически.

Применение количественных измерений к человеческой психике (по крайней мере к способности воспринимать окружающие раздражения) началось с работ немецкого физиолога Эрнста Генриха Вебера (1795–1878). В 30-х годах XIX в. он нашел, что оценка подопытным человеком различий между двумя ощущениями одного и того же типа находится в зависимости от логарифма интенсивности ощущений.

Предположим, что в комнате, освещенной одной свечой, будет зажжена вторая и мы получим дополнительное освещение, которое обозначим х. Вначале одной дополнительной свечи было достаточно, чтобы получить ощущение, что свет в комнате стал ярче на величину х; чтобы ощутить дальнейшее повышение освещения на ту же величину х, требуется уже две свечи, затем четыре, восемь и так далее. Вывод о логарифмической зависимости между воздействующим на органы чувств раздражителем и возникающим ощущением был сформулирован в 1860 г. немецким физиком Густавом Теодором Фехнером (1801–1887), и называют его законом Вебера — Фехнера. Так было положено начало психофизике — количественному изучению ощущений.

Учение о поведении в целом — психология — труднее всего поддается математическому выражению, но его можно обосновать экспериментально. Приоритет в этой области принадлежит немецкому физиологу Вильгельму Максу Вундту (1832–1920), создавшему в 1879 г. первую лабораторию экспериментальной психологии. Его исследования дали начало таким экспериментам, во время которых крысы должны были решать в лабиринте сложные задачи, а шимпанзе — придумывать, как добраться до недоступных бананов. Позднее такие эксперименты применили и к людям, предлагая им отвечать на специальные вопросы и решать задачи. На основе полученных ответов давалась оценка умственных способностей человека. В 1905 г. французский психолог Альфред Бине (1857–1912) предложил свой метод, основанный на определении коэффициента умственных способностей, или коэффициента интеллектуальности (КИ).

Значительно более фундаментальные исследования, непосредственно связывающие поведение с нервной системой, провел русский физиолог Иван Петрович Павлов (1849–1936), который на ранних этапах своей научной деятельности изучал нервную регуляцию секреции пищеварительных соков, а с начала нашего века — рефлексы вообще.

У голодной собаки при виде пищи выделяется слюна. Это целесообразный рефлекс, так как слюна необходима для смачивания и переваривания пищи. Если каждый раз, когда собаке показывают пищу, одновременно звенит звонок, то он прочно связывается с видом пищи; в конце концов слюна будет выделяться на звонок, даже если собака не видит пищи, то есть у нее выработается условный рефлекс. Павлов доказал, что подобным образом можно выработать любые рефлексы.

Другое направление в психологии — бихевиоризм — утверждает, что всякое обучение является, по существу, развитием условных рефлексов и, если можно так сказать, новых нервных связей. Наиболее известными представителями этой школы в ее крайнем выражении были американские психологи Джон Бродес Уотсон (1878–1958) и Баррус Фредерик Скиннер (род. в 1904 г.).

Бихевиоризм выражает крайне механистическое понимание психики, так как низводит все фазы психической деятельности до физических моделей сложного сплетения нервов. По общему мнению, такая постановка вопроса является упрощенчеством.

Изучение поведения, инстинктов и способности к обучению, проявляемой животными в природе, получило новое развитие в работах Конрада Лоренца (род. в 1903 г.) и Николааса Тинбергена (род. в 1907 г.), посвященных возникновению структур поведения и значению «пусковых» механизмов отдельных актов поведения. В итоге возникла новая отрасль биологии — этология, изучающая сложные формы поведения животных.

Нервные потенциалы

Мы говорим о нервной системе и импульсах, проходящих по ее путям. Но что представляют собой эти импульсы? Древняя доктрина о духе, протекающем по нервам, была вдребезги разбита Галлером и Галлем, но в 1791 г., когда итальянский физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) обнаружил, что мышцы препарированной лягушки могут сокращаться под влиянием электрического тока, она возродилась в новой форме. Гальвани объявил о существовании собственного, так называемого «животного» электричества мышцы.

В своей первоначальной формулировке эта мысль была неверной, но, соответственно видоизмененная, она дала плоды. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон (1818–1896), еще будучи студентом, написал работу об электрических рыбах; с тех пор электрические явления в животных тканях стали предметом его научного интереса. С 1840 г. ученый приступил к усовершенствованию старых приборов и изобрел новую, безупречную методику регистрации очень слабых электрических токов, проходящих по нерву и мышце. Он показал, что нервный импульс сопровождается изменениями в электрическом состоянии нерва. Нервный импульс по своей природе, по крайней мере частично, является электрическим, а электричество и есть тот тончайший флюид, который искали в нервах ученые, верившие в нервный «дух».

Электрические разряды пробегают не только по нерву, но и по мышце. В ритмически сокращающихся мышцах, как, например, в сердце, электрические изменения также ритмичны. В 1903 г. голландский физиолог Виллем Эйнтховен (1860–1927) сконструировал очень чувствительный струнный гальванометр, способный обнаруживать чрезвычайно слабые токи. Он использовал его для регистрации ритмически изменяющихся электрических потенциалов сердца, помещая на коже специальные электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ), которые он получал, можно выявить различные виды нарушений работы сердца.

Сходные методы использовал в 1929 г. немецкий психиатр Ганс Бергер (1873–1941). Он прикреплял электроды к черепу и регистрировал ритмические изменения потенциалов, которые сопровождают мозговую деятельность[4]. Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень сложны и трудны для расшифровки. Однако при значительных повреждениях головного мозга, при наличии опухоли изменения выявить легко. Точно так же эпилепсия, считавшаяся «священной болезнью», может быть обнаружена по измененной ЭЭГ.

И все же открытие электрических потенциалов не дало исчерпывающего ответа на все вопросы. Электрический импульс, проходящий через нервное окончание, сам по себе не способен преодолеть синаптического разрыва между двумя нейронами и вызвать новый электрический импульс в следующем нейроне. В 1921 г. австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961) описал химическую передачу нервных импульсов. Нервный импульс наряду с электрическим включает в себя и химическое изменение. Химическое вещество, освобождающееся при возбуждении нерва, переходит через синаптический разрыв и таким образом передает нервное возбуждение. Английский физиолог Генри Холлет Дейл (род. в 1875 г.) отождествил это химическое вещество с соединением, называемым ацетилхолином. Позже были открыты и другие химические вещества, так или иначе связанные с нервной деятельностью. Некоторые из них могут вызывать симптомы психических расстройств.

Но все же нейрохимия пока находится на ранней стадии развития, хотя ей и суждено стать новым могучим средством изучения психической деятельности человека.

Глава XI Кровь

Гормоны

Как бы ни был велик успех нейронной теории, она не могла решить всех накопившихся к тому времени проблем. Электрические сигнализаторы, курсирующие по нервным путям, не могут считаться единственными регулирующими механизмами тела. Существуют также и химические сигнализаторы, проходящие по крови.

Так, в 1902 г. два английских физиолога, Эрнст Генри Старлинг (1866–1927) и Уильям Мэддок Бейлисс (1860–1924), обнаружили, что даже если перерезать все нервы, ведущие к поджелудочной железе, она все равно принимает сигналы: выделяет пищеварительный сок сразу, как только кислая пища из желудка попадает в кишечник. Оказалось, что слизистая оболочка тонких кишок под влиянием кислоты желудочного сока вырабатывает вещество, которое Старлинг и Бейлисс назвали секретином. Именно секретин и стимулирует выделение сока поджелудочной железы. Старлинг предложил называть все вещества, выделяемые в кровь железами внутренней секреции и осуществляющие регуляцию функций органов, гормонами (от греческого horman — возбуждать, побуждать).

Гормональная теория оказалась чрезвычайно плодотворной; было обнаружено, что большинство гормонов, циркулирующих с кровью в ничтожных, следовых концентрациях, очень тонко поддерживает строгое соотношение между химическими реакциями, иными словами, регулирует физиологические процессы в организме.

В 1901 г. американский химик Йокихи Такамине (1854–1922) выделил из мозговой части надпочечников активное вещество в кристаллическом виде и назвал его адреналином. Это был первый выделенный гормон с установленной структурой.

Вскоре возникло предположение, что одним из процессов, регулируемых гормональной деятельностью, является основной обмен веществ. Магнус-Леви обратил внимание на связь между нарушениями основного обмена и заболеваниями щитовидной железы, а американский биохимик Эдвард Кэлвин Кендалл (род. в 1886 г.) в 1915 г. сумел выделить из щитовидной железы вещество, названное им тироксином. Оно действительно оказалось гормоном, небольшие количества которого регулируют основной обмен веществ.

Однако наиболее эффективными оказались результаты изучения сахарного диабета. Эта болезнь сопровождается сложными нарушениями обмена веществ, главным образом углеводного, что приводит к увеличению количества сахара в крови до ненормально высокого уровня. Организм выделяет избыток сахара с мочой; появление сахара в моче и является признаком начальной стадии диабета. До XX столетия это заболевание почти всегда приводило к смерти.

После того как в 1889 г. два немецких физиолога, Джозеф Меринг (1849–1908) и Оскар Минковский (1858–1931), удалив у подопытных животных поджелудочную железу, обнаружили быстрое развитие диабета, возникло предположение, что поджелудочная железа как-то ответственна за это заболевание. Исходя из гормональной концепции, выдвинутой Старлингом и Бейлиссом, логично было предположить, что поджелудочная железа выделяет гормон, регулирующий расщепление сахара в организме.

Однако попытки выделить гормон из поджелудочной железы потерпели неудачу. И это понятно, так как основная функция поджелудочной железы — выработка пищеварительных соков, содержащих большой запас расщепляющих белок ферментов. Поскольку гормон является белком (а это было доказано), он расщеплялся в процессе экстракции.

В 1920 г. у молодого канадского врача Фредерика Гранта Бантинга (1891–1941) возникла интересная идея: изолировать поджелудочную железу подопытных животных путем перевязки ее протока. По мнению ученого, клетки железы, выделяющие пищеварительный сок, должны были бы дегенерировать, так как сок перестал бы вырабатываться, а участки, секретирующие гормон непосредственно в кровяное русло, продолжали бы действовать. В 1921 г. Бантинг организовал лабораторию в университете в Торонто и с помощью ассистента Чарлза Герберта Беста (род. в 1899 г.) приступил к опытам. Ему повезло: он получил в чистом виде гормон инсулин, который нашел широкое применение для лечения сахарного диабета. Хотя больной, в сущности, беспрерывно подвергается утомительному лечению, жизнь его вне опасности[5].

Вслед за инсулином были получены и другие гормоны. Немецкий химик Адольф Фридрих Бутенандт (род. в 1903 г.) в 1929 г. выделил из мочи беременных женщин и семенников половые гормоны, управляющие развитием вторичных половых признаков и влияющие на половой ритм у женщин.

Кендалл, открывший тироксин, и швейцарский химик Тадеуш Рейхштейн (род. в 1897 г.) выделили целую группу гормонов из внешнего, коркового, слоя надпочечников. В 1948 г. сотрудник Кендалла, Филипп Шоуолтер Хенч (род. в 1896 г.), обнаружил, что один из них, кортизон, оказывает целебное действие при ревматическом артрите. Позже он стал применяться и для лечения других болезней.

В 1924 г. аргентинский физиолог Бернардо Альберто Хуссей (род. в 1887 г.) доказал, что гипофиз, небольшая шаровидная железа внутренней секреции, которая лежит непосредственно под головным мозгом, каким-то образом влияет на расщепление сахара. Последующие исследования показали, что гипофиз выполняет и другие важные функции. Американский биохимик Чо Хао-ли (род. в 1913 г.) в 30–40-х годах выделил из гипофиза целый ряд различных гормонов. Одним из них, например, является «гормон роста», который регулирует рост организма. Если он поступает в кровь в избыточном количестве, вырастает великан, если его недостает — карлик. Наука, изучающая гормоны, — эндокринология — и в середине XX столетия остается чрезвычайно сложным, но зато и весьма плодотворным разделом биологии.

Серология

Функция распространения гормонов была лишь одним из новых свойств крови, открытых в конце XIX в. Являясь носителем антител, кровь выполняет роль защитника организма от инфекций. (Теперь трудно поверить, что полтора века назад врачи считали кровопускание лучшим способом помочь больному.) Использование защитных свойств крови против микроорганизмов получило развитие в работах двух помощников Коха, немецких бактериологов Эмиля Адольфа Беринга (1854–1917) и Пауля Эрлиха (1854–1915). Беринг открыл, что введение животным бактерийных культур стимулирует выработку в жидкой части крови (кровяной сыворотке) специфических антител. Если затем эту сыворотку ввести другому животному, оно, по крайней мере на какое-то время, будет невосприимчиво к данному заболеванию.

Беринг решил проверить свое открытие на дифтерии, заболевании, поражающем в основном детей и очень часто оканчивавшемся смертью. Если ребенок выживал после дифтерии, он становился невосприимчивым (иммунным) к этой болезни. Но зачем заставлять организм ребенка вырабатывать собственные антитела в борьбе с бактериальными токсинами? Почему бы не приготовить антитела в организме животного, а затем уже иммунную сыворотку ввести в организм больного ребенка? Применение антитоксической сыворотки во время эпидемии дифтерии в 1892 г. резко сократило детскую смертность.