Помоги проекту - поделись книгой:
Но прежде чем говорить о работах Ивана Романовича по исследованию действия рентгеновых лучей и радиоактивности на живые организмы, вернемся к его жизни. Мы его оставили в то время, когда, получив аттестат зрелости, он поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. Во времена Тарханова «физмат» университета был не таким, как теперь, — факультетом, где специализируются в физико-математических науках. Теперь, в эпоху узкой специализации, в некоторых университетах «физматы» даже делят на физический факультет и механико-математический. А в те времена физико-математический факультет объединял вообще все естественные науки. Разумеется, существовали разные отделения, кафедры, и факультет выпускал довольно разнообразных специалистов.
Тарханова с самого начала привлекали науки о жизни. Ему повезло. Лекции по физиологии он слушал у Ивана Михайловича Сеченова, а в особенно интересовавшей его гистологии им руководил Филипп Васильевич Овсянников. Но Тарханову не суждено было закончить университет.
9 апреля 1864 года его вместе с Николаем Николаевичем Миклухо-Маклаем и несколькими другими студентами исключают из университета за выступления на студенческих сходках. Тарханову удалось поступить в Медико-хирургическую академию, которую он успешно окончил. К этому времени молодой ученый уже имел четыре печатных труда.
Затем — защита диссертации, смерть отца, в связи с которой ему приходится уехать на некоторое время в Тифлис, потом подготовка к профессорской деятельности. В течение двух с небольшим лет Тарханов работает в лучших европейских лабораториях. Он посещает Вену, Берлин, Лондон, Оксфорд, Брюссель, Женеву, Цюрих, Турин…
И успешная работа в Медико-хирургической академии. Очень успешная. Слишком успешная! Блестящими лекциями он завоевывает популярность студентов, ученые труды создают ему известность в научном мире. Все это становится источником зависти для бездарных, но крепко сидящих на своих местах коллег. К тому же профессор Тарханов придерживается слишком прогрессивных убеждений… И происходит невероятное.
В 1895 году отмечается 25-летний юбилей научной деятельности академика Тарханова. Произносятся речи, преподносятся адреса…
Торжество продолжалось несколько дней. А когда оно закончилось, Тарханова уволили из академии. Формальный повод — выслуга лет, хотя в то время ему нет еще и пятидесяти.
Это был сильный удар, от которого Иван Романович, вероятно, не смог оправиться до конца своих дней. Он начал читать в Санкт-Петербургском университете необязательный курс физиологии животных, работал в Санкт-Петербургской биологической лаборатории. Но это уже не та деятельность, которой он желал.
В августе 1908 года Тарханов скончался.
Построить рентгеновский аппарат нетрудно. Это, конечно, не значит, что его может соорудить любой член кружка «Умелые руки». Но в физической лаборатории его собрать несложно. Главное — иметь высоковольтное оборудование и вакуумную установку. А в любой физической лаборатории они есть.
Поэтому, когда ученые узнали об удивительном открытии Рентгена, то сразу же в десятках лабораторий стали пытаться повторить результаты немецкого коллеги и провести какие-то дополнительные исследования. И почти всем желающим это удавалось.
Русские ученые не отставали от других. Как только пришло первое сообщение о новых невидимых лучах, наши физики стали собирать необходимые установки. Один из первых рентгеновских аппаратов был сделан академиком князем Борисом Борисовичем Голицыным в Санкт-Петербурге. Именно этой установке выпало на долю сыграть важную роль в рождении радиобиологии.
Иван Романович Тарханов интересовался всем новым. Поэтому, узнав о новых лучах, да к тому же свободно проникающих в глубь организма, он, естественно, захотел проверить их возможное физиологическое действие. Сказано — сделано. И Тарханов уговаривает Голицына уступить ему на время «приспособление для добывания X-лучей».
Поскольку Тарханов изучал тогда работу центральной нервной системы, его в первую очередь заинтересовала возможность действия новых лучей на головной мозг. Объектом опытов Тарханов избрал лягушку, у которой исследовал кислотные рефлексы. На заднюю лапку действовали кислотой и отмечали время, когда начнут сокращаться мышцы. Обычно рефлекс появлялся через 5–7 ударов метронома. Если же лягушку перед исследованием облучали в течение 15–20 минут рентгеновыми лучами, рефлекс наблюдался лишь через 30–50 ударов, а у некоторых облученных лягушек не проявлялся совсем.
Но хотя движения мышцы находятся под контролем головного мозга, эти опыты еще не доказывают, что рентгеновы лучи действительно тормозят деятельность «произвольно-двигательных центров мозговых полушарий», как говорят физиологи. Постановка четкого опыта, а тем более однозначное объяснение его результатов, дело не простое. Ведь облучался не только головной мозг, но и периферические нервы, и мышцы, и многое другое.
Есть анекдот, который особенно любят рассказывать люди, далекие от науки. Ученый решил установить, где находится орган слуха у таракана. Посадил на стол и свистнул — таракан побежал. Оторвал ноги, свистнул — таракан не убегает. Значит, орган слуха у таракана в ногах.
Среди ученых эта шутка не слишком популярна: больно уж неправдоподобна. Бывают, конечно, случаи неграмотной постановки опытов или неправильного их объяснения. Но существуют определенные правила проведения опытов, и большинство ученых достаточно строго им следует.
Академик Тарханов ставил свои опыты так, чтобы из них можно было сделать вполне определенные выводы. И, конечно, он не ограничился облучением целой лягушки. Он провел и другие, более специальные опыты. Например, всю лягушку закрывали свинцовым экраном, практически не пропускавшим рентгеновых лучей, открытой оставалась лишь одна лапка, которую предстояло раздражать кислотой. При таком изолированном облучении лапки даже более высокой дозой никакого изменения рефлекса не наблюдалось. Значит, дело не в местном действии лучей на лапку. Дальнейшие опыты не оставляют сомнений: да, рентгеновы лучи действительно оказывают влияние на работу центральной нервной системы.
Разумеется, Тарханов исследовал не только кислотный рефлекс и ставил опыты не только на лягушках. Особенно интересны, по-моему, опыты с икрой миноги, которые намного опередили свое время. Тарханов установил, что облученная икра теряет способность к развитию. Мальков из нее не получается.
Увы, рентгеновы лучи были открыты, когда Тарханова уже «ушли» из Медико-хирургической академии. Ни в университете, ни в биологической лаборатории не было возможностей для широкой экспериментальной работы. К сожалению, ученому не пришлось много экспериментировать с рентгеновыми лучами. Но он продолжает следить за всей литературой, выступать со статьями о новом виде лучей, об их значении в биологии и медицине. По-видимому, Тарханов был первым, кто указал на возможность применения ионизирующих излучений для лечения рака и других злокачественных новообразований.
Не зная их физических свойств, в те ранние годы многие ученые смотрели на новые лучи как на что-то близкое к световым. Природа рентгеновых и гамма-лучей, видимого, ультрафиолетового и инфракрасного света и радиоволн действительно одна: все они относятся к электромагнитным излучениям. Но из-за гораздо более высокой энергии квантов ионизирующие лучи способны вызывать большие химические изменения и оказывать совершенно иное действие на живые организмы.
Тогда ученые ничего этого не знали. Немецкий ботаник Шобер, например, тем и занимался, что сравнивал действие рентгеновых лучей и лучей света. Надземные части растений обладают положительным фототропизмом, тянутся к свету. Если, скажем, семена овса прорастить и выращивать в темноте, а потом осветить через узкую щель, то уже через час проростки искривятся по направлению к свету. Именно такие опыты и ставил Шобер.
С обычным светом все шло хорошо. Но Шобер думал, что растения так же будут реагировать и на рентгеновы лучи. Он поднес к стенке ящика с проростками трубку и заставил ее работать в течение целого часа. Конечно, никакого искривления проростков по направлению к трубке не было. Исследователь был искренне удивлен.
Не только Шобер проводил далеко идущие параллели между ионизирующими лучами и лучами света. Некоторые ученые шли еще дальше. Ведь свет необходим для жизни. Причем необходимы не только видимые, но и невидимые лучи. Ультрафиолетовые лучи тоже невидимы, а и они необходимы для жизни. Недаром летом, в отпускное время, все горожане стремятся на солнце. Может, и лучи, испускаемые радиоактивными веществами, тоже необходимы для жизни?
Так думал, в частности, немецкий физиолог Цваардемакер. Когда стали заниматься радиоактивностью, то узнали, что этим свойством обладают не только тяжелые элементы, большинство которых совсем еще недавно вообще не было известно науке, но и такой обычный элемент, как калий. Почти все элементы существуют в виде нескольких разновидностей, так называемых изотопов, обладающих совершенно одинаковыми химическими свойствами, но отличающихся строением ядра. И вот оказалось, что один из естественных изотопов калия, который в определенной доле содержится в обычном калии, — радиоактивен.
Но ведь калий — один из элементов, всегда присутствующих в живых организмах, в частности в крови. Он необходим для нормального сокращения сердечных мышц. Без него сердце останавливается. Вот какой важный элемент калий!
Цваардемакер подумал: что, если здесь важны не химические свойства калия, а его радиоактивность? Он поставил опыты, чтобы проверить это предположение, и подробно рассказал о них на страницах XIX тома ученейшего немецкого журнала «Эргебнисе дер Физиологи». Перелистаем страницы журнала, и перед нами ясно предстанут эти опыты.
Вот Цваардемакер препарирует лягушку. Перерезаны сосуды, идущие к сердцу, к ним присоединяются трубочки, по которым вместо крови течет физиологический раствор. Сердце продолжает ритмически сокращаться. А вот по трубочкам пошел совершенно такой же раствор, но без калия. Сердце остановилось. Добавляется калий, сердце начинает биться. Впрочем, все это знали раньше. Такие опыты и сейчас ставят студенты на физиологическом практикуме…
Но вот снова идет раствор без калия. Сердце не бьется. Ученый добавляет в него вместо калия другое радиоактивное вещество. Сердце забилось. Значит, дело не в калии как таковом. Правда, может быть, и это вещество действует на сердце химически? Нужно проверить. По трубочкам снова течет раствор без калия. Кусочек радиоактивного вещества кладется рядом с сердцем. Те же самые лучи оно получает не с раствором, поступающим в сердце, а извне: они летят по воздуху. И — о чудо! — сердце снова начинает биться.
Так все описано в статье Цваардемакера. Его вывод, что для сокращения сердечной мышцы необходимо радиоактивное излучение, вошел в некоторые старые учебники…
Увы, то, что выглядело так убедительно в статье Цваардемакера, не соответствовало действительности. Многие ученые повторяли его опыты и получали только отрицательные результаты. Шло время, открыли искусственную радиоактивность. Стало возможно получать радиоактивные изотопы любого элемента. И тогда ученые смогли поставить еще более ясные опыты. В физиологический раствор вместо калия добавляли радиоактивный натрий, радиоактивный фосфор — вещества, которые всегда есть в крови, но в нерадиоактивной форме. Сердце не билось. Добавляли искусственный радиоактивный изотоп калия, радиоактивность которого в несколько миллионов раз выше, чем у обычного калия. Сердце билось точно так же, как и в норме.
Но почему-то время от времени находились люди, продолжавшие верить, что для жизни необходимо именно радиоактивное излучение калия. Пришлось поставить последний и решающий опыт. Его не так давно провел академик Александр Павлович Виноградов. Он получил калий, совершенно свободный от радиоактивной примеси. И что же: он вполне заменял естественный, слабо радиоактивный калий.
Итак, ионизирующие лучи не оказались «лучами жизни».
А ведь еще Тарханов в одной из первых радиобиологических статей в мировой литературе описал свои опыты с икрой миноги. Как будто ничего особенного с этой икрой после облучения не происходило, но мальков не было.
Как мы помним, нечто похожее случилось с Беккерелем и многими другими исследователями новых невидимых лучей. Во время работы ученые ничего не чувствовали, а через некоторое время у них появились те или иные болезненные симптомы. Но то, конечно, были отдельные случайные наблюдения.
В точных исследованиях ряд авторов подтвердил результаты, полученные Тархановым. Такие же опыты, какие он провел на икре миноги, другие ставили на спермиях жаб и кроликов, на семенах растений… Во всех случаях после облучения потомства не получалось. Следовательно, облученные зародышевые клетки теряли жизнеспособность. Правда, сразу после облучения клетки всегда казались совершенно нормальными.
Но клетки есть клетки. И видно-то их только под микроскопом. Много ли им надо?! Ученые знали, что достаточно лишь слабого изменения температуры или кислотности среды, небольшой примеси постороннего вещества, наконец, просто не совсем обычных условий, чтобы убить живую клетку.
Однако в 1903 году Хейнеке сообщил ученому миру о результатах своих опытов, которые казались поистине удивительными. Он облучал рентгеновыми лучами взрослых животных: мышей и морских свинок. Все животные, получившие достаточно большую дозу, погибли через несколько дней. Вскрытие показало, что у них изменены многие внутренние органы, особенно селезенка, костный мозг, лимфатические железы. Селезенка была в несколько раз меньше, чем у нормальных животных, и более темного цвета, а микроскоп показал, что во всех этих органах осталось очень мало живых клеток.
Опыты Хейнеке произвели на современников очень большое впечатление. Теперь, после того как на два мирных города были сброшены атомные бомбы, о смертоносных свойствах радиации знают не только радиобиологи, а вообще все жители нашей планеты, и мое сообщение, что ионизирующие лучи вызывают смерть живых организмов, вероятно, никого не удивит.
Более существенно — рассказать, что представляет собой новая болезнь. Мы не будем рассматривать лучевую болезнь у человека, это область радиационной медицины, а не радиобиологии. Впрочем, у всех млекопитающих лучевая болезнь протекает сходно и имеющиеся различия не принципиальны. Кроме того, на животных она гораздо лучше изучена. Ведь на них можно проводить специальные опыты, собрать большой и вполне достаточный материал.
Давайте и мы с вами поставим опыт. Возьмем несколько белых мышей, скажем несколько десятков, и попросим знакомого радиолога облучить их рентгеновыми или гамма-лучами. Чтобы опыт был проведен по всем правилам, отберем животных более или менее одинакового внешнего вида, возраста и упитанности. Взвесим каждую мышку. Чтобы следить за их здоровьем, исследуем кровь; подсчитаем хотя бы общее число белых и красных кровяных шариков на единицу объема крови.
Для первого опыта выберем дозу, которая вызвала бы смерть большей части животных, что-нибудь около 600 рентген.
Дело сделано. Мы получили мышей обратно. Все они облучены смертельной дозой, но вначале это внешне никак не проявляется. Однако если через несколько часов мы исследуем у них кровь, то увидим, что, хотя не прошло и суток, число лейкоцитов (белых кровяных клеток) уменьшилось в 2–4 раза. Число эритроцитов (красных клеток) практически не изменилось. Но внешних признаков болезни нет.
На следующий день внешних изменений тоже незаметно. Разве что животные стали более вялыми, чем обычно. Но число лейкоцитов упало еще ниже. Несколько уменьшился вес.
Через двое суток животные выглядят больными. Они сидят неподвижно. Обычно гладкая и блестящая шерстка стала грязной, торчит клочьями. Животные перестали следить за своей внешностью. Они отказываются от пищи. У некоторых начался кровавый понос. Заметно уменьшился вес. Но резкое падение числа лейкоцитов прекратилось (впрочем, дальше падать почти некуда!). У некоторых мышек число их даже несколько возросло.
На третий день картина мало отличается от той, что мы видели накануне. А на четвертый, придя в виварий, мы находим несколько мертвых мышей. Число их невелико. Одна-две из каждого десятка, вряд ли больше.
На пятый и шестой день все оставшиеся животные живы. В среднем они как будто чувствуют себя лучше. Но далеко не одинаково. У одних кровь восстанавливается, у других нет. Вес у одних держится почти на постоянном уровне, у других — падает…
На восьмой-девятый день погибает довольно много животных. Причем как раз те, у которых падал вес и сохранялся низкий уровень лейкоцитов. В последующие дни умирает меньшее число животных. А после двадцатого дня смертность прекращается, причем почти половина облученных животных остается в живых.
Попробуем вскрыть погибших животных. Мы не специалисты и особенно тонких изменений не заметим. Но кое-что сразу бросится в глаза. Особенно изменилась селезенка. Она уменьшилась в несколько раз, сморщилась и потемнела. В разных органах можно заметить внутренние кровоизлияния.
Но отчего погибли животные? Для этого отдадим их трупы патологу. И он скорее всего скажет, что большинство животных умерло… от воспаления легких. Странно. Может, ошибка? Нет, они действительно умерли от воспаления легких. Все объясняется просто. В организме животных уже были пневмококки — бактерии, вызывающие воспаление легких. Пока мыши были вполне здоровы, и пневмония не развивалась. А когда организм оказался ослабленным облучением, бактерии размножились и вызвали заболевание. Особенно существенным оказалось катастрофическое падение числа лейкоцитов — надежных санитаров нашего тела.
Если бы после облучения мы вводили мышам пенициллин, многие из них остались бы живы. Но не все, так как инфекция — далеко не единственная причина гибели при лучевой болезни. Более того, при других дозах облучения она почти не играет роли.
Время идет, а животные, пережившие роковой двадцатый день, остаются живыми. Они выглядят все более и более нормальными. Но опыт не закончен.
При исследовании острой лучевой болезни опыт обычно ограничивают тридцатью днями. Нетрудно догадаться, так поступают потому, что, как мы видели, период массовой гибели облученных животных кончается раньше этого срока. Поэтому часто животных, которые остались в живых, через месяц убивают, чтобы зря не кормить и освободить клетки, нужные для других опытов. Это делают, когда, скажем, сравнивают влияние разных защитных веществ на смертность животных. Но мы продолжим опыт. Ведь наша задача — познакомиться с экспериментальной лучевой болезнью. А она не закончилась, лишь перешла в хроническую фазу.
Итак, животные выглядят нормально. Их вес восстановился, и кровь более или менее нормальна. Но животные больны. Их братья и сестры, которых мы не облучали, активно размножаются. А подопытные мышки не дают никакого потомства, хотя им созданы все необходимые условия. Животные стали стерильными. При меньших дозах плодовитость восстанавливается, при более высоких возникает постоянная стерильность.
Пожалуй, мы сделали ошибку, взяв для опыта белых мышей. У черных или коричневых результат облучения более резко бросался бы в глаза. Среди окрашенных волос мы увидели бы довольно большие пучки совершенно седых. У наших же мы можем заметить лишь то, что волосы стали более редкими.
Седина, облысение… Ведь это признаки старости. Да, мы действительно наблюдаем ускоренное старение. Это заметно и по состоянию внутренних органов. У облученных мышей естественная смерть («от старости») наступает раньше, чем у необлученных.
Но не все животные умирают просто «от старости». Довольно многие от рака. Особенно часто можно наблюдать лейкемию — злокачественное белокровие, рак крови.
Ускоренное старение, злокачественные опухоли называют отдаленными лучевыми поражениями. К ним относятся и некоторые другие, например поражение глаз. Нередкий результат облучения — помутнение хрусталика, или катаракта.
Но и это не все. Некоторые из наших животных в конце концов восстановят способность производить потомство, но мы увидим, что плодовитость их понижена, а часть детенышей рождается с теми или иными дефектами. Ионизирующие лучи не только вызывают лучевую болезнь у облученных особей, но вредно влияют и на наследственность.
Когда мы ставили свой воображаемый опыт по облучению мышей, то избрали среднелетальную (среднесмертельную) дозу. Но ведь интересно посмотреть, что получится, если взять меньшие или большие дозы.
Снова возьмем белых мышей (ведь все млекопитающие реагируют на облучение сходным образом) и будем действовать на них разными дозами рентгеновых или гамма-лучей. По-прежнему, чтобы не осложнять опыты, будем давать всю дозу сразу и облучать все тело животного.
После облучения дозами ниже 100 рентген мы вообще не заметим ничего, если ограничимся лишь внешними наблюдениями. Конечно, биохимик или физиолог сможет найти много отклонений от нормы, но ни одно из них не является фатальным. Правда, такая доза далеко не безвредна. Нет только острой лучевой болезни. Однако в течение некоторого времени животные более подвержены инфекционным заболеваниям. Продолжительность жизни у них меньше, чем у необлученных (преждевременное старение). А такое-то количество мышей умрет от злокачественных опухолей. С потомством тоже не все благополучно. Малые дозы могут снизить или временно подавить способность к размножению, а среди потомков будут животные с наследственными дефектами.
Несколько более высокие дозы — от 100 и до 300–600 рентген вызовут острую лучевую болезнь, с теми же самыми симптомами, которые нам уже известны, но, как правило, без смертельного исхода.
Несколько выше говорилось о том, что доза 600 рентген вызывает гибель половины облученных мышей. Здесь же я пишу, что при этой дозе смертельных исходов может и не быть. В этом нет противоречия. Не только разные виды могут обладать разной чувствительностью к облучению, но и разные породы, линии и т. д.
В лабораторной работе используют мышей разных линий. И чувствительность их оказывается разной. Доза, вызывающая гибель 50 процентов животных, может колебаться. Для отдельных линий — в пределах по крайней мере от 400 до 800 рентген. Разная чувствительность может быть у самцов и самок, у животных разного возраста. Не случайно, когда я ставил с вами воображаемый опыт, то подчеркнул, что для этого мы подбираем одинаковых животных.
Где-то с 300 рентген или выше лучевая болезнь начинает приводить к смертельным исходам. Что при этом происходит, нам уже известно. С повышением дозы процент остающихся в живых будет, естественно, все меньше и меньше. Интересно отметить, что разница между дозой, не вызывающей смертности, и дозой, приводящей к стопроцентной гибели, невелика и составляет, как правило, не больше двухсот рентген.
Наименьшая доза, достаточная для того, чтобы отправить на тот свет любое животное, во всяком случае, не больше тысячи рентген. Это справедливо не только для мышей разных лабораторных линий, но и вообще для всех млекопитающих.
При минимальной дозе, вызывающей стопроцентную смертность, средняя продолжительность жизни мышей около 12 дней. Изменчивость этой средней величины довольно велика; 12 — это в среднем, но одни мышки погибнут через три дня, а другие проживут дольше двадцати. При дальнейшем повышении дозы средняя продолжительность жизни довольно быстро уменьшается и при дозе 1000–1200 рентген (для разных животных) составит три с половиной дня. Изменчивость этой цифры очень мала. Подавляющее большинство умрет в ночь с третьего на четвертый день, и лишь единицы — накануне или в течение следующего дня.
Три с половиной дня — удивительная цифра. При увеличении дозы от нуля до тысячи рентген мы наблюдали довольно пеструю смену событий. Но если мы дадим животным дозу 2000 рентген, увидим то же самое: животные погибнут через три с половиной дня. Можно продолжать повышать дозу. Картина не изменится: средняя продолжительность жизни будет составлять все те же три с половиной дня!
И так вплоть до почти астрономической дозы в 20 тысяч рентген! Только при еще более высоких дозах продолжительность жизни животных снова начинает уменьшаться. С увеличением дозы они умирают все раньше и раньше и при дозе около 100 тысяч рентген начинают гибнуть «под лучом», то есть непосредственно во время облучения.
Смерть через три с половиной дня связана с поражением тонкого кишечника. Это можно доказать в простых опытах. Если во время облучения закрывать брюшко свинцовым экраном, который почти не пропускает лучей, то животные даже при дозах в несколько тысяч рентген проживут около семи дней. Если же облучить один кишечник, то смерть наступит через три с половиной дня.
Еще более ранняя гибель при дозах выше 20 тысяч рентген связана, по-видимому, с поражением центральной нервной системы. Гибели животных предшествуют судороги, начинающиеся за несколько часов до смерти, а чтобы вызвать эту смерть, достаточно облучить только голову животного.
Поделиться книгой: