Текст книги "Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет"

ЖЮЛЬ БОРДЕ, Бельгия

(JULES BORDET)

1870–1961

1901

1905

1908

1913

1919

1930

1951

1960

1972

1980

1984

1987

1996

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытия, касающиеся иммунитета».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие комплемента и создание метода определения антигенов.

ПРЕДЫСТОРИЯ

О том, что человек не болеет некоторыми болезнями дважды, было известно с древних времен, однако механизмы индивидуальной невосприимчивости не были изучены даже в общих чертах. Само слово иммунитет (лат. immunitas) употреблялось только в его юридическом значении «свобода от податей или судебной ответственности».

В 1798 году Эдуард Дженнер (Edward Jenner, 1749–1823) продемонстрировал эффективность вакцинации — создания искусственной невосприимчивости к натуральной оспе путем заражения человека возбудителем менее опасной коровьей оспы.

Благодаря работам Луи Пастера (Louis Pasteur, 1822–1895) в 1880-е годы распространилось представление о микробах как возбудителях инфекционных болезней. Пастер вводил домашним курам ослабленных возбудителей куриной холеры. Птицы заболевали и после выздоровления приобретали устойчивость к данному возбудителю. Это открытие Пастера указало путь к экспериментальному изучению иммунитета. Для объяснения феномена иммунитета Пастер предложил теорию истощения: микроб, размножаясь в организме, полностью уничтожает запасы какого-либо вещества и в результате – погибает. Теобальд Смит (Theobald Smith) показал, что в качестве вакцины можно использовать убитые микроорганизмы.

Фридрих Леффлер (Friedrich Loftier, 1852–1915) и Эмиль Ру (Emile Roux, 1853–1933) предположили, что не сам микроб-возбудитель, а выделяемый им токсин (яд) поражает организм человека. В 1888 году Ру и Александр Йерсен (Alexandre Yersin, 1863–1943) выделили такой токсин из культуры дифтерийной палочки. Фон Беринг (Нобелевская премия 1901 года) и Сибасабуро Китасато (Shibasaburo Kitasato, 1852–1931) в 1890 году показали, что введение этого токсина вызывает в организме образование антитоксина (противоядия). Они также заявили, что можно спасти от смерти заболевшего, введя ему антитоксин, выделенный из крови выздоровевшего человека.

В 1880-е годы Мечников (Нобелевская премия 1908 года) предложил теорию фагоцитоза, позднее названную теорией клеточного иммунитета. В соответствии с ней, в основе невосприимчивости лежит поглощение микробов и других инородных частиц подвижными клетками фагоцитами. В 1890-е годы Эрлих (Нобелевская премия 1908 года) также выступил с теорией гуморального иммунитета. Он показал, что в ответ на введение микробов в организме животного и человека образуются защитные вещества – антитела.

В 1894 году немецкий бактериолог Рихард Пфейффер (Richard Pfeiffer, 1858–1945) и русский микробиолог Василий Исаевич Исаев (1854–1911) вводили холерные вибрионы животным, обладающим иммунитетом к холере, и обнаружили гибель бактерий. Явление получило название бактериолиза (от греч. bakterion – палочка и lysis — растворение). Бактериолиз также происходил, если интактным (не обладающим иммунитетом к холере) животным вводили взвесь холерного вибриона вместе с сывороткой иммунных животных. Повторить этот эффект in vitro не удавалось. Мечников считал, что причину бактериолиза следует искать в деятельности фагоцитов (клеток-«пожирателей» микробов).

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1895 году Борде все же сумел осуществить реакцию бактериолиза в пробирке. Сыворотка животных, перенесших холеру, вызывала бактериолиз холерного вибриона (возбудителя холеры). Нормальная сыворотка (полученная от интактных животных) была почти полностью лишена этого свойства. Обе сыворотки теряли способность к бактериолизу при нагревании до +55 °C. Однако, когда к такой инактивированной нагреванием иммунной сыворотке добавляли немного нормальной (не нагретой, неиммунной) сыворотки, смесь оказывалась способной к бактериолизу. Из этого Борде сделал вывод, что иммунитет переболевших животных обусловлен присутствием в их крови двух веществ, из которых одно термостабильно (не теряет активности при нагревании), другое, наоборот, термолабильно (инактивируется нагреванием). Борде назвал первое «сенситизатором» (лат. sensitivus — чувствительный), второе – «алексином» (от греч. alexo — защищать). Позднее по предложению Эрлиха сенситизатор называли «амбоцептором», сейчас его название—антитело (нем. Antikorper). Алексин по предложению того же Эрлиха и Моргенрота (Morgenroth) превратился в комплемент (лат. complementum — дополнение), под этим названием он известен и сейчас.

Нагреванием сывороток интактных и иммунизированных животных и введением их в различных сочетаниях другим животным, а также многочисленными опытами in virto Борде установил, что комплемент содержится в сыворотке крови всех животных – иммунизированных и интактных, а антитела, наоборот, появляются только при иммунизации (через некоторое время после введения их в организм). Он также показал, что гемагглютинация и гемолиз (склеивание и разрушение эритроцитов при переливании крови) происходят по тому же механизму, что и бактериолиз.

Борде предложил метод определения антигенов. Суть его состоит в том, что введением известного антигена в кровь лабораторного животного вызывают образование в его организме антител. Затем сыворотку крови этого иммунизированного животного смешивают in vitro с кровью или другой исследуемой жидкостью тела. Если появляются характерные признаки реакции «антиген-антитело», например, преципитация (выпадение в осадок), делают вывод о присутствии в исследуемой жидкости данного антигена.

В 1900-е годы Борде разрабатывал и совершенствовал методы определения антигенов. Его многолетним помощником был муж сестры бактериолог Октав Жангу (Octave Gengou, 1875–1959). В 1902 году Жангу продемонстрировал связывание комплемента с антителами, выработанными в ответ на инъекции молока.

Борде и Жангу разработали также непрямой тест гемагглютинации, в котором эритроциты используются в качестве переносчиков чужеродного антигена, а затем агглютинируются соответствующими антителами и комплементом. Новые методы позволили Борде и Жангу идентифицировать палочку коклюша, которая в честь авторов получила название бактерии Борде – Жангу, или Bordetella pertussis. Продолжая исследования коклюша, Борде в 1910 году обнаружил антигенную вариабельность бактерий. Это явление имеет важное значение для медицины, так как некоторые патогенные микробы, меняя свою антигенную структуру, приобретают устойчивость к вакцинам.

Борде впервые указал на роль ионов кальция и фермента тромбина в свертывании крови. По окончании Первой мировой войны Борде занялся проблемой взаимодействия между бактериями и поражающими их вирусами – бактериофагами. Он впервые показал наследование бактериальными клетками лизогении — способности вызывать разрушение клеток. Изучение бактериофагов и лизогении стало ключом к великим открытиям генетики в середине XX века (см. статьи «1965»,«1969»,«1975»)

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

В 1905 году К. Мореши (С. Moreschi) показал, что, вводя одному животному сыворотку крови другого животного, можно получить антитела, настолько чувствительные, что с их помощью удается определить присутствие в растворе невероятно малых количеств нормальной сыворотки – 10 ил. В том же году Альберт Нейссер (Albert Neisser) и др. предложили использовать этот тест в судебной медицине.

Используя метод связывания комплемента, предложенный Борде, в 1906 году немецкий иммунолог Август Вассерман (August Wassermann, 1866–1925) и его коллеги сделали сразу несколько важных открытий. Во-первых, обнаружили антисифилитические антитела в крови обезьян, зараженных сифилисом. Во-вторых, нашли такие же антитела в церебро-спинальной жидкости больных tabes dorsalis (сухоткой спинного мозга) и тем самым доказали, что эта страшная болезнь, поражающая нервную систему и доведшая до безумия и мучительной смерти многих, в том числе очень известных, людей, является одной из форм сифилиса. В-третьих, продемонстрировали наличие этих антител в крови больных сифилисом. С тех пор реакция Вассермана остается одним из самых распространенных тестов в венерологии.

Реакция связывания комплемента была также применена для диагностики сапа.

Борде и Эрлих разошлись во мнениях о механизме реакции "антиген-антитело “. Эрлих считал, что реакция представляет собой химический процесс и, следовательно, должна протекать при строго определенных соотношениях компонентов. Борде полагал, что в этой реакции, как при абсорбции, соотношения компонентов не могут быть точно определены. В течение нескольких десятилетий преобладала точка зрения Борде, и лишь в эпоху молекулярной биологии стала очевидной прозорливость Эрлиха: реакция действительно представляет собою химический процесс.

Открытия Борде стали одной из основ для создания иммунологии — науки о защитных силах организма. Вскоре было окончательно установлено, что на проникновение антигена — чужеродного вещества, чаще всего – белка (в виде токсина, фрагмента мембраны бактериальной клетки и др.), организм отвечает усилением синтеза антител, предназначенных для связывания и разрушения инородных частиц. Комплемент, постоянно присутствующий в плазме крови, необходим для ускорения реакции между антигеном и антителом.

Принцип определения антигенов, предложенный Борде, лежит в основе множества современных лабораторных методик, в том числе применяемых в медицине.

Именем Нобелевского лауреата названы: реакция Борде – Жангу, среда Борде – Жангу и метод кашлевых пластинок Борде.

БИОГРАФИЯ

Жюль Жан Баптист Винсент Борде родился 13 июня 1870 года в Сойгни, Бельгия, и был вторым сыном Шарля Борде (Charles Bordet), школьного учителя, и Селестины Ванденабиле (Celestine Vandenabeele). Когда Жюлю было шесть лет, его семья переехала в Брюссель. Он обучался в Брюсселе, где стал доктором медицины в 1892 году, пройдя программу на год раньше положенного срока. Еще будучи студентом, Борде исследовал механизм защиты бактерий от поглощения их другими клетками. Первые результаты его исследований были опубликованы в год окончания университета (1892) и привлекли внимание Мечникова (Нобелевская премия 1908 года). Борде, получив стипендию бельгийского правительства в 1894 году, отправился в Париж и приступил к работе в лаборатории Мечникова в Пастеровском Институте.

В 1901 году он вернулся в Брюссель, где занял пост директора вновь открытого Института бактериологии и противорабических исследований (борьба с бешенством), который в 1903 году был переименован в Пастеровский институт. С 1907 года в течение 28 лет Борде был директором этого Института и профессором бактериологии в Брюссельском университете.

Исследования бактерии коклюша привели Борде в 1910 году к представлению об антигенной вариабельности бактерий. Этот феномен имеет первостепенное значение для медицины, так как некоторые микроорганизмы (например, вирус гриппа) способны менять свою антигенную структуру, что делает их резистентными к антителам и вакцинам.

Борде изучал также естественную коагуляционную способность крови, и наиболее важным его вкладом в эту область стало выяснение роли ионов кальция и фермента тромбина в ранних этапах образования кровяного сгустка.

После Первой мировой войны Борде исследовал взаимодействия между бактериями и поражающими их вирусами (бактериофагами). Его эксперименты по наследованию бактериальными клетками лизогении (способности вызывать разрушение клеток) помогли заложить основу молекулярной генетики середины XX века

Во время вручения Нобелевских премий в 1919 году Борде выступал с лекциями в США, и стал одним из немногих, кто пребывая в добром здравии, отказал себе в удовольствии участвовать в церемонии награждения. Премию получил бельгийский посол в Швеции.

В 1899 году Борде женился на Марте Левоз (Marthe Levoz). У них были сын и две дочери.

Борде умер в Брюсселе 6 апреля 1961 года в возрасте 90 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Иммунитет, антигены и антитела. М., 1928;

Traite de Fimmunite dans les maladies infectienses. Paris, 1920;

Infection et immunite. Paris, 1947.

О нем:

Де Крюи П. Борде. Прорицатель ⁄ В борьбе со смертью. Л., 1936. С. 236–255;

Миленушкин Ю. Памяти выдающегося ученого // Ж. микробиол. эпидемиол. и иммунол. 1962. № 4. С. 156;

Комкова О. С., Миленушкин Ю. И. Жизненный и творческий путь Жюля Борде (1870–1961) ⁄ Из истории медицины. Рига, 1963. Вып. 5. С. 261;

Beumer J Jules Bordet 1870–1961 //J. Gen. Microbiol. 1962. V.29.P. 1-13;

Volume jubilaire de Jules Bordet//Ann. Instit. Pasteur 1950. V. 79. N 5. P. 479–520;

Dictionary of Scientific Biography. V. 1. New York, 1981. P. 300–301.

ШЕК АВГУСТ СТИНБЕРГ КРОГ, Дания

(SCHACK AUGUST STEENBERG KROGH)

1874–1949

1904

1920

1922

1924

1956

1998

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытие механизма регуляции просвета капилляров».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие того, что в работающем органе капилляры, прежде не участвовавшие в кровотоке, раскрываются и переносят кровь.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Отец научной физиологии Уильям Гарвей (William Harvey, 1578–1657) в знаменитой книге «Expercitato anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus» (Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных, 1628) обосновал представления о циркуляции крови по замкнутой системе сосудов. Сердцу отводилась роль насоса, оно выбрасывало кровь в артерии, те переносили ее к тканям. От тканей кровь оттекала по венам. Из этого следовало, что кровь должна каким-то образом проникать сквозь ткани из артерий в вены. Гарвей не мог увидеть мельчайшие сосуды, связывающие артерии с венами, но теоретически доказал их существование.

Итальянский анатом Марчелло Мальпиги (Marcello Malpighi, 1628–1694) описал это недостающее звено в системе циркуляции в 1661 году, через четыре года после смерти Гарвея. С помощью простого микроскопа, который обладал увеличением в 180 раз, он наблюдал, как кровь течет из артерий в вены по капиллярам – очень тонким сосудам.

У человека в состоянии покоя за 1 мин из легких в ткани переносится около 300 мл кислорода, и за это же время примерно 250 мл двуокиси углерода – в противоположном направлении. При выполнении тяжелой мышечной работы эти количества могут возрастать более чем в 10 раз. Объем крови, циркулирующей по сосудам тела человека, составляет около 5 л, и вся эта кровь примерно за 1 мин проходит по системе сосудов. Во время физической работы объемная скорость кровотока может возрастать в пять и более раз.

И в покое, и при физических нагрузках вся кровь, выброшенная сердцем в артерии, проходит через капилляры. Они имеют диаметр в несколько микрометров и образуют сети, форма и плотность которых неодинаковы в различных тканях. Кровь, протекая по этой сети, выполняет задачу поддержания жизненно важных функций. Сквозь чрезвычайно тонкие стенки капилляров она отдает тканям принесенные ею питательные вещества и кислород, взамен получая то, что вырабатывается в тканях.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В начале XX века Крог изучал диффузию газов в тканях, то есть обмен газами между кровью и клетками, при котором кровь отдает клеткам кислород и получает взамен углекислый газ. Этот обмен происходит по законам диффузии. Крог исследовал физические факторы, контролирующие диффузию. Как известно, скорость диффузии зависит от разности его напряжений в крови и тканевой жидкости, окружающей капилляр. Крог, используя собственную методику, определил постоянную диффузии газов в различных тканях и прежде всего в мышцах. В мышечной ткани капилляры имеют наиболее простую форму, и это позволяет рассчитать размеры капиллярной сети. Таким образом, Крог создал способ вычисления разности напряжений кислорода в кровеносных капиллярах и тканевой жидкости. Расчет показал, что напряжение кислорода в мышечной ткани, даже во время тяжелой работы, лишь немногим меньше, чем в капиллярах. Удивление, вызванное результатами Крога, прошло тогда, когда он показал, что все капилляры в мышечной ткани заполнены кровью только тогда, когда ткань находится в состоянии повышенной активности. В покое лишь небольшая часть капилляров содержит кровь, и эта часть увеличивается при переходе к активности (мышечному сокращению). Крог показал, что если бы количество капилляров, приносящих кровь, было неизменным, то увеличение минутного объема повлекло бы за собой соответствующее увеличение линейной скорости кровотока. То, что диффузионный процесс приобретал бы благодаря увеличению объемной скорости кровотока, он утрачивал бы, по крайней мере частично, из-за увеличения линейной скорости, то есть времени контакта крови со стенкой капилляра. Наоборот, раскрытие дополнительного количества капилляров, несущих кровь, означает увеличение площади контакта (и скорости диффузии).

Для экспериментального подтверждения этой гипотезы Крог пошел по пути Мальпиги – применил микроскопию. Исследуя язык лягушки, он мог наблюдать, как в ответ на действие различных стимулов некоторое количество ранее невидимых капилляров расширялось и принимало участие в переносе крови. Впоследствии они сокращались и становились невидимыми. Так механическое воздействие посредством легкого укола иглой вызывало раскрытие капилляров, расположенных в непосредственной близости. Аналогичные явления происходили и в скелетной мышце.

Крог обнаружил, что нельзя заставить капилляры открываться путем увеличения кровяного давления в (приносящей) артерии. Поэтому он считал, что капилляры находятся в состоянии тонуса (устойчивого сокращения), и периодически некие стимулы этот тонус снижают. (Позднее было показано, что тонусом обладают не капилляры, а предшествующие им самые мелкие веточки артерий.).

Так был существенно дополнен механизм вазомоторной (сосудодвигательной) реакции, известной к тому времени уже в течение трех четвертей века, с момента открытия немецким морфологом Фридрихом Густавом Якобом Генле (Friedrich Gustav Jacob Henle, 1809–1885) гладкой мускулатуры сосудов, а также открытия вазоконстрикторных (сосудосуживающих) и вазодилататорных (сосудорасширяющих) нервов Клодом Бернаром (Claude Bernard, 1813–1878) и объяснения Карлом Людвигом (Karl Ludwig, 1816–1895) влияния этих структур на кровоток. Гипотеза Крога о том, что и капилляры обладают способностью к активному сокращению, позднее не подтвердилась.

Некоторые биологически активные вещества, такие как адреналин, а также тепло и холод изменяют количество действующих капилляров.

После работ Крога физиологи задавали себе вопрос: как случилось, что за столетия, прошедшие после открытия Мальпиги, никто не рассмотрел под микроскопом динамики капилляров. Некоторые видели, как капилляры менялись в ответ на различные стимулы. Но никому не пришла в голову мысль связать этот феномен с общими изменениями в системе циркуляции. И до Гарвея многие врачи на протяжение нескольких столетий тоже имели счастливую возможность видеть, как после наложения жгута расширяются вены.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Открытие Крога позволило создать единую концепцию кровообращения и его регуляции. Представление о том, что постоянно открыта и участвует в обмене лишь небольшая часть (позднее было подсчитано: примерно 4 %) всех имеющихся в теле капилляров, стало основой для выяснения механизмов некоторых видов шока (при которых повсеместно и сразу раскрывается во много раз больше капилляров, чем в нормальных условиях, системное кровяное давление падает, и организм погибает от недостаточного кровоснабжения жизненно важных органов). Механизмы, описанные Крогом, также лежат в основе методики искусственного кровообращения (необходимой, например, для работы хирургов на «сухом» сердце).

БИОГРАФИЯ

Крог родился 15 ноября 1874 года в Гринаа, Дания. Он был сыном Вигго Крога (Viggo Krogh), судостроителя, и Марии Дречман (Marie Drechmann). Еще школьником Август заинтересовался естествознанием, ставя первые эксперименты. Поступив в Копенгагенский университет в 1893 году, Крог начал изучать медицину, но вскоре перешел к зоологии. В 1897 году он приступил к работе в лаборатории медицинской физиологии у Христиана Бора (Christian Bohr). В 1908 году Крог получил должность доцента кафедры физиологии животных в Копенгагенском университете, а в 1916 году возглавил кафедру, пребывая в этой должности до 1945 года.

Научная работа Крога охватывает множество различных областей. В 1896 году еще студентом он начал эксперименты по исследованию гидростатического механизма личинки Corethra. На этом этапе он разрабатывал методы для исследований микроскопических количеств газа, содержащегося в воздушных пузырях личинок, и показал, что эти органы функционируют подобно воздушным емкостям подводных лодок. В 1902 году Крог принял участие в экспедиции в Диско, в северной части Гренландии, где изучал содержание углекислого газа в речной и морской воде. Это привело его к важным выводам о роли океанов в регулировании уровня угольной кислоты.

Как помощник Бора Крог заинтересовался задачами, связанными с газообменом живого организма. В возрасте 32 лет он получил премию Австрийской академии наук за статью по выведению свободного азота из организма. Диссертация Крога (1903) была посвящена изучению газового равновесия у лягушки. В сотрудничестве с Бором и К. А. Хассельбахом (К. A. Hasselbalch) Крог исследовал влияние угольной кислоты на диссоциацию оксигемоглобина крови. Вместе с И. Линдхардом (J. Lindhard) Крог разработал метод для определения минутного объема кровотока.

Позже Крог исследовал обмен газов в легких. Как известно, легкие состоят из большого количества мелких альвеол, стенки которых плотно оплетены капиллярами. Между альвеолярным воздухом и кровью капилляров находится барьер толщиной в несколько микрометров. Сквозь этот барьер и происходит обмен газами. Крог показал, что процесс обмена является простой диффузией, а не (активной) секрецией, как полагали многие. Для этого он усовершенствовал методику исследования: создал миниатюрную газовую камеру. Используя точные методы, Крог сумел доказать, что экспериментальные данные соответствуют предсказанию физической теории. Секреторная теория газообмена была отвергнута. Кроме того, Крог показал, что газообразный азот не принимает участия в дыхании животных.

В 1905 Крог женился на Бирте Марии Йоргенсен (Birte Marie Jorgensen), которая в сотрудничестве с Крогом исследовала диффузию газов в легких человека, за что получила ученую степень. Она умерла в 1943 году. У супругов было четверо детей: сын стал патологом, две дочери – стоматологами, одна – физиологом (в США).

Крог умер в Копенгагене 13 сентября 1949 года в возрасте 74 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Анатомия и физиология капилляров. М., 1927;

Meddelelser fra Akademiet for de Tekniske Videnskaber. 1949. V. 1. S. 39–50 (список трудов).

О нем:

Liljestrand G. August Krogh//Acta physiol. Scand. 1950. V. 20. P. 109–120;

Drinker С. K. August Krogh: 1874–1949//Science. 1950. V. 112.N. 2900. P. 105–107;

Rehberg B. August Krogh, November 15,1874 – September 13,1949//Yale J. Biol. Med. 1951. V. 24. P. 83–102;

Dictionary of Scientific Biography. V. 7. New York, 1981. P. 501–504.