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

АЛЬВАР ГУЛЬСТРАНД, Швеция

(ALLVAR GULLSTRAND)

1862–1930

1911

1914

1961

1967

1981 (б)

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за работу по диоптрике глаза».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за точное математическое описание процесса преломления лучей в глазу и механизма настройки глаза на видение близких и удаленных предметов.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Анатомическое строение глаза пытались описать еще ученые древности и Средневековья. Одно из первых и весьма подробных таких описаний дано в «Каноне врачебной науки» Авиценны (Иби-Сина Абу Али, 980-1037). Формирование изображения в глазу занимало умы многих известных ученых, однако дать ему хотя бы приблизительное описание удалось значительно позже.

Для описания преломления лучей в глазу законы физики преломления в стеклянных линзах могли служить лишь отправной точкой: в отличие от стеклянной линзы, хрусталик глаза состоит из неоднородного материала (и, следовательно, его способность к рефракции изменяется от слоя к слою весьма существенно), а форма хрусталика (кривизна поверхности) и общая преломляющая способность – изменчивы.

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz, 1821–1894) создал классическую теорию аккомодации глаза, согласно которой сокращение ресничной мышцы вызывает расслабление ресничной связки. Хрусталик представляет собою полужидкую среду, окруженную плотной эластичной капсулой. Расслабление связки позволяет хрусталику принять, в соответствии с законами физики, более округлую форму Происходящее при этом увеличение кривизны передней границы хрусталика усиливает его преломляющую способность, и глаз настраивается на видение близко расположенных предметов. При взгляде вдаль происходит обратный процесс: мышца расслабляется, связка натягивается, хрусталик уплощается, преломление лучей уменьшается.

Гельмгольц сделал столь значительный вклад в описание механизмов рефракции и формирования изображения в глазу, что казалось просто невероятным, что какие-либо новые исследования в этой области могут оказать существенное воздействие на сформулированные им представления. Однако в картине, созданной Гельмгольцем, не доставало по меньшей мере одного важного компонента: ничего не было известно о различиях в преломлении лучей в разных слоях хрусталика, и, что еще более важно, о роли задней поверхности хрусталика, также имеющей меняющуюся кривизну.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

Гульстранд приступил к исследованиям в начале 1890-х годов. Он хотел ответить на некоторые вопросы, связанные с рефракцией света и зрительными изображениями, формирующимися в глазу. Вскоре он понял, что работа предстоит намного большая: он должен был переформулировать основные законы возникновения оптического изображения.

Гульстранд изменил теорию формирования зрительного изображения и создал ее точное математическое описание. Ему удалось решить проблему, которая до него считалась неразрешимой, – проследить прохождение света через среду, коэффициент рефракции которой изменяется от слоя к слою. Так, Гульстранд показал, что только две трети изменения преломляющей способности хрусталика зависит от изменения его формы, но одна треть – от событий, происходящих внутри него, в его полужидком содержимом.

Прохождение луча через экваториальную часть хрусталика оказалось не прямолинейным, как это описывали законы физической оптики для стеклянных линз. Гульстранд указал на участие в этом процессе S-образной формы волокон хрусталика.

Гульстранд модифицировал теорию линейного воспроизведения, и это позволило ему объяснить явления анизотропной несимметрической и монохроматической аберраций глаза. Он дал также описание преломляющей функции роговицы.

Гульстранд предложил (1911) два новых аппарата для клинического исследования глаза: щелевую лампу и неотражающий офтальмоскоп. Лампа позволяет выявить наличие и определить точное пространственное положение инородных тел в стекловидном теле — полужидкой среде глаза, расположенной позади хрусталика. С ее помощью диагностируется воспаление в различных структурах глаза, притом на ранних его стадиях. Офтальмоскоп применяют для исследования глазного дна (внешнего вида сетчатки), например, при различных формах поражения кровеносных сосудов. Гульстранд разработал методику оценки астигматизма (существенно разного преломления лучей в разных плоскостях из-за несферической формы роговицы).

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Использование закономерностей, описанных Гульстрандом, позволило более точно коррегировать сложные нарушения рефракции глаза, такие как, например, астигматизм. Предложенные им приборы применяются в клинической практике и поныне. Так, щелевая лампа составляет обязательный атрибут любого офтальмологического кабинета.

БИОГРАФИЯ

Гульстранд родился 5 июня 1862 года в Ландскроне, Швеция, в семье доктора Пера Альфреда Гульстранда (Per Alfred Gullstrand) и Софии Матильды Корсель (Sophia Matilda Korsell). Он получил образование в школах в Ландскроне и Йончёпинга, последнюю из которых он закончил в 1880 году. Гульстранд поступил в Упсальский университет, который в 1885 году покинул, чтобы провести год в Вене. Свое медицинское образование он продолжил в Стокгольме, в Каролинском институте, где получил диплом (1888) и защитил диссертацию (1890). В 1891 году Гульстранд был назначен лектором по офтальмологии. После перемены нескольких мест работы врачом и лектором он служил в Шведской медицинской комиссии и в 1894 году был назначен первым профессором офтальмологии в Упсальский университет. Он занимал этот пост до 1913 года, а в 1914 году получил здесь персональную профессорскую должность по физической и физиологической оптике.

В области геометрической и физиологической оптики Гульстранд был самоучкой. Базовые основы офтальмологии он заложил в 1890 году в своей диссертации “Предложения по теории астигматизма”. Полное доказательство теории последовало в трех его работах.

Разработанные Гульстрандом методы фокального освещения, особенно посредством щелевой лампы (1911), имели большое значение для практической офтальмологии. Его неотражающий офтальмоскоп (1911) также стал ценным инструментом в офтальмологической диагностике.

Выдающиеся административные способности Гульстранда нашли применение на медицинском факультете, в совете Упсальского университета и Шведской академии наук.

В 1885 он женился на Сигне Кристине Брейтхольц (Signe Christina Breitholz). У них была одна дочь, умершая в раннем возрасте.

Гульстранд умер в Упсале 28 июля 1930 года в возрасте 68 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Allgemeine Theorie der monochromatischen Aberrationen und ihre nachsten Ergebnisse fur die Ophthalmologic. Uppsala, 1900;

Die optische Abbildung in heterogenen Medien und die Dioptrik der Kristallinse des Menschen. Uppsala, 1908;

Einfuhrung in die Methoden der Dioptrik des Auges des Menschen. Leipzig, 1911.

О нем:

Вербицкий В. К. Очерк учения Gullstrand’a//Русс. офтальм. ж. 1926. Т. 5. С. 809–814;

Трон Е. Ж. Исследования Gullstrand’а и их значение для офтальмологии // Арх. офтальм. 1930. Т. 7. С. 922–931;

Boegehold Н. Ueber die Entwicklung der Theorie der optischen Instrumente seit Abbe // Ergebnisse der exaktenNaturwissenschaften. 1929. Bd. 8. S. 1-146;

Nordenson J. W. Allvar Gullstrand, 1862–1930//Hygiena. 1930. V. 92. P. 705;

Herzberger M. Allvar Gullstrand//Optica acta. 1960. V. 3. P. 237–241;

Dictionary of Scientific Biography. V. 5. New York, 1981. P. 590–591.

АЛЕКСИС КАРРЕЛЬ, Франция

(ALEXIS CARREL)

1873–1944

1902

1903

1907

1912

1926

1927

1928

1934

1939

1945

1948

1949 (б)

1952

1954

1966 (б)

1976

1979

1988

1990

1997

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «в знак признания работ по сосудистому шву и трансплантации кровеносных сосудов и органов».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за разработку новых совершенных приемов сшивания кровеносных сосудов, в том числе мелких, что позволяло восстановить в них нормальный кровоток; за разработку хирургических приемов пересадки органов от одного животного другому

ПРЕДЫСТОРИЯ

Идея заменить изношенный орган чужим, здоровым, например, пришить новую конечность взамен утраченной, к концу XIX века не считалась новой. Главное препятствие, как думали тогда, заключалось в том, что никак не удавалось сшить кровеносные сосуды так, чтобы по ним проходила кровь. Попытки заканчивались одним из трех осложнений: кровотечением, стенозом (значительным сужением сосуда в результате развития соединительнотканного рубца) или тромбозом (закупоркой сосуда сгустком свернувшейся крови). Чтобы преодолеть эти препятствия необходимо было создать совершенно новую хирургическую технику.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1894 году президент Франции Мари Франсуа Карно (Marie Francois Carnot, 1837–1894) был ранен пулей террориста. Повреждение крупной артерии привело к смерти от кровотечения. Считается, что именно этот случай подтолкнул Карреля к поиску способов восстановления поврежденной сосудистой стенки.

Желая достичь мастерства, Каррель брал уроки у мастериц-вышивальщиц. Для сшивания сосудов он предложил использовать шелковые нити и очень тонкие иглы. Существовавшая методика сшивания сосудов не удовлетворяла Карреля. Он начал разработку собственного метода на человеческих трупах и живых собаках вместе с Морелем (Morel) в лаборатории профессора Солье (Soulier) в Лионском университете в 1902 году. В том же году он опубликовал статью с описанием методики наложения анастомоза сосудов конец-в-конец. и продолжил эту работу вместе с Гатри (Guthrie) в Чикагском университете в 1904 году и Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке в 1906 году.

Каррель осознавал необходимость абсолютно строгого выполнения правил асептики. Приемов, применявшихся в то время в общей хирургии, было недостаточно. Даже небольшого инфицирования, не препятствующего заживлению раны первичным натяжением, было достаточно для развития тромбоза и возникновения непроходимости сосуда. Сдавливание сосуда также повреждало его стенки. Сосуды можно было брать руками, но не сдавливать зажимами. Если все-таки приходилось использовать зажимы или клеммы, их рабочие поверхности должны были быть мягкими, а сила давления – строго дозированной. Повреждение внутренней оболочки сосуда также вызывало тромбоз. Во время операции сосуд смачивали или смазывали вазелином, нитки стерилизовали также в вазелине, и вазелином их покрывали после наложения шва. Операционное поле окружали черным японским шелком, на котором тонкие нитки были хорошо видны.

При сшивании двух концов сосуда их нельзя было натягивать. Концы слегка выворачивали так, чтобы приложить один к другому только внутренней оболочкой. Невыполнение этого требования сразу же приводило к тромбозу. Сшивали в трех равноудаленных точках окружности сечения сосуда. Сечение принимало вид треугольника, после чего тщательно зашивали каждую из стенок образовавшегося треугольника. Перед наложением последнего шва вазелин отсосом удаляли из полости сосуда. Таким способом Каррелю удавалось сшивать сосуды тоньше спички. Он восстанавливал целостность поврежденной стенки артерии, вшивая в нее фрагмент другой артерии, вены и даже каучуковую трубку. В некоторых случаях Каррелю удавалось восстановить кровоток в сосудах конечности, пораженных атеросклерозом, и предупредить развитие гангрены.

В речи при вручении премии представитель Нобелевского комитета Й. Экерман (J. Ekerman) говорил: «Благодаря этому методу обеспечивается свободный ток крови в области наложения шва и в то же время предотвращаются послеоперационное кровотечение, тромбоз и вторичное сужение сосуда. С помощью этого метода можно восстановить проходимость сосуда, заменить удаленный сегмент сосуда сегментом, взятым из другого сосуда или от другого человека».

Карреля считают основателем нового направления в медицине – учения о пересадке органов и тканей (трансплантологии). Способ трансплантации целых органов он разработал в опытах на животных в 1908 году. Это были пересадки не только кровеносных сосудов, но также почек, селезенки, яичников и части щитовидной железы. Разработанная Каррелем техника позволяла пересадить орган (удаленный у того же животного или взятый от животного-донора) в место его естественного расположения или в другие части тела, где эти органы продолжали работать. Каррель ампутировал у животного конечность и вновь присоединял ее к телу, добиваясь восстановления ее функций. Такие операции производили особенно сильное впечатление и на научную общественность, и на публику.

Каррель разрабатывал также способы хранения фрагментов сосудов, предназначенных для пересадки, на холоде в растворе, близком по содержанию электролитов к плазме крови (1910) или в вазелине. Такие фрагменты могли сохранять жизнеспособность в течение нескольких месяцев.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Пока не был открыт способ предотвращения свертывания крови (см. статью «1930»), метод Карреля использовали при переливаниях крови: на запястье донора надсекали стенку артерии и сшивали ее с веной верхней или нижней конечности реципиента. Такая процедура спасла жизнь многих людей.

Для того, чтобы предложенные методы восстановления целостности кровеносных сосудов могли быть широко применены, Каррель вместе с американским химиком Г. Д. Дейкином (Н. D. Dakin, 1880–1952) создал для обработки хирургических ран дезинфицирующее средство, состоящее из забуференного водного раствора гипохлорида натрия. Это средство успешно применялось до тех пор, пока не появились антибиотики (см. статью «1945»).

В начале 1930-х годов Каррель в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке создал методику культивирования целых органов в условиях лаборатории. Американец Чарлз Линдберг (Charles Lindbergh), прославившийся тем, что первым перелетел через Атлантику, в 1935 году по просьбе Карреля сконструировал устройство для промывания питательным раствором органа, извлеченного из организма. При этом перфузируемый орган находился внутри камеры, защищавшей его от проникновения микробов.

На основе предложенных Каррелем методов, К. Крафурд (С. Crafoord) в 1944 году и Р. Э. Гросс (R. Е. Gross) в 1945 году провели первые операции по восстановлению проходимости суженной аорты. До этого такие дефекты считались неизлечимыми. Тогда же (1944) А. Блелок (A. Blalock, 1899–1944) и X. Б. Тауссиг (Н. В. Taussig) предложили операцию для лечения так называемой «синей болезни» – тяжелого врожденного дефекта сосудистой системы, при котором часть венозной крови возвращается в большой круг кровообращения, минуя легкие.

Разработки Карреля стали основой для создания сосудистой и восстановительной хирургии. Хирурги научились не только сшивать разорванные сосуды, но и заменять часть поврежденной сосудистой стенки фрагментом вены, взятым у того же пациента. Тяжелые ранения крупных сосудов перестали быть обязательно смертельными. При условии своевременной остановки кровотечения, достаточном возмещении кровопотери, иммобилизации пораженной части тела, обезболивании, недопущении развития инфекции и внутрисосудистого свертывания крови, а также при быстрой доставке раненого в хирургический стационар шансы его на выживание значительно выше 50 %.

Более трудная судьба выпала предложенным Каррелем операциям по пересадке органов. Каррель блестяще решил хирургическую часть проблемы, но он примерно на полвека опередил развитие иммунологии трансплантаций. За прекрасно проведенной операцией и приживлением пересаженного органа неизменно следовало его отторжение. Без направленного воздействия на иммунную систему реципиента пересадки органов не могли стать успешными. Понадобилось более полувека для осознания причин неудач и еще больше времени для создания иммунологического обеспечения трансплантаций (см. статью «1980»).

Первые успехи были достигнуты в пересадке почки. И хотя первый пациент прожил недолго, стало ясно, что прорыв совершен. С тех пор лучшие клиники мира регулярно, пусть и не в массовом порядке, производят пересадки внутренних органов.

Методика культивирования клеток животного или человека в условиях лаборатории стала широко применяться только через несколько десятилетий после ее создания. Сейчас без нее немыслимо существование целых отраслей цитологии, физиологии и медицины. Так например, при лечении ожогов применяется размножение клеток кожи пострадавшего в питательной среде и замещение ими обширных кожных дефектов.

Установка Карреля-Линдберга позволяла длительно изучать физиологические и патологические процессы в изолированном органе. Этот прием очень пригодился разработчикам аппарата для искусственного кровообращения (АИК), позволявшего на срок до нескольких часов выключать сердце пациента из работы по нагнетанию крови. Возможность работать на «сухом» сердце собственно и создала кардиохирургию.

БИОГРАФИЯ

Каррель родился 28 июня 1873 года в Лионе, Франция. Он был сыном предпринимателя, Алексиса Карреля-Билляра (Alexis Carrel-Billiard), и Анны Марии Рикар (Anne Marie Ricard). Отец умер, когда Каррель-младший был еще ребенком. Алексис получил домашнее образование, потом учился в школе Св. Иосифа в Лионе. В Лионском университете он получил степени: бакалавра словесности (1889), бакалавра наук (1890), и, наконец, доктора (1900). Работал в Лионской больнице, преподавал анатомию и оперативную хирургию в университете на кафедре Л. Тестю (L. Testut). Там же в 1902 году Каррель начал экспериментальную работу.

Обиженный тем, что ему не предоставили профессорской должности в Лионском университете, Каррель в 1903 году переехал в Париж и в течение года совершенствовал свои медицинские знания, а потом эмигрировал в Канаду с намерением стать владельцем скотоводческой фермы. Однако прежде, чем Каррель осуществил этот экстравагантный план, в 1904 году его пригласил Чикагский университет и там в 1905 году он стал ассистентом кафедры физиологии.

Своими успехами Каррель обратил на себя внимание тех, кто старался привлечь талантливых исследователей в недавно созданный Рокфеллеровский институт медицинских исследований (позднее – Рокфеллеровский университет) в Нью-Йорке. В 1906 году Каррель стал членом совета Рокфеллеровского института, где нашел близких ему по духу коллег. Он чувствовал себя здесь как дома, и его часто видели в белой хирургической шапочке за официальным завтраком, увлеченно ведущим философские беседы с сотрудниками института. В этом Институте он провел большую часть экспериментов, удостоенных впоследствии Нобелевской премии.

В течение 1914–1919 годов Каррель служил во французской армии майором медицинской службы. Именно тогда он изобрел известный метод обработки ран гипохлоридом натрия – метод Карреля-Дейкина. Капитан медицинской службы британского экспедиционного корпуса Флеминг (Нобелевская премия 1945 года) проверил эффективность этого метода. Результат Флемингу не понравился, и он продолжил свои поиски более эффективного антисептика для обработки ран.

Каррель создал также методику культивирования живых клеток в лабораторных условиях. Клетки сердца куриного эмбриона размножались в периодически обновляемой искусственной питательной среде в течение 24 лет. Воодушевленный успехом своих опытов по культивированию клеток, Каррель предложил теорию старения, которая постулировала бессмертие соматических клеток и, таким образом, опровергала теорию Августа Вейсмана (August Weismann, 1834–1914), утверждавшую, что причину смерти организма следует искать на клеточном уровне. Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) в 1964 году показал, что деление соматических клеток (фибробластов) происходит в культуре не более 30–50 раз (лимит Хейфлика). что заставило ученых отказаться от гипотезы старения, предложенной Каррелем, и в какой-то мере вернуться к представлениям Вейсмана.

Имя Карреля сохранилось в названии сосудистого шва Карреля. Его неординарный характер и подчеркнуто элитарные замашки сильно вредили Каррелю в отношениях с людьми. Он получил орден Почетного легиона за Первую мировую войну и обвинение в коллаборационизме – за Вторую.

В 1913 году Каррель женился на Анне-Марии Лауре Гурле де ла Мотт де Мейри (Anne-Marie-Laure Gourley de la Motte de Meyrie). Детей у них не было.

Каррель умер в Париже 5 ноября 1944 года, вскоре после Освобождения, в возрасте 71 года.

ЛИТЕРАТУРА

Работы лауреата:

Treatment of Infected Wounds. New York, 1917 (with G. Dehelly);

The Culture of Organs. New York, 1938 (with Ch. A. Lindberg);

Man, the Unknown. New York, 1938;

LaPriere. Paris, 1944.

О нем:

Мирский M. Б. Алексис Каррель и его вклад в хирургию и гранил антологию // Вести, хир. 1975.Т. 114.№З.С. 139–141;

Alexis Carrel, 1873–1944. Paris, 1952;

Alexis Carrel, Humaniste chretien. Paris, 1964;

Dictionary of Scientific Biography. V. 3. New York, 1981. P. 90–92.