Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия
Возможно, следующим после глаза наиболее важным органом чувств является ухо. Его анатомия известна в подробностях довольно давно. Ушная раковина играет роль своеобразного рупора, улавливающего звуковые колебания и направляющего их к барабанной перепонке. Это маленькая мембрана, отделяющая внешнее ухо от внутреннего. Барабанная перепонка соединена с тремя косточками, образующими систему рычагов, передающих вибрацию другой мембране, расположенной на «входе» улитки — спиралевидного образования во внутреннем ухе. Именно в улитке звуковые колебания преобразуются в нервные импульсы. Как это происходит, показал американский физик (венгр по национальности) Дьёрдь Бекеши.
В 20-е годы он работал в венгерской фирме «Телефон систем лаборатори» и занимался проблемами эксплуатации телефонных линий. В то время междугородные разговоры были сопряжены с большими трудностями, и специалисты постоянно искали причины плохого качества связи. Исследуя все элементы системы телефонной связи, Бекеши совершенно логично пришел к конечному приемнику сигнала — к человеческому уху. Он подходил к проблеме с деловой точки зрения — как физик и инженер. Техники с ужасом стали замечать на своих станках и машинах в лаборатории следы анатомических препаратов. Бекеши резал, расчленял и исследовал ухо, пытаясь выяснить, как оно работает. С невероятной изобретательностью он разработал метод исследования органа слуха и создал прибор для этой цели (аудиометр Бекеши). Его познания в области физики и электроники давали ему большие преимущества перед другими исследователями, которые зачастую ограничивались бесплодным теоретизированием.
Бекеши исследовал ухо и процесс звукового восприятия от начала до конца: восприятие звуковых колебаний барабанной перепонкой, передачу их через слуховые косточки на мембрану внутреннего уха, возникновение гидравлических колебаний в улитке и преобразование их в кодированные нервные импульсы в ее базилярной мембране, на которой расположены рецепторы. Мало ученых, которые внесли бы столь большой индивидуальный вклад в эту область. Бекеши показал, как именно воспринимается звук. В начале базилярной мембраны, где нити более жесткие, улавливаются высокие частоты, а в верхней ее части с гибкими нитями — низкие частоты. Спиралевидное строение улитки увеличивает ее длину при общей компактности. Длина мембраны определяет диапазон воспринимаемых частот, который у человека простирается от 16 до 16 000 Гц (герц, или колебаний в секунду).
Большой вклад Бекеши в исследование физиологии слуха, сделанный в 30—40-е годы, не мог не привлечь внимания, и в 1961 г. профессора из Каролинского института приняли наконец решение присудить ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Вслед за улиткой в ухе расположены полукружные каналы. Они действительно имеют вид двух половинок окружности и представляют собой дуги, расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Долгое время об их функциях ничего не было известно. На протяжений всего XIX в. исследованием полукружных каналов занимались многие крупные ученые. Врачи накапливали клинический опыт, а теоретики, в частности Эрнст. Мах, доказывали, что три взаимно перпендикулярных канала служат как раз тем устройством, которое определяет положение тела в пространстве.
В мае 1905 г. в изучении вестибулярного аппарата был сделан большой шаг вперед. Австрийский врач Роберт Барани, специалист-оториноларинголог, установил, что если в ухо вбрызнуть холодную воду, то это вызывает потерю равновесия и головокружение. Вбрызгивание теплой воды дает тот же эффект, причем инстинктивно тело движется в противоположном направлении. Это явление объяснили следующим образом: нагревание или охлаждение полукружных каналов приводит в движение эндолимфу. В нерве вестибулярного аппарата возникает импульс, и движение эндолимфы воспринимается мозгом как нарушение положения тела. Чисто рефлекторно вступают в действие соответствующие мышцы, и человек, сопротивляясь мнимому падению, теряет равновесие.
Этот тест стал началом серии экспериментов, в ходе которых Барани разработал методы клинического исследования вестибулярного аппарата. Предложенные им методы диагностики резко снизили смертность от инфекций и воспалений внутреннего уха. Его теоретические работы по нервной регуляции, связанные с координацией движений и равновесием тела, привели к выяснению функций одного из важнейших органов чувств — органа равновесия. За работы по физиологии и патологии вестибулярного аппарата, выполненные в первое десятилетие нашего века, Барани был удостоен в 1914 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине.
XV. МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
В середине XIX в. — после того, как выяснилось, что микроорганизмы играют роль возбудителей заболеваний, — в микробиологии царил полный хаос. Отсутствовали конкретные данные о различных болезнях. Результаты экспериментов были противоречивы: одни болезни, казалось, вызываются сразу несколькими микроорганизмами, в других случаях, наоборот, обнаруживалось, что один микроб служит причиной различных заболеваний. Наконец, возникла теория, которая утверждала, что все бактерии являются возбудителями болезней. Среди широкой публики распространялись невероятнейшие слухи, которые порождали панический страх в отношении животных и любых других возможных источников заразы. Такое положение продолжалось до 70-х годов, когда немецкий микробиолог Роберт Кох разработал первые эффективные методы изучения микроорганизмов.
Важнейшим его достижением явилось создание питательных сред, в которых можно было выращивать микроорганизмы. Прежде всего он испробовал жидкость глаза убойного скота, потом крахмал, затем желатин и наконец агар-агар — особое вещество, представляющее собой смесь двух кислых полисахаридов, содержащихся в клеточных стенках красных водорослей, оно растворяется в горячей воде, а при охлаждении образует плотный студень, превращая тем самым в желе питательные растворы различного состава. Разработка методов выращивания микроорганизмов имела для бактериологии огромное значение, оказавшись в каком-то смысле важнее микроскопа. Ведь микробы представляют собой всего лишь какие-то палочки, точки, запятые, и вообще их внешний вид мало что дает с точки зрения классификации. Вместе с тем на геле из агар-агара любой микроорганизм образует колонию довольно больших размеров и характерной формы. Это позволяет невооруженным глазом определять различные виды микробов и даже их количество в пробе.
Располагая столь эффективными методами исследования, Кох смог сформулировать основные принципы медицинской микробиологии, показав, как установить связь между определенным микроорганизмом и данным заболеванием:
1. Искать микроорганизмы в случаях любых болезней.
2. Их число и распределение должно объяснять клиническую картину заболевания.
3. Каждая инфекция непременно имеет своего возбудителя, который необходимо подробно охарактеризовать морфологически.
Эта знаменитая триада Коха легла в основу развития бактериологии. Кох показал важность этих принципов, выделяя микроорганизмы у больных людей и животных, выращивая их в питательных средах, идентифицируя микробы и выясняя в опытах на лабораторных животных, какой из микроорганизмов является возбудителем той или иной болезни. Кульминационным моментом экспериментов Коха было открытие возбудителя туберкулеза (палочка Коха), о чем он и сообщил 24 мая 1882 г. на заседании Общества физиологов в Берлине.
В коротком докладе, отпечатанном всего на двух страницах, Кох описывал туберкулезные палочки, методы их окрашивания, наблюдения за ними в зараженных тканях с помощью микроскопа и выращивания микробов. Выводы его были простыми и ясными. Итак, возбудитель туберкулеза был теперь известен. Для медицины XIX в. это было сенсацией первой величины. Кох стал знаменитостью.
Еще в момент организации Нобелевского комитета при Каролинском институте имя Коха не раз упоминалось в списках кандидатов на премию, но это предложение обычно отклонялось под тем предлогом, что его открытие было сделано более двух десятилетий назад. Лишь в 1905 г. эксперты пришли к соглашению. Роберт Кох был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за исследования и открытия, связанные с возбудителями туберкулеза.
Знаменитая теория Луи Пастера о невозможности самозарождения указала на роль микроорганизмов в процессах брожения и гниения, подтолкнув многих ученых на поиски возбудителей различных болезней, жертвами которых становились миллионы людей. Одним из таких серьезных заболеваний во второй половине XIX в. была малярия. Эта болезнь сопутствует человеку с древних времен. Ее название в переводе с итальянского означает «плохой воздух»: люди считали, что причиной болезни являются зловонные испарения болот. В 1879 г. молодой французский военный врач, направленный в Алжир, занялся другими исследованиями, которые в конечном счете показали, что существует группа болезнетворных микроорганизмов, отличных от бактерий, к которой относится и возбудитель малярии.
