Человек, объяснивший, как на самом деле работает сердце

Современная наука во многом похожа на индустрию. Многомиллионные инвестиции на «входе», терабайты информации, обработать которую по силам лишь суперкомпьютерам – на «выходе». Над решением научных задач трудятся группы исследователей, состоящие из десятков, а то и сотен человек (часто – имеющих весьма различную специализацию), а экспериментальная работа порой больше напоминает производственный конвейер, а не творчество. А само понятие «научный работник» сегодня относится к довольно многочисленной социальной группе. Да и было бы странно, если бы наука не менялась вместе с развитием человечества в целом.

Но не стоит забывать слова английского ученого Роберта Бёртона (позже их приписали Ньютону): «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». И в основе многих сегодняшних блестящих результатов лежат открытия ученых прошлых веков.

Тех, кому часто приходилось работать в одиночку, имея в распоряжении минимум аппаратуры, проводя расчеты на бумаге с помощью логарифмической линейки. Их эксперименты не могли похвастать масштабностью, но они были не менее смелыми и, при всей своей простоте, изящными и убедительными. Предлагаю вспомнить о некоторых из них. А начнем с Уильяма Гарвея, человека объяснившего, как на самом деле работает сердце.

Сын английского купца в самом конце XVI века успешно заканчивает Королевский колледж Кембриджского университета и, став обладателем степени бакалавра по медицине, отправился повышать квалификацию в Падуанский университет, считавшийся тогда самой престижной медицинской школой Европы. Не удивительно, что с такой подготовкой Гарвей делает успешную карьеру врача. Дважды в неделю ведет прием в одной из лучших в то время больниц Лондона – лечебнице св. Варфоломея, а параллельно имеет постоянно растущую частную практику. Но в историю он вошел, прежде всего, не как блестящий врач (каковым он и был), а как ученый, один из основоположников физиологии и эмбриологии.

Главным объектом его научного интереса становится сердце. Для этого он постоянно вскрывает различных животных – собак, свиней, лягушек и крабов. Регулярно посещает анатомический театр, где будущие врачи на трупах постигали устройство человеческого организма. Ловит креветок, обитавших тогда в водах Темзы и имевших прозрачное тело, что позволяло наблюдать как работает сердце в живых организмах.

В медицине позднего Средневековья преобладала точка зрения Клавдия Галена (знаменитого врачевателя императоров и гладиаторов Римской империи) о том, что в организме есть два вида крови и для каждого существует своя сосудистая система. Одна состоит из печени и вен, а вторая – из сердца и артерий. Единственное место, где эти две разные системы сходятся друг с другом, утверждал римлянин, - сердце. Там, по его мнению, происходит насыщение крови венозной крови пневмой (воздухом), благодаря неким мельчайшим протокам между двумя частями сердца.

Иллюстрация из средневекового анатомического атласа, написанного на основе воззрений Галена

Чем больше Гарвей наблюдал за сердцами еще живых и мертвых организмов, тем сильнее сомневался в правоте системы Галена. Но, понимая, что устоявшиеся авторитеты подвергать сомнению чревато неприятностями, окружающим он объяснял найденные несоответствия тем, что со времен Галена человеческая природа, вероятно, могла измениться. И продолжал свои исследования.

Он обнаружил, что при наблюдении за работой сердца in vivo, два основных движения сердечной мышцы - систола (сердце сжимается) и диастола (сердце расширяется) – практически неразличимы. «Я не мог понять, когда и где происходит расширение и сжатие, по причине большой частоты движения, которое у многих животных происходит со скоростью блеснувшей молнии… Вдруг все меняется местами, и создается впечатление, что движения переходят одно в другое и становятся неразличимы», - писал он.

Но Гарвей, как и положено ученому, воспринимал проблему, не как непреодолимый барьер, а как задачу, требующую решения. Сердце движется слишком быстро для наблюдателя – значит, надо его замедлить. Сначала он стал изучать работу сердца у холоднокровных животных – рыб и рептилий. Их сердцебиение замедляется при охлаждении. Затем Гарвей обнаружил, что у теплокровных организмов происходит то же самое, но в предсмертном состоянии.

Постепенно принципы работы этого жизненно важного органа становились все понятнее и понятнее для исследователя. В частности, он смог поставить точку в споре между сторонниками Галена и его первыми критиками, утверждавшими, что никаких микроскопических проток между правой и левой долями сердца нет. Гарвей вскрыл сердце быка и, налив воду в его правую часть, показал, что в левую часть она не попадает.

Далее он поставил под сомнение и другой тезис Галена, о том, что кровь приводится в движение расширением сердечной мышцы («оживляемой попавшей в нее очередной порцией жизненного духа»). Это противоречило тому, что наблюдал Гарвей: при сжатии во время систолического цикла сердце становится бледнее, словно кровь покидает его, а вот стенки артерии, напротив, расширяются. Отсюда врач делал вывод – сердце своими сжатиями приводит в движение кровеносную систему, действуя по принципу насоса.

Однажды, проводя вскрытие он нажал пальцем на левый желудочек, то расширился и наполнился кровью, а ушко над ним сократилось. А мгновение спустя желудочек самопроизвольно сократился сам, вытолкнув кровь из камеры в артерию. То же самое произошло и с правой частью сердца. «Эти два движения – одно желудочка, а другое ушка – происходят последовательно, но таким образом, что между ними сохраняется определенная гармония, причем в каждый момент времени обнаруживается только одно движение», - пишет он в своем журнале наблюдений.

Для полноты картины отметим, что Гарвей не считал, что у сердца только одно предназначение – гонять кровь по сосудам. В духе своего времени, он полагал, что в теле происходят не только физические процессы и определял сердце как «солнце микрокосмоса (организма)», а кровь как духовную субстанцию, «инструмент небес». Однако этот некоторый мистицизм не мешал его исследованиям.

«Придает ли сердце ускорение крови, распределяя ее по телу или добавляет ей что-то еще, например, тепло, дух, совершенство, - это вопрос будущего, который должен решаться на другой почве», - писал Гарвей, а сам сосредотачивался на наблюдениях за работой сердца.

Цитата выше – из работы Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus), опубликованной в 1628 году во Франкфурте. Небольшая по объему, она подвела итог двум десятилетиям его работы и представила экспериментальные доказательства сформулированной автором теории кровообращения. Эксперименты, описанные Гарвеем, довольно просты для воспроизведения, но при этом весьма убедительны и элегантны.

Иллюстрация из работы Гарвея про систему кровообращения

Показав наличие клапанов между левым желудочком и аортой, Гарвей доказывает: кровь по артериям может двигаться только в одном направлении, от сердца. Затем, вводя в вены длинный зонд он убедился, что и по венам кровь двигается только в одном направлении, от органов к сердцу. Что же происходит в самом сердце. Выше говорилось, как Гарвей доказал отсутствие «проток» в перегородке между частями сердца. Вместо этого он заговорил о легочной циркуляции крови. Эта идея высказывалась и ранее. Но ему первым удалось ответить на главный вопрос: если правая часть сердца прокачивает кровь в легкие, откуда потом она, через левую часть сердца, поступает в органы, то что происходит с артериальной кровью, когда она прибывает в пункт своего назначения и откуда постоянно берется венозная кровь. 

«По Галену» все объяснялось довольно просто: оба вида крови образуются из нашей пищи, а расходуются на рост и движения тела. Измерив величину систолического объёма, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через него проходит количество крови равное весу животного. Отсюда следовало, что, вопреки утверждениям Галена о поступлении к сердцу всё новых и новых потоков крови от вырабатывающих её органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу.

Далее он предложил всем сомневающимся самим убедиться в его правоте. Плотно перевяжите верхнюю часть руки, писал Гарвей. Выше повязки, в той части, что направлена к сердцу, артерия надуется, а ниже, по направлению к кисти, набухания не произойдет. В то же время кровь в венах ниже повязки, столкнувшись с препятствием, приведет к их напряжению, а вены выше повязки станут мягкими.

Несмотря на то, что опыты Гарвея было не трудно воспроизвести, а его аргументация была очевидна и логична, он столкнулся с шквальной критикой со стороны сторонников Галена. По его собственному определению оппоненты напоминали ему «злобных собак» и утешало лишь то, что «они не кусались, не могли заразить своими насмешками и не по их зубам были кости и мясо истины».

Но время расставило все по своим местам. Еще при жизни Гарвея его правоту признали такие авторитетные ученые как Декарт и Жан Пеке. Ему удалось сначала получить покровительство и поддержку в изысканиях со стороны короля Карла I, который назначил его своим лейб-медиком в 1631 году. Затем – пережить смутные годы гражданской войны в Англии, когда его царственный покровитель был казнен. И уже при Кромвеле завершить работу по эмбриональному развитию беспозвоночных и позвоночных животных, ставшую мощным стимулом к развитию теоретического и практического акушерства.

Ну а эксперимент с рукой, описанный Гарвеем, легко воспроизвести даже в домашних условиях, в качестве иллюстрации для объяснения подрастающему поколению, как работает наша кровеносная система.

Источник