Медицина

    Изучение гемоглобина больных позволило установить, что большая часть анемий, распространенных в Центральной и Западной Африке, странах Средиземноморья и некоторых других районах, обусловлена изменением свойств гемоглобина в связи с заменой какой-либо аминокислоты в его молекуле на другую аминокислоту. Всего выявлено около 100 таких мутантных гемоглобинов.

    В 1956 г. впервые удалось определить истинное диплоидное число хромосом у человека (46). В 1959 г. впервые было показано, что причина одной из врожденных аномалий человека — болезни Дауна — появление в кариотипе одной лишней хромосомы. В дальнейшем выяснилось, что ряд других заболеваний и расстройств не известной этиологии связан с аномалиями структуры генов, хромосомными аберрациями или количественными изменениями в кариотипе. Успехи генетики помогли понять взаимодействие факторов наследственности и окружающей среды, установить, что условия окружающей среды могут способствовать развитию или подавлению наследственного предрасположения. Были разработаны методы экспресс-диагностики, предупреждения и лечения ряда наследственных заболеваний, организованы медико-генетические консультации.

    Широкое использование достижений молекулярной биологии и генетики в целях диагностики, раскрытия патогенеза, лечения и предупреждения болезней человека привело к формированию таких важных разделов медицинской науки, как генетика человека, медицинская генетика, иммуногенетика, фармакогенетика и др. Молекулярная биология и генетика связаны почти со всеми разделами современной М.; их идеи и методы используются не только для изучения наследственных болезней, но и для исследований в области общей патологии, благодаря чему уточняются значение наследственности, роль наследственной предрасположенности при возникновении и развитии различных заболеваний и патологических состояний. Биохимическое и молекулярно-генетическое понимание сущности наследственных болезней привело к разработке ранних и точных методов их диагностики. Для многих форм наследственных заболеваний стала возможна пре- и антенатальная диагностика на уровне первичного дефекта или на начальных этапах нарушения обмена веществ.

    Наибольшие успехи в лечении наследственных болезней достигнуты на основе знания механизмов их патогенеза. Существует несколько методов патогенетического лечения. Первый метод — ограничение поступления с пищей вещества, обмен которого в результате наследственной недостаточности фермента приводит к аномальному накоплению токсических для организма продуктов. Второй метод — добавление к рациону вещества, которого в результате наследственной аномалии требуется больше, чем в норме. Третий метод — возмещение несинтезируемых в организме в результате генетической аномалии веществ (например, антигемофильного глобулина при гемофилии, некоторых гормонов при наследственных эндокринных заболеваниях и т.д.). Четвертый метод — удаление токсических продуктов обмена из организма, выведение которых нарушено в результате наследственного генетического блока (например, избыточного количества железа при первичном гемохроматозе, меди — при гепатоцеребральной дистрофии и т.д.). Пятый метод — исключение из употребления некоторых лекарств, например барбитуратов при порфирии.

    Более радикальные подходы к восстановлению наследственных нарушений, чем симптоматические и патогенетические, предполагают введение в организм нормального гена вместо мутантного. Это молекулярно-генетическое направление получило название генной инженерии. Исследования в этой области интенсивно проводятся на микроорганизмах, клетках растений, животных и человеке. Доказано, что введенные гены могут нормально функционировать в клетке реципиента.

    Революция в естествознании изменила и облик морфологии, которая в 20 в. постепенно превратилась из описательной науки в общебиологическую и экспериментальную, изучающую не только строение организма, органов и тканей человека (животных), но и морфологические основы их взаимодействия. Совершенствование микроскопической техники и развитие новых методов морфологических исследований дали возможность анатомам и патологоанатомам изучать органы и системы вплоть до микроскопического уровня, что способствовало интеграции нормальной и патологической анатомии с гистологией и цитологией.

    Широкие перспективы для развития морфологи открыла разработка метода культуры тканей, давшего возможность изучать метаболизм живых клеток многоклеточного организма, функции различных клеток, их реакции на гормоны и лекарственные вещества, межклеточные взаимодействия и др. Замедленная микрокиносъемка культур живых тканей позволила документально регистрировать процессы жизнедеятельности в динамике.

    Начиная с середины 20 в. благодаря применению электронного микроскопа исследования морфологов сосредоточились на ультрамикроскопической структуре клетки и других тканевых элементов. Были получены принципиально новые данные по структуре волокон миокарда, скелетных мышц, синапсов и т.д. С помощью электронной микроскопии было показано особое значение мембранных структур в построении различных компонентов клетки. Установлено, что проникновение веществ в клетку и в клеточные органоиды осуществляется с помощью особых транспортных систем, обеспечивающих проницаемость биологических мембран. Прогрессу в изучении клетки в прижизненном состоянии способствовала разработка техники операций на клетках. В 1901 г. одновременно С. Схаутеном в Голландии, М. Мак-Клендоном и М. Барбером в США был сконструирован микроманипулятор, позволявший извлекать из клетки отдельные ее органоиды. В 1912 г. С.С. Чахотиным был создан микроманипулятор, позволяющий измерять электрические потенциалы с помощью микроэлектродов, вводить в клетку разнообразные вещества, бактерии, ядра и другие компоненты сходных или чужеродных клеток. Развитие этой техники привело к формированию микрургии, ставшей основным методом изучения клетки в прижизненном состоянии.

    Под влиянием открытия рентгеновских лучей в специальную область научных знаний выделилась рентгеноанатомия, дающая возможность изучать форму и строение живого человеческого тела. Рентгеновские лучи в анатомии впервые (1896) применил русский анатом В.Н. Тонков. Данные рентгеноанатомии стали одной из основ функциональной, динамической нормальной и патологической анатомии.

    Одним из крупных представителей патологической анатомии был Л. Ашофф, сочетавший исследования патологических изменений организма человека с экспериментальными данными, получаемыми в опытах на животных. Им изучено строение тромбов и роль гемодинамики в тромбообразовании, разработано учение о собственной проводящей системе сердца. Л. Ашофф с сотрудниками изучил изменения миокарда при ревматизме, описал специфические ревматические гранулемы. Независимо от Л. Ашоффа ревматическая гранулема была описана советским патологом В.Т. Талалаевым (гранулема Ашоффа — Талалаева). Важные морфологические исследования внутрисердечной нервной системы были выполнены отечественными морфологами И.М. Догелем(1895), С.Е. Михайловым (1907) и В.П. Воробьевым (1917). В результате исследований в области цитопатологии (раздел цитологии, изучающий патологические процессы на клеточном уровне), а также патологии самой клетки и ее органоидов, были получены данные об изменении клеток вследствие их старения и воздействия на них неблагоприятных факторов окружающей среды — физических, химических, биологических. Цитопатологические исследования получили особенно значительное развитие в радиобиологии, где всестороннее изучение реакции клетки на воздействие лучистой энергии возможно не только на клеточном или субклеточном, но и на молекулярном уровне.

    В конце 19 — начале 20 в. получила развитие теория динамических систем, возникшая на основе теории дифференциальных уравнений. Одним из фундаментальных положений этой теории явилось понятие «обратная связь» и формулирование принципа управления по отклонению фактического состояния управляемого объекта от заданного. В физиологии и медицине значение обратной связи для управления функциями организма животных и человека впервые в мире было исследовано и описано в трудах русских физиологов Н.А. Белова (1911), А Ф. Самойлова (1930), Н.А. Бернштейна (1934), П.К. Анохина (1935) и др. Развитие теории информации и статистических методов исследования управляющих систем позволило установить наличие и большое значение обратной связи в биологических и технических системах, а также информационный характер процессов регулирования и управления в биологии. Совместными усилиями представителей таких на первый взгляд далеких друг от друга отраслей знания, как физиология и математика, автоматика и психология, в середине 20 в. была создана кибернетика. В становлении кибернетики как науки большую роль сыграли научно-технические достижения в области нейрофизиологии и особенно физиологии в.н.д., создание первых автоматических регуляторов, развитие теории и практики дискретных преобразователей информации. Решающее значение для становления кибернетики имело создание в 40-х гг. электронно-вычислительных машин. В 1948 г. американский математик Н. Винер (1894—1964) опубликовал книгу «Кибернетика», в которой на основе обобщения исследований своих предшественников сформулировал предмет, объект и основные понятия новой науки.

    Роль и значение кибернетики для современной научно-технической революции настолько велики, что саму революцию нередко называют кибернетической. Кибернетика открыла для изучения области процессов, происходящих в системах управления различной природы, особенно процессов хранения, переработки, передачи и восприятия информации (информационные процессы), вызвала существенные сдвиги в методах научного исследования и способствовала проникновению в познание приемов моделирования, формализации, алгоритмизации и связанных с ними понятий. Она способствовала выяснению основных характеристик регуляторных биологических систем, раскрытию конкретных структурных основ реализации обратных связей и обеспечению надежности передачи информации. Биокибернетический подход оказался плодотворным для исследования процессов, протекающих на всех уровнях организации: с его помощью успешно изучают процессы жизнедеятельности клеток, морфогенез, работу мозга и органов чувств, регуляцию функциональных процессов и т.д. Универсальное значение для биологии и медицины приобрел метод математического моделирования жизненных процессов и экспериментальной физической проверки предположений и механизмах физиологических реакций. Применение математических методов М. связано с использованием ЭВМ, позволяющих благодаря быстроте совершаемых ими операций не только анализировать результаты эксперимента, но и изменять его направление согласно заданной программе. Явления обратной связи в регуляции дыхания, уровня сахара в крови, любого безусловного или условного рефлекса и многих других процессов в животном организме легли в основу кибернетических расчетов, схем и конструкций. Особое значение приобрела проблема программирования дифференциальных признаков болезней и привлечения счетно-решающих машин для постановки диагноза. Использование принципов кибернетики в М. привело к созданию ряда сложных автоматических систем, предназначенных для быстрой переработки большой по объему информации и для практических медицинских целей. Созданы диагностические машины, автоматические системы для регулирования наркоза, дыхания и высоты АД во время операций, автоматические стимуляторы сердечной деятельности, активные управляемые протезы и др.

    На рубеже 19—20 вв. начался переход физиологической науки от аналитического понимания жизненных процессов к синтетическому. Основополагающую роль в осуществлении этого перехода сыграли материалистические идеи русских физиологов И.М. Сеченова и И.П. Павлова о единстве организма и среды, а также разработанные ими и их учениками новые методы исследования закономерностей взаимодействия целостного живого организма с окружающей средой. Особенно большое влияние на дальнейшее развитие экспериментальной медицины оказал разработанный И.П. Павловым хирургический метод хронического эксперимента с широким применением фистул и анастомозов, позволивший осуществлять в относительно нормальных условиях постоянное наблюдение над физиологическими процессами. Использование метода хронического эксперимента привело И.П. Павлова к открытию нового типа рефлекторных связей — условного рефлекса и к внедрению объективного естественнонаучного метода условных рефлексов в изучение в.н.д. животных и человека. Результаты исследований оказали существенное влияние на развитие экспериментально-физиологического направления медицины 20 в.

    Одновременно с созданием И.П. Павловым учения об условных рефлексах английский физиолог Ч. Шеррингтон (1857—1952) провел фундаментальные исследования основных физиологических процессов, происходящих в спинном мозге и стволе мозга. Он показал, что спинномозговые рефлексы являются интегративными реакциями и характеризуются взаимодействием множества нервных элементов и перестройкой внутрицентральных взаимоотношений. Ч. Шерринпон внес большой вклад в разработку учения о координации функций ц.н.с. Им и его сотрудниками были изучены особенности проведения возбуждения в рефлекторной дуге, показано значение торможения в рефлекторной деятельности мозга, установлено существование взаимоусиливающих и взаимоослабляющих рефлексов, дана классификация рецепторов на проприо-, экстеро- и интерорецепторы, сформулированы общие принципы функционирования ц.н.с. — принцип реципрокной (сопряженной) иннервации мышц-антагонистов и принцип общего конечного пути.

    Швейцарский физиолог В. Хесс разработал (1924) метод вживленных электродов, позволяющий изучать функции подкорковых структур мозга; выдвинул представление о наличии функциональных центров нервной регуляции и предложил оригинальную теорию сна, согласно которой в гипоталамусе расположен центр сна. Эти его исследования в 1949 г. были удостоены Нобелевской премии.

    Фундаментальным открытием явилось выяснение в 40-х гг. американским ученым X. Мегуном, итальянским физиологом Дж. Моруцци и др. значения неспецифических активирующих влияний ретикулярной формации ствола мозга в регуляции возбудимости и тонуса всех отделов ц.н.с. В связи с этими и последующими исследованиями П.К. Анохина и его учеников значительно изменились представления о характере распространения возбуждений по ц.н.с., более четким и глубоким стало понимание механизмов корково-подкорковых взаимоотношений, сна и бодрствования, наркоза, эмоций и мотиваций.

    Английские физиологи У. Гаскелл и Дж. Ленгли в конце 19 — начале 20 в. заложили основы современных представлений о функциях вегетативной нервной системы. Австрийский фармаколог О. Леви открыл в 1921 г. участие ацетилхолина в передаче возбуждения блуждающего нерва на сердце и заложил тем самым основы учения о медиаторах, т.е. химическом механизме передачи нервного импульса в синапсах. Английский физиолог Г. Дейл ввел классификацию нервных волокон по химическому признаку: адренергические, холинергические и др. В 1934 г. он установил, что ацетил-холин является медиатором, передающим импульсы к скелетной мускулатуре.

    Раскрытие механизмов передачи возбуждения с нерва на мышечное волокно имело не только большое теоретическое, но и практическое значение, поскольку легло в основу применения фармакологических веществ, названных миорелаксантами. Учение о медиаторах оказало существенное влияние на физиологию, фармакологию и токсикологию, раскрыв механизмы действия некоторых лекарственных препаратов и ядов, в невропатологии оно помогло выяснить патогенез ряда заболеваний нервно-мышечной системы. Выяснение механизмов синаптической передачи нервною импульса позволило создать большую группу лекарственных препаратов медиаторного и антимедиаторного действия, которые были внедрены в клиническую практику.

    Большое влияние на М. оказало развитие физиологии кровообращения, дыхания, пищеварения и выделения. В 1893 г. немецкий эмбриолог и анатом В. Гис (1863—1934) описал носящий теперь его имя пучок мышечных волокон, идущий от предсердия к желудочку. Затем был обнаружен атриовентрикулярный узел, от которого начинается этот пучок, а также синоатриальный узел, являющийся главным генератором импульсов (водителем ритма сердца, или пейсмекером), вызывающих сокращение миокарда. Многочисленными исследованиями было показано, что в случае нарушения функции синоатриального узла водителем ритма становится атриовентрикулярный узел. Если же и ею функция нарушена или прервано проведение возбуждения от этого узла к желудочкам, то водителями ритма становятся клетки Пуркинье, рассеянные в миокарде.

    В 1923—1924 гг. немецкий физиолог Г. Геринг, а затем бельгийский физиолог и фармаколог К. Гейманс изучали значение механо- и хеморецепторов синокаротидной и аортальной рефлексогенных зон и регуляции сердечной деятельности и тонуса сосудов.

    Работы датского физиолога А. Крога в 20-х гг. заложили основы современных представлений о функциях капилляров. В эти же годы Дж. Баркрофт привел экспериментальное доказательство тому, что селезенка — депо крови, регулирующее количество ее в организме. В 1928 г. К. Гейманс доказал, что рефлекторными раздражителями дыхательного центра являются увеличение напряжения углекислоты и уменьшение напряжения кислорода.

    Еще в конце 19 в. И.П. Павлов и его сотрудники заложили основы современной физиологии пищеварения и установили закономерности нервной регуляции деятельности желудочно-кишечного тракта. В 1906 г. Дж. Эдкинс установил, что введение животному экстрактов из слизистой оболочки пилорической части желудка вызывает секрецию желудочных желез. Специфический химический возбудитель, образующийся в желудке и возбуждающий секрецию желудочных желез, он назвал гастрином. В конце 20-х и в 30-х гг. было открыто еще несколько гормонов, образующихся в пищеварительном тракте.

    Изучение гормонов и механизмов гормональной регуляции в норме и при патологии привело к формированию эндокринологии. В 1901 г. японский ученый Л. Такамине, а в 1905 г. американский ученый Т. Олдрич впервые получили в очищенной кристаллической форме препарат мозгового вещества надпочечника и назвали его адреналином. В 1902 г. биологи У. Бейлисс и Э. Старлинг предложили термин «гормон», ставший общепринятым для обозначения веществ, выделяемых в кровь эндокринными железами. В 1910 г. отечественный ученый М.Н. Чебоксаров впервые показал влияние нервного раздражения на секрецию адреналина, доказав т.о. единство нервной и гуморальной регуляции. В 1912 г. А. Франк установил наличие в задней доле гипофиза антидиуретического гормона, позже названного вазопрессином. В 1921 г. Г. Эванс и К. Лонг открыли в передней доле гипофиза гормон роста, избыток продукции которого вызывает акромегалию и гигантизм. В 1927 г. И. Рогов и С. Стюарт выделили активный гормон из надпочечников, который вскоре был применен для лечения аддиссоновой болезни. Новая эра в эндокринологии и гинекологии началась с открытия женских половых гормонов. В 1927 г. немецкий ученый Б. Цондек и З. Ашгейм выделили из мочи беременных женщин гонадотропный гормон передней доли гипофиза. В том же году ими была предложена эффективная биологическая реакция для определения ранних сроков беременности, основанная на том, что в моче беременных имеется хорионический гонадотропин. В 1929 г. американский физиолог и биохимик Э. Дойзи совместно с Э. Алленом выделил активный препарат фолликулярного гормона, в 1929 г. получил в кристаллическом виде эстрон, в 1935 г. — эстрол и эстрадиол, в 1939 г. — в чистом виде витамины К₁, и К₂, определил их химическую структуру и синтезировал витамин К₁. За эти работы он и X. Дам, открывший витамин К₁ (филлохолин), удостоены Нобелевской премии. В 1901 г. русский ученый Л.В. Соболев на основании экспериментальных исследований пришел к выводу, что островки Лангерганса поджелудочной железы являются органом внутренней секреции, в котором происходит выработка противодиабетического вещества, названного позже инсулином. Это открытие, а также разработка методов получения инсулина в чистом виде послужило основой становления медикаментозного лечения диабета.