Микробиологическая теория заболеваний

Теория, необходимость которой давно назрела, родилась у Пастера, чей интерес к микробиологии пришел от проблемы ферментации.

В 1865 г. шелковая индустрия на юге Франции понесла большие потери: некая болезнь убивала шелковичного червя. И вновь пригласили Пастера. При помощи микроскопа он обнаружил, что на черве живет крошечный паразит, заражавший непосредственно листья шелковицы, которыми питались черви. Решение Пастера было, хотя ужасающим для шелководов, но рациональным: уничтожить больные колонии червя. Шелковичная индустрия была спасена.

Пастер предположил, что если одна инфекционная болезнь может быть вызвана микроорганизмами, то это, вполне вероятно, относится и к другим. Заболевание может распространяться через кашель, насморк, поцелуи, испражнения; могут быть заражены вода и пища. В каждом случае микроорганизмы, вызывающие заболевание, переходят от больного организма к здоровому. И сам врач, контактируя с больными, может быть первым разносчиком заболевания.

Последнее заключение сделал венгерский врач Игнас Филипп Цемельвейс (1818 — 1865). Не зная об открытиях Пастера, он отметил, что заболеваемость и смертность среди рожениц в больницах Вены была гораздо выше, чем среди женщин, рожавших дома при помощи неграмотных, как правило, повивальных бабок. Значит, разносчиками заболевания являлись сами врачи. Он настоял на том, чтобы врачи, приближаясь к роженице, дезинфицировали руки. Смертность упала, однако оскорбленные врачи-акушеры «выжили» его из сферы своей деятельности, и смертность рожениц вновь поднялась. Цемельвейс умер побежденным и не увидел торжества своей правоты (примерно в это же время в США врач и поэт Оливер Уэнделл Холмс (1809 — 1894) вел такую же кампанию против грязных рук врачей — и тоже вызвал целый поток оскорблений и выпадов против себя).

Однако наука шла вперед, и условия работы врачей и ученых постепенно менялись. Консервативно настроенные постепенно также сменили позиции. Во время русско-французской войны Пастеру удалось убедить военных врачей в необходимости кипячения инструментов и стерилизации бинтов.

Тем временем в Англии хирург Джозеф Листер (1827-1912) начал реформы в своей области. Он первым ввел анестезию. По его методике пациент дышал смесью воздуха и эфира. Это вызывало столь глубокий сон, что боль не ощущалась. Теперь удаление зубов и выполнение операций, возможно, было без мук. Несколько личностей внесли в эти разработки свой вклад, пожертвовав деньги, но - Львиная доля кредитования пришлась на американского дантиста Уильяма Томаса Грина Нортона (1819—1868), который разработал методику удаления опухоли лицевого нерва в Массачусетском госпитале в октябре 1846 г. После этого анестезию ждал быстрый успех.

Но и тут врачей поджидало разочарование: несмотря на анестезию, а также успешные операции, пациенты могли впоследствии умереть от инфекции. Листер услышал о теории Пастера и пришел к выводу о необходимости стерилизации хирургического инструмента и места операции. Для стерилизации поначалу использовалась карболовая кислота (фенол). Листер ввел в хирургию понятие антисептика.

Постепенно вырабатывались другие, менее раздражающие и более эффективные химические агенты медицинского назначения. Хирурги стали надевать резиновые перчатки и маски на лицо. Наконец-то хирургия стала безопасной для человечества.

Даже если бы теория Пастера послужила только септической безопасности в медицине, она уже стала бы величайшим открытием человечества. Но она сделала для человечества много, много более.

БАКТЕРИОЛОГИЯ

Нельзя постоянно изолировать человека от болезнетворных организмов. Раньше или позже, но болезнь и организм, наконец, встретятся. И что тогда?

У человеческого тела есть свои способы противостояния микроорганизмам, и наш организм обладает особенностью спонтанно выздоравливать. В 1884 г. русско-французский биолог Илья Мечников (1845 — 1916) сообщил о факте и противобактериального противостояния. Он показал, как белые кровяные тельца, выходящие по мере необходимости из сосудов, окружали очаг инфекции. То, что удалось Мечникову наблюдать, выглядело как битва между бактериями и белыми кровяными тельцами, причем последние побеждали не всегда, но если побеждали — наступал благоприятный перелом в болезни.

Однако в случае многих заболеваний имеется и более утонченное антибактериальное оружие: это иммунитет. И ранее уже было известно, что выздоровление после некоторых болезней служит человеку защитой против других болезней — несмотря на то что в организме не видны никакие особенные изменения. Логическое объяснение этому может быть одно: организм сам вырабатывает некоторые молекулы (антитела), которые можно использовать для уничтожения болезнетворных микроорганизмов либо их нейтрализации. Это объясняет эффект вакцинации, когда организм вырабатывает антитела против коровьей оспы и использует их в борьбе против оспы человеческой.

Теперь эта победа могла быть утверждена не только через атаку против болезни, но против микроорганизмов, которые вызывали заболевания. Пастер доказал наличие иммунитета на примере вакцинации скота против сибирской язвы — смертельной болезни, уносившей ежегодно большое поголовье. Пастер выявил возбудителя сибирской язвы. Он достаточно долго нагревал штамм этой бактерии, чтобы убить ее способность заражать. Такие неопасные, уже «мертвые» вакцины просто самим фактом присутствия в организме побудят его вырабатывать антитела, которые могут быть использованы против активных и смертельно опасных бактерий.

В 1881 г. Пастер провел драматический эксперимент. Он инокулировал части поголовья овец «мертвую», неактивную сыворотку язвы, другую же часть поголовья оставил непривитой. Все овцы, которым была сделана вакцинация, выжили, невакцинированные — заболели и погибли.

Такие же результаты были получены Пастером относительно куриной холеры и страшного заболевания бешенства — болезни «бешеных собак».

Теория Пастера и его эксперименты вызвали интенсивный интерес к бактериологии. Немецкий ботаник Фердинанд Юлиус Кон (1828—1898) в юности интересовался микроскопированием растительных клеток. Он, в частности, показал, что протоплазмы растительной и животной клеток идентичны. В 1860-х годах он обратился к бактериям и в 1872 г. опубликовал трехтомные наблюдения над микроорганизмами, которые пытался классифицировать на роды и виды. По этой причине Кона можно считать основоположником науки бактериологии.

Самое важное открытие пришлось на долю немецкого врача Роберта Коха (1843—1910). В 1876 г. Кох выделил бактерию, вызывающую сибирскую язву, и сумел ее культивировать (как и Пастер во Франции). Кох обратил на свои работы внимание Кона, и тот щедро спонсировал его работы.

Кох выращивал бактерию на твердом геле наподобие желатина (для которого позднее стали использовать агар-агар — вещество, выделяемое из водорослей). Это дало эффект: в жидкости бактерии разных видов интенсивно смешиваются, поэтому затруднительно определить, какой именно вид дает заболевание.

Если распределить (размазать) культуру бактерий по твердой поверхности, изолированная культура будет многократно делиться, производя многочисленные новые клетки, которые уже образуют четкие колонии. Хотя культура может быть смесью многих видов бактерий, одна колония будет образовывать чистый штамм. Если именно эта разновидность бактерий в эксперименте даст заболевание, то уже не останется сомнений, что именно она ответственна за него.

Первоначально Кох поместил гель на гладкое стекло, однако его помощник Юлиус Ричард Петри (1852 — 1921) предложил плоскую, круглую в сечении чашку со стеклянной крышкой. С тех пор в бактериологии пользуются этими чашками Петри.

Работая с чистыми штаммами, Кох вывел ряд правил для выявления микроорганизмов, вызывающих конкретное заболевание. Он с помощниками выявил множество возбудителей, и наивысшей точкой в профессиональной деятельности Коха было выделение в 1882 г. возбудителя туберкулеза.

НАСЕКОМЫЕ

Бактерии — не единственные агенты инфекционных заболеваний, вот отчего открытие Пастера именуется еще теорией микроорганизмов.В 1880 г. французский врач Шарль Луи Альфонс Лаверан (1845 — 1922), работая в Алжире, выявил возбудителя малярии. Малярия — распространенное заболевание во всех тропических и субтропических странах, уносящее ежегодно больше жизней, чем любое другое. Открытие было особенно интересно тем, что возбудителем оказалась не бактерия, а простейшее — одноклеточный микроорганизм.

На самом деле заболевание может и не вызываться этим простейшим. В 1860-х годах немецкий зоолог Карл Георг Фридрих Рудольф Лескарт (1822 —1898), исследуя беспозвоночных, выявил целый ряд паразитов, живущих внутри других животных организмов. Это положило начало науке паразитологии. Он выяснил, что все беспозвоночные имеют своих паразитов. Также паразиты инфицируют и человека, а некоторые из них, такие как ленточные глисты, трематолы и прочие, вызывают серьезные заболевания.

Многоклеточные животные, даже не будучи прямыми агентами заболеваний, могут быть их носителями. Малярия была первым заболеванием, в котором стал рассматриваться этот аспект. Английский врач Роналд Росс (1857 — 1932) исследовал свои предположения, что москиты распространяют малярию от больного человека к здоровому. Он собрал москитов и после тщательных исследований в 1897 г. выявил малярийного паразита в организме комара — анофелес,

В цепи заболевания комар до сих нор представлял слабое звено, поэтому результат исследования был исключительно важен. Можно легко показать, что малярия не распространяется при прямом контакте (паразит Должен пройти через паразитическую жизненную стадию в теле москита, прежде чем проникнет в кровь человека). Так почему же не исключить носителя заболевания — москита? Почему не спать, например, под противомоскитной сеткой? Почему не осушать болота, в которых размножается комар? Там, где применялись такие методы, малярия была побеждена.

Еще одно смертельно опасное заболевание, которое в XVIII —XIX вв. периодически вызывало эпидемии на Восточном побережье США, — желтая лихорадка. Во время испано-американской войны на Кубе от этой болезни погибло солдат больше, чем от испанских ружей. В 1899 г., по окончании войны, американский военный хирург Уолтер Рид (1851 — 1902) был послан на Кубу, чтобы исследовать способы борьбы с заболеванием. Он также обнаружил, что желтая лихорадка не распространяется при прямом контакте, и, опираясь на работы Росса, заподозрил в качестве возбудителя москита — на сей раз иного вида. Врачи, работавшие с Ридом, также заболели желтой лихорадкой, поскольку сами подставляли себя под укус москитов. Один из молодых врачей, Джесс Уильям Лазар (1866— 1900), заболев, умер и тем самым доказал источник заболевания.

Другой американский хирург, Уильям Крауфорд Джоргас (1854—1920), использовал разные способы борьбы с москитами в Гаване, а затем в Панаме. США пытались построить там канал, хотя Франция отказалась от этой идеи, потерпев поражение. Трудности оказались слишком велики, но на самом деле именно высокая смертность строителей стала первопричиной отказа. Джоргас взял численность москитов под контроль, и в 1914 г. канал был, наконец, открыт.

Не только комары различных видов играли роль злодеев, В 1902 г. французский врач Шарль-Жап-Анри Николь (1866—1936) был назначен директором Пастеровского института в Тунисе. Он имел возможность изучать смертельно опасное заболевание — тиф.

Николь заметил, что вне госпитальных условий болезнь была очень контагиозна, а внутри госпиталя — крайне опасна. Пациентов госпиталя проводили через строжайшую дезинфекцию, поэтому Николь предположил, что инфекционный агент должен иметь какое-то отношение к одежде пациентов и может быть смыт с тела водой.

Подозрение пало на человеческую вошь. Экспериментируя на животных, Николь доказал, что болезнь передается через укус вшей.

Аналогично в 1906 г. американский патолог Хауард Тейлор Риккетс (1871 — 1910) доказал, что лихорадка Скалистых гор передается через укус овечьего клеща.

ПИЩЕВОЙ ФАКТОР

Микробиологическая теория доминировала в сознании большинства врачей в последнюю треть XIX в., однако имелись и противники ^ее. Наиболее именитым был немецкий патолог Вирхов. Он предпочитал думать, что болезнь вызывает некий болезнетворный агент, находящийся внутри, а не вне организма, Вирхов был также человеком с значительной социальной активностью и принимал участие в Национальном институте юриспруденции и городском управлении Берлина. Он выдвинул несколько предложений об улучшении водоснабжения города и системы канализации. Вирхов может по праву считаться одним из основателей социальной гигиены (основ предотвращения заболеваний в социумах).

Подобные усовершенствования мешали массовому распространению болезней.

Мысль Гиппократа о важности личной гигиены и чистоты в целом вновь возобладала в обществе. Еще более удивительно, что вспомнилась и вторая идея Гиппократа: о необходимости, сбалансированной и разнообразной пищи для предотвращения заболеваний.

В период Великих географических открытий при длительных путешествиях не соблюдалось ни одно из этих правил, тем более что холодильники в ту пору были неизвестны человечеству. Века напролет свирепствовала цинга. Шотландский врач Джеймс Линд (1714 — 1794) отметил тот факт, что цинга возникает на фоне однообразной пищи и не только при морских путешествиях, но и в осажденных городах и тюрьмах.

В 1747 г. Линд экспериментально подтвердил, что соки цитрусовых культур благотворно влияли на состояние больных цингой, и те удивительно быстро выздоравливали. Капитан Джеймс Кук, великий английский первооткрыватель, поил своих моряков соком цитрусовых в морских путешествиях, в результате чего от цинги у него умер всего один моряк. В 1795 г., после неудачной войны с Францией, командование английского флота приняло решение о введении сока цитрусов в рацион моряков, и цинга покинула английские корабли.

В XIX в. основные открытия в питании касались значения протеина и факта, что некоторые протеины полные — в то время как другие, например желатин, неполные — и могут в одиночку поддерживать жизнь.

Однако объяснение этому пришло лишь с более подробным изучением молекулы протеинов. В 1820 г. сложную молекулу желатина удалось расщепить обработкой кислотой и изолировать простую молекулу так называемого глицина. Глицин относился к аминокислотам.

Поначалу предполагали, что глицин — блок, из которых состоит протеин, подобно тому, как простой сахар — глюкоза — строительный материал для сложной молекулы крахмала. Но в XIX в. эта теория уже стала неадекватной. Из разных протеинов удалось выделить другие простые молекулы. Все они были из класса аминокислот, однако разнились в деталях. Протеиновые молекулы оказались составленными из разных аминокислот.

К 1900 г. было уже известно около дюжины разных аминокислот.

Некоторые аминокислоты, оказывается, насущно необходимы для жизни.

Первым это показал английский биохимик Фредерик Гоуленд Хонкинс (1861 — 1947). В 1900 г. он открыл новую аминокислоту, триптофан, и разработал химический тест на ее присутствие. Зеин, протеин, содержащийся в кукурузе, был неполным протеином, поскольку в одиночку не мог поддерживать жизнь. Если к зеину добавить некоторое количество триптофана, жизнь подопытных худо-бедно поддерживалась.

Подобные эксперименты проводили и в первые десятилетия XX в., в результате выявили, какие аминокислоты воспроизводятся материнским организмом и тот факт, что некоторые из них синтезировать невозможно. Именно отсутствие одной или более жизненно важных аминокислот делало протеины неполными, приводило к заболеваниям и смертности.

Таким образом, в число медицинских понятий вошел фактор питания, однако вопрос аминокислот, сколь бы важным он ни был для диеты, не стал существенным для медицины.

Тайну, оказалось, разрешить легче, чем представлялось ранее. После выработки концепции существенных аминокислот были открыты другие вещества, необходимые лишь в следовых (малых) количествах.

ВИТАМИНЫ

Голландский врач Христиан Эйкман (1858 — 1930) в 1886 г. был командирован на Яву для изучения болезни бери-бери (авитаминоза). Были причины предположить, что болезнь могла явиться результатом несбалансированной диеты. Японские моряки неимоверно страдали от этой странной болезни. В 1880-х годах, когда по приказу японского адмирала к рациону, составлявшему ранее рыбу и рис, были добавлены молоко и мясо, болезнь почти отступила.

Эйкман, будучи поклонником микробиологической теории, полагал, что возбудитель болезни — бактерия. Он привез с собой на Яву выводок цыплят и вознамерился выявить возбудителя в их организмах. Сделать это ему не удалось, но в 1896 г. подопытные цыплята начали погибать от заболевания, по симптомам очень похожего на бери-бери. Эйкман вновь не сумел выявить причин: болезнь исчезла.

Восстанавливая историю своих подопытных, Эйкман выяснил, что некоторое время их кормили только рисом из госпитальных запасов и именно в это время они заболели. Откормив оставшихся в живых коммерческим кормом, специально разработанным для цыплят, их спасли. Вскоре Эйкман убедился, что болезнь как возникает, так к излечивается при смене рациона.

Поначалу он не оценил по достоинству важность своих наблюдений. Он предполагал наличие в рисе какого-либо токсина. Его дело продолжили Хопкинс и биохимик-поляк Казимир Фанк. Каждый независимо друг от друга предположил, что не только бери-бери, но и такие болезни, как цинга, пеллагрй, рахит, бывают вызваны дефицитом каких-то веществ в следовых количествах в рационе.

Под впечатлением того, что почти все пищевые продукты принадлежат к классу веществ, известных под названием амины, Фанк в 1912 г. предложил назвать эти вещества витаминами («вита» — жизнь).

Витаминная гипотеза Хопкинса — Фанка появилась вовремя: уже в первой трети XX в. удалось победить некоторые заболевания, просто установив разумный рацион, или диету. Австрийско-американский врач Джозеф Голдбергер (1874 — 1929) показал в 1915 г., что эндемическая болезнь пеллагра, характерная для американского Юга, вовсе не бактериального происхождения. Она была преодолена добавлением молока в рацион больных.

Поначалу о витаминах не было известно ничего, помимо их способности преодолевать и излечивать болезни. Американский биохимик Элмер Верной Макколлам в 1913 г. предложил именовать витамины первыми буквами латинского алфавита. Теперь науке известны витамины А, В, С, D, Е, К. Впоследствии выяснилось, что витамин В способен корректировать несколько разных симптомов, поэтому выделили витамины В₁, В₂ и т. д.

Именно дефицит В₁ вызывал болезнь бери-бери, а дефицит В₆ — пеллагру. Дефицит витамина С ведет к цинге, а витамина D — к рахиту. Недостаток витамина А становится причиной ухудшения зрения и вызывает ночную слепоту. По мере накопления знаний о витаминах такие заболевания перестали быть серьезной проблемой человечества.