В первой части статьи мы рассказали краткую историю изучения кровеносной системы человека, начиная с древних времен и до открытий в XVII веке. В нем описываются ранние представления о кровообращении времен древнеримского врача Клавдия Галена, исследования Леонардо да Винчи в области анатомии и физиологии сердца, а также революционные открытия Уильяма Гарвея, который экспериментально доказал существование замкнутой системы кровообращения с сердцем в качестве центрального насоса.
Теперь мы расскажем о следующем этапе развития ангиологии, а именно о том, как ученые перешли от изучения базового строения системы кровообращения к пониманию ее функционирования и созданию первых медицинских приборов, отслеживающих основные физиологические показатели организма.
В 1611 году итальянский врач и биолог Марчелло Мальпиги (1628 - 1694) совершил революционное открытие капилляров. Это достижение стало ключевым в подтверждении теории кровообращения Уильяма Гарвея.
Мальпиги использовал усовершенствованный микроскоп с увеличением примерно в 180 раз. Он исследовал строение дыхательной системы лягушки, наблюдая за тонкими кровеносными сосудами в легочной ткани. Мальпиги обнаружил мельчайшие трубчатые структуры, соединяющие артерии и вены. Эти структуры, названные впоследствии капиллярами, заполнили критический пробел в понимании системы кровообращения. До того момента оставалось неясным, как именно кровь переходит из артерий в вены,. Открытие Мальпиги предоставило недостающее звено, подтверждающее циркуляцию крови по замкнутому кругу.
В XVIII веке исследования кровообращения продолжились, углубляя понимание физиологических процессов. Швейцарский физиолог Альбрехт фон Галлер (1708 -1777) сыграл ключевую роль в этом прогрессе, внеся значительный вклад в изучение механизмов сердечной деятельности.
Галлер провел серию тщательных экспериментов, исследуя функционирование сердца in vivo и in vitro. Он первым описал явление автоматизма сердца – способность сердечной мышцы сокращаться независимо от внешних нервных импульсов. Это открытие было революционным, так как оно объясняло, почему сердце продолжает биться даже при отсутствии иннервации (соединении сердца с центральной нервной системой).
Кроме того, Галлер выявил и описал роль нервной системы в регуляции сердечной деятельности. Он установил, что сердце обладает автоматизмом, однако его ритм и сила сокращений могут модулироваться нервными импульсами. Галлер также внес вклад в изучение структуры сердечной мышцы, описав ее волокнистое строение. Он предположил, что именно эта особенность строения обеспечивает эффективное сокращение сердца.
Работы Галлера были систематизированы в его фундаментальном труде "Elementa Physiologiae Corporis Humani" (Основы физиологии человеческого тела), опубликованном в восьми томах между 1757 и 1766 годами.
В конце XVIII века два выдающихся ученых - английский химик Джозеф Пристли (1733 - 1804) и французский химик Антуан Лавуазье (1743 - 1794) совершили ряд революционных открытий, которые впервые пролили свет на тайну функциональной роли кровообращения.
В 1772 году Пристли провёл простой, но как впоследствии стало ясно, важный для всей науки эксперимент. Он поместил мышь под стеклянный колпак и наблюдал за ее самочувствием. Спустя некоторое время она постепенно начинала задыхаться. Затем, ученый добавил под колпак растение (мяту) и с удивлением обнаружил, что мышь смогла дышать намного дольше.
Этот опыт привел к двум революционным открытиям. Во-первых, Пристли открыл кислород, который он назвал “дефлогистированным воздухом”. Он обнаружил, что этот газ поддерживает горение и дыхание лучше, чем обычный воздух. А во-вторых, Пристли заметил, что растения способны восстанавливать воздух, который был испорчен горением или дыханием животных. Сам того не ожидая, Пристли открыл фотосинтез.
Лавуазье, опираясь на открытие Пристли, провел серию экспериментов и пришел к выводу, что дыхание представляет собой процесс, аналогичный горению. Он создал специальный аппарат для анализа выдыхаемого воздуха и обнаружил, что при дыхании организм потребляет кислород и выделяет углекислый газ. Лавуазье даже измерил соотношение между поглощенным кислородом и выделенным углекислым газом, заложив основы количественного анализа дыхания.
Например, оказалось, что после вдоха организм человека выдыхает обратно основную часть кислорода. При содержании кислорода в атмосфере на уровне 21%, после выдоха в атмосферу возвращается газовая смесь с уровнем кислорода в 16%. То есть, организм потребляет всего 5% содержащегося в атмосфере кислорода за вдох, при этом возвращает на 4% больше углекислого газа на выдохе.
В другой серии экспериментов Лавуазье изучал взаимодействие крови с различными газами. Он нагревал кровь в присутствии кислорода и углекислого газа, наблюдая за изменениями ее цвета. Лавуазье заметил, что кровь светлела при контакте с кислородом и темнела при взаимодействии с углекислым газом. Он предположил, что яркая алая кровь в артериях богата кислородом, в то время как темная венозная кровь содержит больше углекислого газа. Это открытие стало ключевым для понимания процесса газообмена в легких и тканях организма.
Казалось, тайна кровообращения раскрыта, но вместе с новыми знаниями пришло и понимание важности этих открытий для развития медицины. Врачи поняли значимость обеспечения достаточного поступления кислорода в организм при различных заболеваниях и травмах, а также значение циркуляции крови для поддержания жизнедеятельности. Проблемой стало то, что врачам приходилось делать наблюдения за пациентами “на глазок”.
Отсутствие точных методов измерения параметров кровообращения значительно ограничивало возможности диагностики и лечения. Врачи могли оценивать состояние кровообращения лишь по косвенным признакам, таким как цвет кожи, температура тела, частота пульса, которые не всегда давали полную и точную картину. Это приводило к ошибкам в диагностике и неэффективности лечения.
Необходимость в точных инструментах для измерения параметров кровообращения стала очевидной. Медицинское сообщество осознало потребность в разработке приборов, которые могли бы объективно и количественно оценивать состояние сердечно-сосудистой системы. Это понимание стало стимулом для развития медицинской техники и инструментария.
Первым шагом в этом направлении стало изобретение стетоскопа французским врачом Рене Лаэннеком (1781 - 1826) в 1816 году. Этот простой прибор позволил врачам более точно прослушивать сердечные тоны и шумы в легких, что значительно улучшило диагностику сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. Однако для полного понимания функционирования системы кровообращения требовались более сложные и точные инструменты.
В 1847 году немецкий физиолог Карл Фридрих Вильгельм Людвиг (1816 - 1895) изобрел кимограф - прибор для графической регистрации кровяного давления.
Кимограф состоял из вращающегося барабана, покрытого закопченной бумагой, и системы рычагов, соединенных с измерительным устройством. При измерении кровяного давления кимограф подключался к артерии животного через трубку, заполненную жидкостью. Колебания давления передавались на поплавок, соединенный с пишущим устройством, которое оставляло след на вращающемся барабане.
Еще через 13 лет, в 1860 году, французский физиолог и изобретатель Этьен-Жюль Маре (1830 - 1904) разработал сфигмограф - прибор для регистрации пульсовых колебаний артерий.
Сфигмограф Маре состоял из чувствительного рычага, который прикладывался к поверхности кожи над артерией, обычно лучевой. Пульсовые волны передавались через рычаг на записывающее устройство, которое оставляло след на движущейся бумажной ленте или закопченном стекле.
Этот прибор позволил получить графическое изображение пульсовой волны - сфигмограмму, что дало возможность более детально изучать характеристики пульса, такие как частота, ритмичность, форма волны.
В 1896 году итальянский врач Сципионе Рива-Роччи (1863 - 1937) разработал первый практичный сфигмоманометр для неинвазивного измерения артериального давления. Устройство состояло из надувной манжеты, соединенной с ртутным манометром и резиновой грушей для нагнетания воздуха. Метод Рива-Роччи позволял измерять верхнее давление крови. Врач надевал на руку пациента специальную повязку и накачивал в нее воздух. При этом он пальцами нащупывал пульс на запястье. Когда давление в повязке становилось достаточно высоким, пульс пропадал. Момент исчезновения пульса показывал, каково верхнее давление крови у пациента.
В 1905 году русский врач Николай Коротков улучшил способ измерения давления. Он предложил не просто нащупывать пульс, а слушать артерию с помощью стетоскопа. Когда врач постепенно выпускал воздух из манжеты на руке, в стетоскопе можно было услышать особые звуки - “тоны Короткова”.
Первое появление этих звуков показывало верхнее (систолическое) давление, а их исчезновение - нижнее (диастолическое) давление. Это позволило врачам измерять оба показателя давления, а не только верхнее, как раньше. Метод Короткова оказался настолько удобным и точным, что его до сих пор используют врачи по всему миру для измерения артериального давления.
Следующим важным шагом стало изобретение в 1903 году первого практически применимого электрокардиографа. Его создал нидерландский физиолог и врач Виллем Эйнтховен (1860 - 1927), за что в 1924 году был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Эйнтховен использовал струнный гальванометр, чрезвычайно чувствительный прибор, способный регистрировать слабые электрические токи, генерируемые сердцем. Прибор состоял из тонкой кварцевой нити, натянутой между полюсами сильного электромагнита. Электрические импульсы сердца вызывали колебания нити, которые проецировались на движущуюся фотопленку.
Эйнтховен разработал стандартизированные позиции размещения электродов на теле пациента для регистрации электрической активности сердца, которая до сих пор используется в электрокардиографии. Например, так называемый треугольник Эйнтховена, когда электроды размещают на правой руке, левой руке и левой ноге. Он также ввел обозначения зубцов ЭКГ буквами P, Q, R, S, T, которые применяются и сегодня.
В 1905 году Эйнтховен осуществил первую дистанционную передачу ЭКГ по телефонной линии на расстояние 1,5 км, заложив основы телемедицины в кардиологии. Значение изобретения Эйнтховена произвело революцию в кардиологии, предоставив врачам неинвазивный метод исследования электрической активности сердца.
XX век ознаменовал новую эру открытий в области ангиологии. В заключительном материале мы расскажем о том, как учёные раскрыли биохимические и биофизиологические тайны крови, и как эти открытия революционизировали наше понимание системы кровообращения.
Продолжение следует....
