10527 (646572), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Физиология в эпоху Гальвани
В этот период физический подход и физические методы исследования уже показали свою объяснительную силу в ряде областей биологии, связанных с более развитыми разделами физики, и поэтому развитие науки об электричестве тоже способствовало появлению новых надежд. Можно прямо проследить, как целый ряд открытий в области биологии был прямо связан с развитием соответствующих разделов физики.
Так, У. Гарвей, создатель теории кровообращения, смог понять роль сердца, так как насосы были уже изобретены, но догадаться, что делают легкие, не смог: ведь кислород еще не был известен. Поэтому Гарвей продолжал, следуя Аристотелю, считать, что в сердце кровь нагревается, а в легких охлаждается.
Гипотеза Аристотеля о сердечном огне, просуществовавшая почти 20 веков, была опровергнута с помощью физического эксперимента: в 1680 г., ученик Галилея Дж. Борелли измерил температуру, введя термометр в сердце животного; она оказалась примерно равной общей температуре тела. Нам этот опыт кажется простым, даже банальным. А ведь термометр появился всего лет за двадцать до опыта Борелли, значит, был для него такой же и даже большей новинкой, чем сейчас персональный компьютер. Вот и мы чуть было не написали, вслед за многочисленными популярными рассказами, что Борелли установил, будто бы температура в сердце оленя равна 40 С, но вовремя сообразили, что никаких градусов Цельсия на термометре в то время не могло быть, потому что А. Цельсий еще не родился.
По существу работы Боррелли были первым случаем широкого применения достижений физики к изучению живого*). Так в книге «О движении животных» он рассматривает действие мышц на кости скелета с точки зрения теории рычага, правильно объясняет движение ног и корпуса человека при вставании из положения сидя или лежа необходимостью такого перенесения центра масс, при котором он оказался бы под площадью опоры; верно вычисляет силы, развиваемые мышцами рук и ног, и т.д.
Открытие атмосферного давления дало возможность Борелли верно объяснить механику дыхательного акта: при увеличении объема грудной клетки воздух входит в легкие за счет атмосферного давления. Однако смысл процесса дыхания остается для Борелли столь же неясным, как и для Гарвея, и это неудивительно: только через сто лет после выхода книги Борелли Лавуазье выяснит роль кислорода для дыхания.
Это еще раз подтверждает, что в тех вопросах физиологии, где почва еще не была подготовлена успехами физики и химии, продолжали господствовать взгляды древних авторов и порождаемые ими разнообразные малообоснованные предположения.
Все сказанное полностью относится и к физиологии мышц и нервов – области, которую изучал Гальвани. Роль мышц в движении была известна, но что касается причин их сокращения, то тут было еще очень мало фактов и очень много довольно фантастических представлений.
Почти до середины XVIII века большинство ученых считало, что причиной сокращения мышц и вообще всех движений является душа. Считалось, что сама по себе никакая мышца не обладает способностью сокращаться. 8 та способность возникает только в тот момент, когда в нее втекает «животный дух».
С другой стороны существовали механистические объяснения сокращения мышц. Например, Р, Декарт считал, что по нерву в мышцу поступает нечто вроде легкого газа, который раздувает мышцу, и она сокращается). Борелли думал, что сокращение мышцы похоже на сокращение мокрой веревки; по его мнению, из нерва в мышцу попадает «нервный сок», и она «намокает». Однако все эти теории были сходны в одном: сама мышца пассивна, в нее должно войти из нерва нечто, что и вызовет сокращение.
В середине XVIII века мышечное сокращение стало предметом экспериментального изучения. Швейцарский ученый А. Галлер в ряде опытов показал, что скелетные мышцы, мышцы желудка, сердечная мышца отвечают на прямое механическое, химическое или электрическое раздражение, когда соответствующая мышца находится вне организма и отделена от нервов. Наблюдая за развитием эмбрионов, Галлер показал, что сердце начинает биться в тот период, когда в него еще не вросли никакие нервы.
В 1763 г. один из последователей Галлера Ф. Фонтана) сделал важное открытие. Он показал, что сердце может либо ответить, – либо не ответить на одно и то же раздражение в зависимости от того, через какой промежуток времени после предыдущего сокращения наносится раздражение. Оказывается, после предыдущего сокращения сердечная мышца должна какое-то время отдохнуть, чтобы стать способной к ответу на новое раздражение.
Таким образом, в середине XVIII века складывается представление о возбудимости разных мышц, как о присущем им свойстве отвечать сокращением на непосредственное раздражение. Работы Фонтана показали, что возбудимость мышцы – некоторая переменная величина, которая может меняться во времени и которую хорошо было бы научиться как то измерять.
Что касается нервных волокон, то их роль в принципе была правильно определена еще античными учеными, а именно был сделан вывод о том, что через нервы передаются какие-то влияния – от мозга к мышцам и от органов чувств к мозгу. Однако в XVIII веке этого было уже недостаточно. Хотелось понять, какова же природа сигналов, передающихся по нервам. Сторонники учения о «жизненной силе», естественно, считали, что по нервам передается «животный дух», который и вызывает сокращение мышц. И опять-таки, естественно, в середине XVIII века, в период увлечения электричеством самые разные ученые все чаще предполагали, что по нерву распространяется «электрический флюид».
Тут нам придется на минутку вернуться к истории физики. Выше мы говорили об экспериментальных открытиях века: лейденской банке, природе молнии и т.д.; теперь скажем несколько слов о теоретических представлениях.
Электричество в это время рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после того, как Грей открыл, что электричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокой или другими проводниками. Эта гипотеза, конечно, была навеяна представлениями, господствовавшими тогда в других разделах физики. Свойствами невесомой жидкости – эфира – объясняли волновое распространение света; теплоту тоже считали невесомой жидкостью. Гипотеза о сущности электричества была подвергнута экспериментальной проверке. Наэлектризованные тела тщательно взвешивали и не могли обнаружить прибавки в весе. Таким образом, представления о невесомости электрического заряда было результатом не только умозрительных рассуждений, но и следствием недостаточной точности измерений.
Когда выяснилось, что электрический заряд нельзя измерять взвешиванием, физики начали изобретать принципиально новые приборы. Эти приборы – разного рода электроскопы и электрометры – появляются в середине XVIII века. В 1746 г. появляется электрометр Элликота. в 1747 г. – электроскоп Нолле, того самого аббата, который демонстрировал королю в Версале разряд лейденской банки. Один из первых электрометров был сконструирован Рихманом,
Сначала считали, что электрическая жидкость – один из сортов «теплорода», Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может зажигать разные предметы. Наконец, было показано, что проводники электричества хорошо проводят тепло, а изоляторы – плохо. Однако в конце концов установилось представление, что электрическая невесомая жидкость отличается от теплорода. Во-первых, было показано, что тела, наэлектризованные прикосновением, не нагреваются. Во-вторых, Грей показал, что сплошные и полые тела электризуются совершенно одинаково, а нагреваются по-разному, и сделал вывод, что «теплород» распространяется по всему объему тела, а электрическая жидкость распространяется по поверхности.
Таким образом, представление об электричестве как о невесомой жидкости было экспериментально хорошо обосновано на уровне возможностей физики XVIII века и хорошо вписывалось в общую идеологию физики того времени.
Мы уже говорили, что в это время самые разные явления – даже землетрясения – пытались объяснить электричеством, не был исключением и «нервный механизм». В 1743 г. немецкий ученый Ганзен выдвинул гипотезу о том, что сигнал в нервах имеет электрическую природу. В 1749 г.» французский врач Дюфей защитил диссертацию на тему «Не является ли нервная жидкость электричеством?». Эту же идею поддержал в 1774 г. английский ученый Пристли, прославившийся открытием кислорода. Идея явно носилась в воздухе.
В связи с этими идеями два направления экспериментальных исследований – изучение электричества и изучение процессов в нервах и мышцах – соприкоснулись между собой. Появилась надежда установить, что процессы в нервах – процессы электрической природы. Кроме того, электрические разряды широко использовались в это время для раздражения нервов, скелетных мышц или сердца. Теперь нам не должно казаться странным и случайным, что на столе у врача Гальвани, который был учеником Фонтана и занимался экспериментальным изучением работы мышц и нервов, оказалась электрическая машина. Дело не в том, что он отдавал дань моде. Машина была нужна потому, что он, как теперь бы сказали, работал не просто на переднем крае науки, а на стыке двух наук: физиологии и науки об электричестве,
26 сентября 1786 г.
После всего сказанного становится непонятным другое: что привлекло внимание помощника Гальвани, почему сокращение мышцы при электрическом разряде показалось Гальвани столь замечательным. Ведь то, что электричество действует как раздражитель на нервы и мышцы, было широко известным фактом.
Дело в том, что до наблюдений Гальвани это раздражающее действие наблюдали только при непосредственном контакте заряженного тела с мышцей или нервом. Здесь же такой контакт отсутствовал.
Столкнувшись с новым незнакомым явлением, Гальвани как истинный сын своего века начинает тщательно и всесторонне исследовать это явление. Он ставит самые разнообразные опыты. Например, показывает, что эффект наблюдается и тогда, когда лапка лягушки помещена под колокол насоса в безвоздушное пространство, когда вместо электрической машины разряжается лейденская банка.
И даже тогда, когда лягушачья лапка включается в цепь между громоотводом и землей, она сокращается в тот момент, когда проскакивает молния.
Но как ни были интересны эти опыты, никаких принципиально новых сведений об электрических явлениях в живых организмах они не давали: была обнаружена еще одна форма раздражающего действия электричества, Но ведь и физики знали, что тела можно электризовать без прикосновения, на расстоянии,
В 1786 г. Гальвани начинает новую серию опытов, решив изучить действие на мышцы лягушки «спокойного» атмосферного электричества. Поняв, что лапка лягушки является в некотором смысле очень чувствительным электрометром, он решил попробовать обнаружить с ее помощью это атмосферное электричество. Повесив препарат на решетке своего балкона, Гальвани долго ждал результатов, но лапка не сокращалась ни при какой погоде.
И вот 26 сентября 1786 г. лапка, наконец, сократилась. Но это произошло не тогда, когда изменилась погода, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решетке балкона при помощи медного крючка и свисающим концом случайно коснулась решетки,
Гальвани проверяет: оказывается всякий раз, как образуется цепь «железо – медь – лапка», тут же происходит сокращение мышц лапки независимо от погоды. Гальвани переносит опыты в помещение, использует разные пары металлов и регулярно наблюдает сокращение мышц лапки лягушки,
Это уже что-то современно новое; никаких источников электричества поблизости нет, а лапка лягушки сокращается.
Гальвани ставит красивый опыт в духе своего времени, когда эффектные публичные демонстрации были очень популярны. Лапка подвешивается на медном крючке, соединенном с серебряной шкатулкой, стоящей так, что нижняя часть лапки касается шкатулки. Лапка сокращается и отдергивается от шкатулки, от этого цепь размыкается, тогда лапка вновь опускается, вновь касается шкатулки, вновь поднимается и т.д. Возникает, как говорит Гальвани, нечто вроде электрического маятника.
Как же объяснить эти наблюдения? Со времен Джильберта было известно, что металл нельзя наэлектризовать трением. Гальвани, как и другие ученые его времени, считал, что электричество не может возникать в металлах, они могут играть только роль проводников. Отсюда Гальвани заключает, что источником электричества в этих опытах являются сами ткани лягушки^, а металлы только замыкают цепь.
Но зачем в этой цепи нужны два разных металла? Гальвани исследует этот вопрос и обнаруживает, что можно обойтись и просто кусочком медной проволоки, При использовании одного металла сокращение возникает не всегда, оно бывает слабее, но это уже мелкая деталь. Сокращение мышц наблюдается визуально, сила сокращения не измеряется. Важно, что два металла не обязательны, а значит и несущественны, – рассуждает Гальвани.
Гальвани работал с нервно-мышечным препаратом: задней лапкой лягушки с отпрепарованным нервом и сохраненным кусочком спинного мозга. В первом же удачном опыте, когда лапка висела на балконе, медный крючок был пропущен через кусочек позвоночника, а кончик лапки коснулся железной решетки, Гальвани решает, что это и есть самые лучшие условия, и не пробует другие. Во всех его опытах один конец металлической дуги касается спинного мозга или нерва, а второй – поверхности лапки. Гальвани развивает такую схему: мышца лапки – заряженная лейденская банка; нерв – провод, соединенный с внутренней обкладкой банки; когда металлический проводник касается мышцы и нерва, мышца разряжается через нерв и это вызывает сокращение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
