Анализ и синтез в Российской физиологии XIX столетия

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ В РОССИЙСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ XIX СТОЛЕТИЯ Доклад на Международном итало-мексиканском симпозиуме «Душа, мозг и тело»,

18-19 сентября 2000 г., Таско (Мексика).

Т.С. СОРОКИНА

Курс истории медицины РУДН. 117198, Москва, Ул. Миклухо-Маклая, 8.

Медицинский факультет

Есть области науки, особо отмеченные вкладом русских ученых в их становление и развитие. Понимание взаимосвязи между телом и разумом, пожалуй, и есть та самая, замечательная страница в истории науки, осененная «гениальным взмахом русской научной мысли» [1] и завершившаяся созданием учения о высшей нервной деятельности.

В поисках истоков этих открытий, обратимся к началу XIX в. Тогда в физиологии было накоплено достаточно много экспериментальных данных. Не все из них получали понятную научную интерпретацию, и представления о загадочном существе "жизненной силы" {лат. "vis vitalis”) как причины всех физиологических явлений долгое время оставались предметом глубоких раздумий и научных поисков экспериментаторов.

Середина XIX в. была отмечена большими успехами в изучении функций и некоторых механизмов регуляции органов и систем на уровне спинного мозга. Однако эти драгоценные знания оставались разрозненными, — они не были объединены теоретическими обобщениями о взаимной связи различных функций организма между собой. Это был период накопления информации, и потому превалировал анализ явлений (аналитическая физиология).

Аналитический характер физиологической науки второй половины XIX в. привел к разделению явлений, протекающих в живом организме, на две категории: 1) "внутренние", вегетативные процессы (обмен веществ, дыхание, кровообращение и т. п.) и 2) "животные" (анимальные), определяющие поведение животных, которое физиология того времени еще не могла объяснить.

Для того чтобы вывести физиологию из тупика аналитического периода, был необходим принципиально новый — синтетический подход к познанию деятельности живых организмов. Он выразился в стремлении к изучению регуляторных функций нервной системы и в первую очередь рефлексов. Однако в то время рефлекторный принцип разрабатывался лишь применительно к спинному мозгу. Дискуссии о роли головного мозга велись, но экспериментальных подтверждений его роли в жизни организма в то время не было. Великий русский ученый И.М. Сеченов был первым, кто начал изучение рефлексов головного мозга в эксперименте и применил физиологические методы для исследования психического поведения.

Иван Михайлович Сеченов (1829-1905) — основоположник учения о рефлексах головного мозга. В 1856 г. он с отличием закончил медицинский факультет Московского университета. В течение трех с половиной лет (1856-1860) с увлечением занимался научными исследованиями в передовых научных центрах Германии (у J. Müller, E. Du Bois-Reymond, K. Ludwig, H. Helmholtz) и Франции (у С. Bernard). По возвращении в Россию, в 1860 г. Сеченов защитил докторскую диссертацию "Материалы для будущей физиологии алкогольного опьянения" и был избран адъюнкт-профессором (позднее — ординарным профессором) кафедры физиологии Медико-хирургической академии в Петербурге. В разные годы он заведовал кафедрами физиологии в университетах Петербурга, Одессы и Москвы.

Его работы по физиологии дыхания и крови, газообмену, растворению газов в жидкостях и обмену энергии заложили основы будущей авиационной, а затем и космической физиологии. И.М.Сеченов впервые осуществил детальное исследование парциального давления кислорода в альвеолах в норме и при "колебаниях воздушного давления

книзу"; установил закон постоянства состава альвеолярного воздуха при нормальном барометрическом давлении и парциальном давлении кислорода; сконструировал прибор - абсорбциометр, позволявший с большой точностью анализировать поглощение газов цельной кровью и плазмой и изучать напряжение газов в крови. Именно эти исследования положили начало новому направлению в отечественной авиационной, а затем и космической медицине.

Трагическая гибель двух французских воздухоплавателей (Croce-Spinelli и Sivel) из трех, поднявшихся 15 апреля 1875 г. на воздушном шаре "Зенит" на высоту более 8000 м, глубоко потрясла Сеченова и побудила его к исследованию причин катастрофы. В то время состав альвеолярного воздуха не был известен, и Сеченов хотел понять, как изменяется парциальное давление кислорода в легочном воздухе в зависимости от изменений барометрического давления. Его расчеты показали, что аэронавты достигли высоты, на которой парциальное давление кислорода было столь мало (примерно 20 мм рт. ст.), что уже не могло поддерживать жизнь [2].

Но, пожалуй, самой замечательной областью его исследований является физиология центральной нервной системы.

Во времена Сеченова представления о работе мозга были весьма ограниченными. В середине XIX в. еще не существовало учения о нейроне как структурной единице нервной системы. Оно было создано лишь в 1884 г. испанским гистологом, лауреатом Нобелевской премии (1906) С.Рамон-и-Кахалем (Ramon-y-Cajal, Santjago, 1852-1934). Не существовало и понятия о синапсе, которое было введено в 1897 г. английским физиологом Ч. Шерринггоном (Sherrington, Charles Scott, 1857-1952), сформулировавшим принципы нейронной организации рефлекторной дуги. И, как уже отмечалось, до Сеченова рефлекторный принцип применялся лишь к деятельности спинного мозга.

И.М. Сеченов впервые распространил рефлекторный принцип на деятельность головного мозга. В экспериментах на лягушках, с послойной перерезкой и раздражением центров головного мозга кристалликами поваренной соли, он показал, что в зрительных буграх и продолговатом мозге имеются механизмы, активно задерживающие рефлекторные движения. Таким образом, он открыл центральное (сеченовское) торможение (1863) и впервые продемонстрировал, что наряду с процессом возбуждения (который один в то время считался активным), в центральной нервной системе существует другой активный процесс — торможение, без которого немыслима интегративная деятельность центральной нервной системы.

Продолжая эксперименты, Сеченов пришел к выводу о «родстве психических явлений с так называемыми нервными процессами в теле человека, т.е. актами чисто соматическими» [3]. «Все бесконечное разнообразие проявлений мозговой деятельности, — писал он, — сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению. Смеется ли ребенок при виде игрушки; улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине; дрожит ли девушка при первой мысли о любви; создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактором является мышечное движение» [4].

Таким образом, Сеченов выдвинул идею о рефлекторной (т.е. материальной) основе психической деятельности: "Все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы", — утверждал он, и впервые предложил подойти к изучению психических процессов с помощью физиологических методов.

Научные исследования И.М. Сеченова по изучению психических явлений обобщены в его классическом труде "Рефлексы головного мозга" (1863), который И.П. Павлов назвал "гениальным взмахом русской научной мысли" [5]. Суть этой работы лаконично выражена в двух ее первоначальных названиях, измененных по требованию цензуры: "Попытка свести способ происхождения психических явлений на физиологические основы" и "Попытка ввести физиологические основы в психические процессы".

Этот труд был написан И.М. Сеченовым по заказу редактора передового и широко распространенного журнала "Современник" — поэта Н.А. Некрасова. Перед И.М. Сеченовым была поставлена задача: дать анализ современного состояния естествознания. Статья была уже набрана в №10 этого журнала за 1863 г., но материалистические взгляды автора на поведение человека и психическую деятельность, подтвержденные описанием его физиологических опытов на лягушках, заставили цензора Министерства внутренних дел признать это сочинение опасным, — публикация в журнале "Современник" была запрещена, и набор был рассыпан. Однако дозволялось "напечатание оной в медицинском или другом специальном издании" под иным названием и "с рядом существенных цензурных изъятий". В том же, 1863 году работа И.М. Сеченова была опубликована в еженедельном журнале "Медицинский вестник" (№ 47-48) под названием "Рефлексы головного мозга". Ее передавали из рук в руки и зачитывали до дыр. В 1866 г. книга вышла отдельным изданием и, несмотря на арест, наложенный на весь тираж, и угрозу судебного процесса по обвинению в развращении нравов, книга эта получила огромный резонанс в общественной и научной жизни России. Только в 1867 г. Министерство юстиции отказалось от своих претензий, ибо "...гласное развитие материалистических теорий при судебном производстве этого дела может иметь последствием своим распространение этих теорий в обществе, вследствие возбуждения особого интереса к содержанию этой книги" [6].

И.П.Павлов позднее писал: "Исходную точку наших исследований я отношу к концу 1863 г., к появлению известных очерков Сеченова «Рефлексы головного мозга»" [7].

И.М. Сеченов сформулировал также одно из важнейших материалистических положений физиологии — концепцию о единстве организма и внешней среды: "Среда, в которой существует животное, оказывается фактором, определяющим организацию... Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него" [8].

Эта идея распространялась и на причинную обусловленность всех проявлений психической деятельности человека. "Сеченов по-новому для своего времени выдвинул идею, что вся психическая жизнь, со всеми ее двигательными проявлениями, поддерживается и стимулируется теми воздействиями, которые получают органы чувств извне, и теми раздражениями чувствующей нервной системы, которые возникают внутри организма... В совершенно исключительной форме, на многих примерах было показано формирующее влияние факторов среды на нервные процессы" [9].

Идеи И.М. Сеченова, о применении естественнонаучных, физиологических методов для изучения психических процессов получили понимание и широкую поддержку у его современников — профессоров А.А.Соколовского (Москва, 1870), Н.О.Ковалевского (Казань, 1876), В.Я.Данилевского (Харьков, 1910). Труды этих ученых [10-12] свидетельствуют о зарождении и становлении в российской науке широкого психофизиологического направления и научной психологии [13], блистательно продолженных открытиями И.П.Павлова.

Великий русский ученый Иван Петрович Павлов (1849-1936) — создатель учения о высшей нервной (психической) деятельности, стал новатором экспериментальных методов исследования поведения животных (физиологии больших полушарий головного мозга) и основал крупнейшую для своего времени физиологическую школу.

Сын священника, И.П. Павлов в 1870 г. окончил Рязанскую духовную семинарию и поступил в Императорский Санкт-Петербургский университет, сначала на юридический факультет, а затем на естественнонаучное отделение физико-математического факультета, где под руководством И.Ф. Циона сделал свои первые шаги в физиологии, изучая работу поджелудочной железы. Закончив университет в 1875 г., Павлов получил звание кандидата естественных наук. Желая в дальнейшем заниматься физиологией, он продолжил образование, поступив в 1876 г. на третий курс Медико-хирургической академии. Там царила исключительно творческая атмосфера. Преподавателями Павлова были

химик и композитор А.П. Бородин, анатом В.Л. Грубер, патологоанатом М.М. Руднев, хирург Н.В. Склифософский и клиницист С.П. Боткин, который сыграл исключительную роль в его творческой научной жизни. В 1879 г., с отличием окончив Медикохирургическую академию (позднее — Военно-медицинская академия), И.П. Павлов становится сотрудником физиологической лаборатории С.П. Боткина при его клинике, где в течение 10 лет руководит фармакологическими и физиологическими исследованиями. В этой лаборатории Павлов выполнил свою докторскую диссертацию "Центробежные нервы сердца" (1883) и начал исследования по физиологии пищеварения. В 1884 г., по решению Конференции Военно-медицинской академии он был направлен в зарубежную научную командировку для усовершенствования и подготовки к профессорскому званию и в течение двух лет работал в лабораториях Р. Гейденгайна ((Heidenhain, Heinrich Rudolf Peter, 1834-1897, Бреславль) и К.Людвига (Лейпциг) в Германии.

В 1890 г. И.П.Павлов был избран профессором кафедры фармакологии, а с 1895 г. — кафедры физиологии Военно-медицинской академии, где работал до 1925 г., развивая традиции, заложенные его предшественниками-по кафедре — И.М. Сеченовым, И.Ф. Ционом и И.Р. Тархановым. Одновременно Павлов заведовал Отделом физиологии в Институте экспериментальной медицины (ИЭМ) в Петербурге — первом в России научно-исследовательском институте медико-биологического профиля, открытом в 1890 г.

В этом институте впервые в мире были построены операционные для собак и клиника для их содержания (на благотворительные средства, предоставленные А. Нобелем в 1894 г.) и «Башня молчания» — лаборатория для изучения условных рефлексов (на средства благотворительного Леденцовского общества, 1910-е -1920-е гг.).

Исходя из тезиса "для естествоиспытателя — все в методе", Павлов ввел в практику физиологических исследований метод хронического эксперимента, благодаря которому стало возможным изучение целостного, практически здорового животного. Более того, он разработал несколько оригинальных хирургических операций для подготовки животных к хроническому эксперименту — эзофаготомия с выведением пищевода на поверхность кожи, операция изолированного "малого желудочка", различного рода фистулы (желудка, пищевого, слюнного протока). Все они осуществлялась по всем правилам искусства хирургии (наркоз, асептика, антисептика, послеоперационный период). В результате, в хроническом эксперименте Павлов изучал функции целостного организма и здорового животного, находящегося в естественных условиях.

Опыты на "хронически оперированных" животных проводились физиологами и до Павлова. Однако они не были полноценными либо по замыслу, либо по методике выполнения. Так, метод изолированного "малого желудочка", предложенный Р. Гейденгай-ном, лишал изолированный участок иннервации. "Малый желудочек", разработанный Павловым, сохранял иннервацию, что позволило экспериментально обосновать принцип нервизма — идею о решающей роли нервной системы в регуляции функционального состояния и деятельности всех органов и систем организма.

Методологической основой его концепции явились три основных принципа: единство структуры и функции, детерминизм, анализ и синтез.

Изучая пищеварительную секрецию и поведение животных в хроническом эксперименте, Павлов выявил рефлексы нового типа, которые формируются и закрепляются при определенных условиях окружающей среды. Он назвал их условными, в отличие от уже известных прирожденных рефлексов, которые имеются от рождения у всех животных данного вида (их Павлов назвал безусловными).

В 1897 г. вышли в свет его "Лекции о работе главных пищеварительных желез", явившиеся обобщением научных исследований в области пищеварения — практически заново созданного им раздела физиологии. Вскоре «Лекции...» были переведены на немецкий (1898), французский (1901) и английский (1902) языки. Под руководством Павлова было выполнено 60 диссертаций по физиологии пищеварения и опубликовано

свыше 150 научных статей. Работы И.П. Павлова и его сотрудников по Институту экспериментальной медицины стали известны во всем мире.

В Каролинском институте (Швеция), который с 1901 г. получил право присуждения Нобелевских премий по физиологии и медицине, имя Павлова часто называлось в списках кандидатов в лауреаты. Однако вызывало сомнение одно обстоятельство: сам Павлов редко фигурировал в качестве соавтора в работах своих сотрудников, и Каролинский институт направил в Петербург своего представителя профессора Карла Тигерштедта для того, чтобы выяснить, кто же стоит у руля столь плодотворной научной деятельности этого коллектива. В результате, в 1904 г. И.П. Павлов был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине "в знак признания его работ по физиологии пищеварения, которые позволили изменить и расширить наши знания в этой области".

Поздравляя И.П. Павлова с присуждением ему Нобелевской премии, И.М. Сеченов писал: "Примите, многоуважаемый Иван Петрович, сердечный привет и поздравление с блистательным завершением плодотворной 25-летней деятельности, придавшей яркий блеск русскому имени" [14].

21 октября 1933 г., в день 100-летия со дня рождения А. Нобеля, И.П. Павлов писал в Комитет по Нобелевским премиям: "Премия Нобеля дала мне жизненную независимость, а с нею возможность безраздельно отдаться делу науки" [15].

Исследования Павлова в области физиологии пищеварения, сердечно-сосудистой системы и высших отделов центральной нервной системы являются классическими. Он впервые показал, что условные рефлексы вырабатываются в коре больших полушарий головного мозга, и сделал возможным экспериментальное изучение деятельности коры больших полушарий в норме и патологии. Результатом этих исследований явилось создание учения о высшей нервной (психической) деятельности — одного из величайших достижений естествознания XX столетия.

Итоги этой работы обобщены в монографиях И.П. Павлова "Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности (поведения) животных" (1923) и "Лекциях о работе больших полушарий головного мозга" (1927).

"...Я рад, — писал И.П. Павлов в 1934 г. — что вместе с Иваном Михайловичем и полком моих дорогих сотрудников мы приобрели для могучей власти физиологического исследования вместо половинчатого весь нераздельно животный организм. И это — целиком наша русская неоспоримая заслуга в мировой науке, в общей человеческой мысли" [16].

Литература

1. Павлов И.П. Вступительная статья // Сеченов И.М. Избранные труды. М.: Изд-во ВИЭМ, 1935. С.

ХХШ.

2. Сеченов И.М. Автобиографические записки. Изд. 4-е. - Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 1998 f. 195-196.

3. Сеченов И.М. Избранные произведения. Т. 1. М.: Изд-во АН СССР. 1952. С. 179.

4. Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. М.: Изд-во АН СССР. 1961. С.5.

5. Павлов И.П. Вступительная статья // Сеченов И М. Избранные труды. М.: Изд-во ВИЭМ, 1935. С. ХХШ.

6. Цит. по: Сеченов И.М. Автобиографические записки. Изд. 4-е. - Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 1998. С. 263.

7. Павлов И.П. ПСС. Т. 1. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940. С. 381

8. Сеченов И.М. Избранные произведения. Т. 1. М.: Изд-во АН СССР. 1952. С. 533.

9. Коштоянц Х.С. И.М.Сеченов - великий русский физиолог//Вестн. АН.СССР, 1941. №2-3. С. 90-91.

10. Соколовский A.A. О психофизическом процессе в применении к действию снотворных веществ. М.,

1870.

11. Ковалевский НО. Как смотрит физиология на жизнь вообще и психическую в особенности. Казань,

1876.

12. Данилевский В.Я. Основной физиологический закон развития ума и воли М., 1910.

13. Григорьян H.A. Иван Петрович Павлов. 1849-1936. Ученый. Гражданин Гуманист. К 150-летию со дня рождения. М.: Наука, 1999. С. 105-106.

14. Переписка И.П.Павлова. Л.: Наука. 1970. С.67.

15. Григорьян Н.А. Иван Петрович Павлов. 1849-1936. Ученый. Гражданин. Гуманист. К 150-летию со дня рождения. М.: Наука, 1999. С. 263.

16. Павлов И.П. ПСС. Т. 1. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951. С. 13.

ANALYSIS AND SYNTHESIS IN THE RUSSIAN PHYSIOLOGY AT THE XIX CENTURY

T.S. SOROKINA

RPFU. Moscow. 117198,M-Maklaya St., 8.

Medical faculty.

There are some fields of science in which the Russian contribution is absolutely remarkable. The understanding of the relationship between mind and body is that very page in the History of Medicine. The Russian scientists were the first who had found the way for the experimental studies of brain psychological activity. Ivan M. Setchenov's treatise "Reflexes of brain" (1863) and 'Setchenov's inhibition' opened by him in 1860s, for the first time in the history, laid the physiological bases for the experimental investigation of psychological processes. A discovery of conditioned reflexes of the brain by Ivan P. Pavlov and his classical investigations in the field of digestion were awarded with a Nobel Prize (1904). A doctrine on higher nervous activity worked out by Pavlov became a fundamental base of the modem physiology and experimental medicine.