Значение лабораторных животных в развитии физиологии
История медицины знает сотни примеров, когда врачи, желая изучить ту или иную болезнь, проводили опасные эксперименты на себе, рискуя здоровьем и жизнью, а порой и теряя её.
К настоящему времени возникли и сформировались десятки различных медико-биологических наук. И очень большую роль в этом сыграли опыты на животных. Животные помогали ученым изучать и развивать анатомию и физиологию, эмбриологию и геронтологию, помогали решать различные вопросы фармакологии и терапии, акушерства и хирургии. Огромную ценность имели опыты на животных по разработке методов и средств борьбы с различными заразными болезнями, раком, лучевой болезнью, алкоголизмом, курением, а также по разработке методов борьбы с вредителями сельских и лесных хозяйств. Человек шагнул в космос лишь после того, как там вначале побывали подопытные животные.
Опыты на животных осуществляются с соблюдением всех требований гуманности, а операции с обязательным обезболиванием. И все же экспериментальные животные во время опытов нередко погибают или их приходится специально усыплять. Но все это делается во имя сохранения здоровья, работоспособности и даже жизни множества людей.
Лабораторные животные – это собаки и кролики, морские свинки и кошки, мыши и крысы, хомячки и летучие мыши, овцы и козы, поросята и телята, ослы и лошади, куры и голуби, различные обезьяны, лягушки, дрозофилы и многие другие.
Если оценить количественно участие животных в различных научных экспериментах, то одно из первых мест заслуженно принадлежит лягушкам, которых не без основания называют ветеранами среди лабораторных животных.
Осенью, с похолоданием воздуха и воды, озерные и прудовые лягушки забираются на дно водоемов, прячутся под нависающими над водой берегами или в подводную растительность и цепенеют. Начинается зимняя спячка, в течение которой они не принимают пищу. Эту их способность (месяцами обходиться без пищи) и используют люди. Лягушки – важный объект изучения биологических дисциплин в учебных заведениях. Каждую осень, когда стоят теплые солнечные дни, в озерах отлавливают лягушек, а затем хранят их в прохладных помещениях в специальных ваннах. Здесь они как бы дремлют и всегда находятся под рукой к услугам преподавателей и студентов. Нужно только ежедневно менять воду в ваннах и поливать лягушек из шланга, чтобы смывать с них накапливающуюся слизь, обладающую ядовитыми свойствами.
В течение многих столетий лягушки служили и сейчас служат зоологам, анатомам, физиологам, врачам, эндокринологам, фармакологам. Еще в XVII столетии М.Мальпиги изучал капиллярное кровообращение в брыжейке лягушки.
В свое время лягушки сослужили неоценимую службу ученым в разработке важных вопросов физики. Опыты выдающихся итальянских ученых Л.Гальвани и А.Вольта, проведенные в XVIIIв. на лягушках, привели к открытию гальванического тока, что оказало ограниченное влияние на дальнейшее развитие естествознания и техники. Оценивая работы итальянских ученых, нужно сказать, что опыты Гальвани положили начало электрофизиологии, а от опытов Вольта началась электротехника.
Рис.1. Озерные лягушки
Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон установил ряд закономерностей, характеризующих электрические явления в мышцах и нервах, обосновал теорию биопотенциалов. Его работы были важным стимулом к дальнейшему развитию электрофизиологии. Определение функциональных способностей сердца с помощью электрокардиограммы берет начало от опытов Э.Дюбуа-Реймона на лягушках и других животных.
Английский физиолог Ч.Белл и французский физиолог Ф.Мажанди в опытах на животных, включая и лягушек, выявили основные закономерности распределения двигательных и чувствительных волокон в нервных корешках спинного мозга (чувствительные волокна вступают в спинной мозг в составе задних корешков, а двигательные выходят в составе передних).
Немецкий естествоиспытатель Г.Гельмгольц в 1850 г. в опытах на лягушках определил скорость распространения нервного импульса (27м/с).
Большое количество опытов на лягушках проводил создатель русской физиологической школы И.М.Сеченов. Многие открытия, обогатившие физиологию, сделаны им именно на лягушках. В частности, он изучал действие алкоголя и яда кураре на нервы и мышцы. На лягушках И.М.Сеченов впервые установил, что в съедобных грибах сыроежках содержится ядовитое вещество, вызывающее остановку сердца. Позже это вещество было выделено из грибов мухоморов, от которых оно и получило свое название – мускарин (от латинского слова musca – муха). Работы И.М.Сеченова на лягушках и других животных помогли ему обосновать рефлекторную теорию. И.М.Сеченов установил, что в средних частях головного мозга лягушки находятся центры, раздражение которых вызывает торможение рефлексов спинного мозга. Открытие «сеченовского торможения» показало, что нервная деятельность состоит из двух процессов – возбуждения и торможения.
До наших дней дошла фотография ученого – И.М.Сеченов сидит на стуле у стола, на котором стоит штатив с укрепленными тремя лягушками.
Рис. 2. И.М.Сеченов в лаборатории
Опыты с лягушками проводили и многие другие наши отечественные и зарубежные ученые. Английский ученый С.Рингер, предложил солевой раствор для физиологических экспериментов, опробовав его на сердце лягушки. Лягушки были постоянным объектом в исследованиях французского физиолога К.Бернара. Именно ему принадлежала мысль об открытии памятника лягушкам. Памятник открыли еще в XIXв. в прославленной Сорбонне – Парижском университете. Так ученые отблагодарили своих бессловесных помощников за участие во многих важных исследованиях и научных открытиях.
Еще один памятник лягушкам поставили в Японии. Его воздвигли в Токио благодарные студенты-медики. Они всегда, десятилетиями использовали лягушек на занятиях по зоологии, анатомии, нормальной и патологической физиологии, а также в лабораторных научных исследованиях. И когда число послуживших на благо науки лягушек достигло там 100 000, в их честь и был сооружен второй памятник.
В 1912 г. всемирно известного русского ученого-физиолога, доктора медицины и профессора, академика Петербургской Академии наук и лауреата Нобелевской премии И.П.Павлова пригласили приехать в Англию, в Кембриджский университет на церемонию присуждения ему звания почетного доктора старейшего в Европе Кембриджского университета и вручения почетного диплома. И.П.Павлова в торжественном сопровождении декана и других докторов, ввели в зал заседаний, когда он подошел под край галереи для публики, перед ним закачалось что-то белое, Иван Петрович взглянул вверх. На хорах он увидел доброжелательно улыбавшуюся молодежь, студентов. Один из них держал в руках веревочку, на конце которой была привязана белая игрушечная собачка, утыканная стеклянными и резиновыми трубочками (они изображали всевозможные фистулы). И.П.Павлов сразу все понял. Он вспомнил, как лет тридцать тому назад здесь так же чествовали Ч.Дарвина. Тогда студенты спустили прямо в руки идущему Дарвину игрушечную обезьянку. Это было символом признания созданного великим биологом эволюционного учения. И.П.Павлов протянул руки, взял собаку и пошел с ней к президиуму.
Подарок кембриджских студентов был своего рода намеком, что главные научные исследования, поднявшие И.П.Павлова на вершину мировой науки, он выполнил на собаках.
Академик И.П.Павлов всегда высоко ценил своих надежных помощников – собак, по его инициативе в Институте экспериментальной медицины в Ленинграде (Санкт-Петербург) установлен памятник собаке. На высоком круглом постаменте сидит бронзовая собака. На самом постаменте – несколько барельефов с изображением различных опытов над собаками и высказываниями об их помощи ученым, принадлежащими перу великого физиолога.
Значительная часть медико-биологических экспериментов проводится на кроликах. Благодаря этому и появилось распространенное выражение «подопытный кролик». Французский естествоиспытатель К.Бернар на кроликах изучал влияние ЦНС на тонус кровеносных сосудов, К.М.Бэр использовал кроликов для своих эмбриологических исследований. Итальянский анатом Д.Фабриций еще в конце XVI – начале XVIIвв. на кроликах изучал развитие зародыша. Кроликов часто используют в качестве подопытных животных для изучения инфекционных болезней человека и животных.
Рис.3. Памятник собаке
В связи с развитием экспериментальной медицины, ветеринарии, биологии особенно широкое применение получили крысы и мыши.
Многим из того, что мы знаем сегодня об электровозбудимых мембранах, мы обязаны сообщению, сделанному в 1936 г. английским зоологом Дж.Юнгом. Этот ученый обнаружил, что особые длинные тяжи у кальмаров и каракатиц являются не кровеносными сосудами, как считалось ранее, а необычайно толстыми аксонами. Они получили название гигантских аксонов и стали излюбленным объектом для изучения функций мембран: благодаря их очень большому диаметру (до 1мм) можно было вводить в них в продольном направлении проволочные электроды и записывать потенциалы, а также заменять внутреннее содержимое волокна, создавая любые концентрации ионов.
На рисунке изображен кальмар Loligo и его гигантские аксоны. Благодаря своим крупным размерам эти аксоны быстро проводят возбуждение и тем самым обеспечивают достаточно синхронную активность мышц мантии. Сокращаясь, эти мышцы вызывают резкий выброс воды, и потревоженный кальмар делает бросок назад.
Рис.4. Кальмар и его гигантский аксон
Первые крупные открытия, связанные с экспериментами на гигантских аксонах кальмара, были сделаны в 1939 г. независимо друг от друга К.Коулом и Г.Кертисом (Вудс-Холл, Массачусетс), с одной стороны, и А.Ходжкином и Э.Хаксли (Плимут, Великобритания) – с другой. К.Коул и Г.Кертис показали, что во время генерации потенциала действия проводимость мембраны возрастает без каких-либо существенных изменений ее емкости. А.Ходжкин и Э.Хаксли обнаружили, что мембранный потенциал во время потенциала действия не просто уменьшается до нуля, но меняет свой знак на противоположный.
Таким образом, различные виды лабораторных животных являются неотъемлемым элементом современной биологической, медицинской и ветеринарной лаборатории, без которых невозможна повседневная работа.