История науки и техники. Материалы и технологии Часть 2

французский врач и физик Ж. Пуазейль. Интересно, что закон, носящий его имя и связывающий скорость движения жидкости через капилляр с его радиусом, длиной и перепадом давления, явился обобщением экспериментальных работ, выполненных Пуазейлем на кровеносных сосудах животных. Однако исполь­ зование закона Пуазейля для измерения кровотока в артериях человека практически невозможно, так как для этого необходи­ мо знать внутренний диаметр артерии, значения давления крови в двух ее точках и вязкость крови. Очевидно, что получение этих данных делает такой метод «кровавым», а часто просто нереальным.

Скорость кровотока через сосуды сейчас определяют чаще всего с помощью двух методов: электромагнитного метода и метода разведения индикатора. Используется также ультразву­ ковой метод, основанный на принципе Доплера.

9.7.3.5. Стоматология. Пожалуй, одну из интересных нахо­ док сделал известный болгарский археолог Николай Панайотов. Ему удалось обнаружить первые мосты в истории человечества, но не те, которые мостят через реки, а те, что у нас во рту. Две искусно сделанные в 325 г. н.э. бронзовые коронки вскоре укра­ сили его собственные челюсти. Это позволило ему попасть в Книгу рекордов Гиннесса как человеку, имеющему самые ста­ рые коронки в мире.

Как свидетельствуют исторические источники, кариес пы­ тались лечить уже в древности. Еще в IX веке до н. э. народы майя проделывали углубления в зубах с помощью круглой неф­ ритовой или медной трубки, похожей по форме на соломинку для питья. При подготовке полости трубку вращали ладонями или при помощи веревки, а в качестве абразивного материала использовали мелко истолченный в воде кварц. Возможно, по­ добные дырки делались еще и для украшения, потому как в че­ репах аборигенов, найденных в Мексике и Эквадоре, в круглых, явно высверленных отверстиях в передних зубах были обнару­ жены искусственные вкрапления из золота, нефрита и бирюзы. По мнению историков медицины, медицинский этап в зубовра­ чевании начался в I в., когда древнеримский хирург Архиген, врач императора Траяна, одним из первых с лечебной целью

просверлил полость зуба с применением специального инстру­ мента. Тем не менее подобная методика лечения зубов на про­ тяжении многих веков не использовалась до тех пор, пока в XV в. профессор Болонского университета Д. Арколани не су­ мел применить способ Архигена.В частности, он после трепа­ нации прижигал пульпу зуба и пломбировал полость зуба золо­ том. Затем настала очередь очень неудобного ручного бора, его сменили зубоврачебные дрели, машина с заводным пружинным механизмом, пневматическая бормашина. Прообразом совре­ менной техники стала сконструированная Б. Моррисоном пе­ дальная бормашина, имевшая такой же ножной привод, как и швейная. Но в силу дороговизны большинство дантистов почти до середины XIX в. продолжали пользоваться ручными дреля­ ми. В настоящее время чаще всего используется пневматиче­ ский динамический привод.

9.7.3.6. Рентгенография. В декабре 1895 г. Вильгельм Кон­ рад Рентген, директор Физического института при Вюрцбург­ ском университете, открыл новый вид лучей. Впоследствии ис­ торики науки установили, что это излучение, возникающее в катодно-лучевой трубке, многократно наблюдалось прежде.

Во второй половине XIX в. катодные трубки имелись во всех сравнительно крупных физических лабораториях, и очень странно, что до Рентгена никто не замечал этих лучей. Еще в 1876-1880 гг. Гольдштейн изучал катодные лучи, а в 1895— 1898 гг. наблюдал свечение некоторых солей под их воздейст­ вием. Десять лет спустя Джозеф Томсон, проводя свои опыты с катодными лучами, также заметил, что стекло, помещенное бо­ лее чем в метре от трубки, фосфоресцирует. Однако он не обра­ тил на это внимания. Физики того времени по опыту хорошо знали, что около работающей катодной трубки нельзя оставлять фотоматериалы, ибо они засвечиваются. Эти и некоторые дру­ гие факты свидетельствуют о том, что ученые находились на пороге открытия. Последний, решающий, шаг был сделан Рент­ геном в 1895 г. Желая улучшить условия наблюдения свечения в катодной трубке, он затемнил лабораторию. Тогда-то Рентген и заметил случайно, что картонный экран, покрытый флуорес­

цирующим минералом, во время работы катодной трубки начи­ нает светиться.

Известна мысль, высказанная Пастером, что случайность помогает только подготовленному уму. Рентген сразу же поста­ вил серию экспериментов и подробнейшим образом описал свойства вновь открытых лучей. Он установил, что они распро­ страняются на большое расстояние и проникают через многие вещества. Далее он выяснил, что в отличие от катодных, эти лу­ чи не преломляются, не отражаются и не отклоняются в маг­ нитном поле. Всего за несколько месяцев Рентген изучил на­ столько основательно новое излучение, что понадобилось 20 лет, чтобы добавить что-либо к его выводам.

Рентгеновские лучи были интересны сами по себе, но на­ стоящую сенсацию они произвели, когда выяснилась их спо­ собность проникать через тело человека и давать изображение его скелета. В конце прошлого века это было невероятным от­ крытием. Известность Рентгена достигла таких масштабов, что в 1901 г. ему первому среди физиков была присуждена Нобе­ левская премия.

Первый эффект, вызванный рентгеновскими лучами (све­ чение флуоресцирующего экрана), Вильгельм Рентген наблю­ дал в ноябре 1895 г. В декабре он сделал предварительное со­ общение об этом открытии, где, в частности, упоминалось, что лучи дают возможность получить изображение скелета челове­ ка. Первой рентгенограммой был рентгеновский снимок руки госпожи Рентген, на котором особенно четко выделялось золо­ тое кольцо. Идея о применении рентгеновских лучей в медици­ не была встречена с энтузиазмом, и уже 20 января 1896 г. в Дартмуте (шт. Нью-Гэмпшир, США) врачи наблюдали с помо­ щью рентгеновских лучей перелом руки пациента. Почти во всех университетских лабораториях того времени имелись ка­ тодно-лучевые трубки, которые немедленно были приспособле­ ны для медицинских целей. Довольно быстро была создана и специальная рентгеновская аппаратура для врачебных нужд - было положено начало рентгенологии. Все это, однако, уже от­ носилось к чисто инженерной работе, не интересовавшей теоре­ тиков.

здоровые ткани. Обычным рентгеновским аппаратом эта разни­ ца почти не улавливается, а при исследованиях с помощью компьютерного томографа она отчетливо видна; этот аппарат позволяет обнаруживать опухоли размером с булавочную го­ ловку.

Компьютерная томография произвела подлинную револю­ цию в методах медицинской диагностики. Она резко увеличила возможность ранней диагностики, что, безусловно, повысило шансы на вылечивание. Врачи очень высоко оценили метод компьютерной томографии, и, считаясь с общественным мне­ нием, Нобелевский комитет при Каролинском институте прису­ дил в 1979 г. премию в области медицины физику и инженеру - Аллану Кормаку и Годфри Хаунсфидду.

9.7.3.8. ЯМР - спектроскопия. Еще в 20-х годах было уста­ новлено, что атомные ядра имеют собственный момент количе­ ства движения («спин»), обусловленный их вращением. Ядра со спином 1/2 (ядра водорода - протоны) могут иметь только две ориентации: параллельно и антипараллельно. Магнитное поле устраняет неупорядоченность, хаос (напряженность 1-го тесла (10000 Гс), резонансная частота равна 42,57 МГц для протонов). Возможно использование в ядерна-магнитном резонансе и дру­ гих ядер: фосфор, натрий. ЯМР - трехмерное явление.

В 1946 г. швейцарец Феликс Блох (Bloch), работавший в Станфордском университете, и американец Эдвард Миле Парселл (Parcell) из Гарвардского университета независимо друг от друга создали точные методы измерения магнитных моментов ядер и элементарных частиц. Магнитное поле ядра примерно в тысячу раз меньше магнитного поля электрона, поэтому для его исследования требовалась исключительно чувствительная ап­ паратура. В экспериментах других ученых были измерены маг­ нитные моменты протона, дейтрона и некоторых других легких атомных ядер. Были получены очень точные результаты, дос­ тигнутые, однако, ценой большой сложности опытной установ­ ки. Взаимодействие магнитных моментов ядер с высокочастот­ ным излучением исследовалось по отклонению пучков молекул в магнитном поле.

Метод ядерного магнитного резонанса, предложенный Парселлом и Блохом, позволял исследовать вещество в любом со­ стоянии: в твердом, жидком и газообразном. Взаимодействие ядерных моментов с высокочастотным полем наблюдается как магнитный эффект, который легко регистрируется аппаратурой. Короче говоря, при этом измеряется поглощение энергии ра­ диочастотного поля или определяется электромагнитная индук­ ция в образце.

Ядерный магнитный резонанс оказался сравнительно легко реализуемым методом исследования магнитных моментов ядра. После того как он впервые был применен в 1946 г., его стали широко использовать для изучения изотопов химических эле­ ментов. Дальнейшее усовершенствование метода дало возмож­ ность исследовать строение электронных оболочек атомов и молекул и на этой основе - структуру вещества. Метод иссле­ дования, созданный Фелликсом Блохом и Эдвардом Парселлом, нашел широкое применение в современной науке и принес этим двум ученым в 1952 г. Нобелевскую премию по физике.

С 1970-х гдовметод ЯМР - спектроскопия стала широко использоваться в медицине.

9.7.4. Переливание крови

Опыты по переливанию крови имеют по крайней мере трех­ вековую историю. Все началось с пересадки жидкой ткани: пер­ вое успешное переливание крови ягненка человеку сделал французский ученый Ж. Дени в 1796 г. Удачным был и второй, и третий опыт, а четвертый привел к смерти больного, после че­ го опыты прекратились надолго. К началу XIX в. сформирова­ лось четкое понимание того, что человеку можно переливать лишь человеческую кровь. В 1819 г. это впервые проделал анг­ лийский акушер Джон Бланделл, а в России первое переливание крови сделал г.Вольф (1832 г.) - он спас женщину, умирающую от маточного кровотечения после родов.

Однако исход переливания остался непредсказуемым до тех пор, пока австрийский ученый Карл Ландштейнер (Landsteiner) не установил наличие у человека групп крови. Ян Янский, чех, в 1907 г. выделил I, И, III, IV группы крови, чем подтвердил

Карла Ландштейнера. А в 1908 году, когда было признано уче­ ние об иммунитете И.И.Мечникова и П.Эрлиха (Нобелевская премия, 1908 г.), этот факт получил научное обоснование. В 1930 г. Карл Ландштейнер получил за свое открытие Нобелев­ скую премию.

Следы крови есть на трех христианских святынях, что со­ гласуется с Евангельским сказанием. Так, в хранящуюся в Тури­ не Плащаницу тело Христа было завернуто сразу после снятия с креста. Туника, находящаяся в церкви Святого Дениса в при­ городе Париэюа была на Христе во время его крестного пути на Голгофу, а Судариум из собора Спасителя в испанском горо­ де Овьедо накрывал голову Христа во время положения во гроб. Специальный анализ показал, что кровь, обнаруэ/сенная на р е ­ ликвиях, принадлежит группе АВ. Такая группа крови чаще все­ го встречается у жителей Палестины, Сирии, Иордании и Турции. Группа АВ очень редкая. Сегодня на нашей планете ее имеют менее 1,5 млн. человек. Ученые предполагают, что кровь на всех святынях принадлежала одному и тому ж е чело­ веку.

9.7.5. Наркоз

Основной задачей анестезиологии является обезболивание; ее вторая цель - поддержание нормального функционирования всех жизненно важных органов и систем больного во время опе­ рации

Известно, что в Древнем Риме для уменьшения боли после операции использовались экстракты мандрагоры и мака. Китай­ ский хирург Хуа Тао во II веке н. э. применял лекарственные средства во время операции.

До появления современной анестезиологии, т.е. всего 140 лет назад, объем хирургической помощи сводился в основ­ ном к выполнению ампутаций, сопоставлению костных отлом­ ков при переломах и зашиванию поверхностных ран. Важней­ шим качеством хирурга считалась быстрота: хороший врач мог ампутировать нижнюю конечность всего за 25 секунд. Никаких приемлемых способов уменьшить страдания больного не было,

и хирургическое лечение заболеваний органов брюшной и грудной полостей или головного мозга считалось поэтому со­ вершенно невозможным.

Фундамент для создания эффективных анестезирующих препаратов был заложен в последней четверти XVIII в. В 1770 г. Джозеф Пристли и Антуан Лавуазье открыли кисло­ род. В 1808 г. Гемфри Дэви описал свои исследования закиси азота («веселящего газа») и указал на возможность использова­ ния ее в хирургической практике. Хлороформ был открыт вели­ ким немецким химиком Юстусом Либихом. Эфир и хлороформ стали известны практикующим врачам к 1831 г.

Как ни странно, первыми попытались использовать их в ка­ честве анестетиков стоматологи. Гораций Уэллз в 1844 г. по­ просил своего коллегу Джона Риггса удалить зуб. Была исполь­ зована закись азота. Уильям Мортон, который доказал пригод­ ность общего анестетика в хирургической практике, был зуб­ ным врачом. В 1846 г. в Массачусетской больнице он применил для общего обезболивания эфир, и хирург Джон Коллинз Уор­ рен смог удалить опухоль шеи у больного по имени Джильберт Эббот. Н. И. Пирогов начал широкое использование эфира в 1847. Хлороформ, открытый великим немецким химиком Юс­ тусом Либихом, стал использоваться в медицине также с 1847 г.

9.7.6. История таблетки

Таблетки являются наиболее распространенной формой ле­ карственных средств. Они различаются и по виду, и по способу применения, и по цели применения. Наиболее известны таблет­ ки, применяемые перорально, которые проглатываются, а затем всасываются слизистой оболочкой желудка или кишечника. Растворимые и жевательные таблетки благодаря удобству в применении являются одной из популярнейших лекарственных форм.

В отличие от многих других лекарственных форм (порош­ ков, растворов) - таблетка достаточно недавнее изобретение. Их история насчитывает всего четыре столетия. Изобрел таб­ летки швейцарский врач, астролог и профессор Парацельс,

живший в XVI в. Он первым додумался увлажнить и спрессо­ вать порошок.

По виду таблетки бывают круглыми, многоугольными, ци­ линдрическими, овальными. Форма таблеток должна быть пра­ вильной, без выщербленных мест, гладкой и однородной. Диа­ метр от 3 до 25 мм; те, что больше - зовутся уже не таблетками, а брикетами. Если диаметр превышает 9 мм, то на таблетки на­ носят насечку. Это позволяет при их употреблении уменьшить дозировку препарата. Кстати, именно от дозировки зависит и вес таблетки, который может варьироваться от 0,5 до 20 грамм. Кроме того, на вес таблетки влияют и другие компоненты, так называемые сопутствующие или вспомогательные вещества. Они нужны для того, чтобы образовать легко прессуемую мас­ су, а также - обеспечить освобождение лекарственного средства с необходимой скоростью. Но общее количество этих веществ не должно превышать 20% веса лекарственного вещества. Ис­ ключение составляют разбавители, необходимые для достиже­ ния определенного веса таблетированных препаратов при не­ значительном содержании самого лекарственного вещества. Их количество не нормируется.

Все вспомогательные вещества, используемые в производ­ стве таблеток, в зависимости от их назначения подразделяются на следующие группы: разбавители, разрыхляющие, скользя­ щие и смазывающие, связывающие. Разрыхляющие вещества обеспечивают механическое распадение таблеток в желудке или кишечнике. Плохая распадаемость таблетки может послужить причиной снижения терапевтического свойства препарата. Свя­ зывающие вещества помогают увеличить прочность лекарст­ венного средства. А скользящие или смазывающие - обеспечи­ вают скольжение и уменьшают прилипаемость к стенкам ки­ шечника.

9.7.7. Несколько знаменитых имен

9.77.1. Александер Флеминг (Fleming, 1881-1955), англий ский микробиолог и биохимик, открыл пенициллин. В 1922 г.

он открыл лизоцим-фермент, способный уничтожать некоторые микроорганизмы.