тема 4 20-нач.21 века
.docxВЫДАЮЩИЕСЯ ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ 20-НАЧАЛО 21 ВЕКА В XX веке естествознание развивалось невероятно быстрыми темпами. Его развитие стимулировалось потребностями практики. Развивающаяся быстрыми темпами промышленность требовала новых технологий, в основе которых лежало естественнонаучное знание.
Можно выделить следующие открытия в естествознании, которые привели к научным революциям в XX в.:
Астрономия: модель Большого взрыва и расширяющейся Вселенной.
Геология: тектоника литосферных плит.
Физика: в ней постепенно выделяются три основных направления: исследование микромира (микрофизика), макромира (макрофизика) и мегамира (астрофизика). Были проведены фундаментальные исследования в области атомов:
разработка модели атома;
доказательства изменяемости атома;
доказательства существования разновидностей атома у химических элементов.
Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Э. Резерфордом, атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система, однако, была весьма неустойчива. Вскоре модель атома была значительно усовершенствована выдающимся датским физиком Нильсом Бором. Ядерная модель атома Резерфорда в интерпретации Бора стала основным понятием новой атомистики.
На протяжении почти двух десятков лет господствовала протонно-электронная модель ядра, и только после открытия Дж. Чедвиком в 1932 г. нейтрона, возникли современные представления о протонно-нейтронной модели атома.
Итак, следствием фундаментальных физических открытий оказалась разработка структуры атома в целом. Вскоре была открыта и другая элементарная частица - положительный электрон. Таким образом, сформировались основные положения современной атомистики, которые могут быть сформулированы следующим образом:
1. Атом является сложной материальной структурой и представляет собой мельчайшую частицу химического элемента.
2. У каждого элемента существуют разновидности атомов.
3. Атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого.
Другая фундаментальная теория современной физики - теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной теории относительности был получен важный методологический урок, который состоит в том, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета, и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства-времени.
Квантовая механика: корпускулярно-волновой дуализм. В 30-е гг. XX в. было сделано важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Это явление получило название дуализма волны и частицы - представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля - волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. В 1925-1927 гг. для объединения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи - микромире, была создана новая волновая, или квантовая, механика. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира.
Синергетика: становление новых структур в неживой природе. Заслуга синергетики состоит, прежде всего, в том, что она впервые показала, что процессы самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновестность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень имеют в них процессы самоорганизации. Главное достижение синергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в процессе непрестанной эволюции и развития.
Биология: модель происхождения жизни. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез о происхождении жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных естественных наук, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники.
Генетика: механизм воспроизводства жизни. В 1900 г.Х. де Фризом, вторично были открыты законы наследственности, установленные Менделем. После этого быстрыми темпами стало происходить развитие генетики. Утвердилось понятие хромосомы, как структурного ядра клетки, содержащего ДНК. Американским ученым Томасом Морганом была сформулирована хромосомная теория наследственности. Важным событием в развитии генетики стало также открытие мутаций - возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов.
Химия: деление всей науки на пять разделов: неорганическая, органическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений. В 20 веке широко стали применяться неорганические соединения как конструкционные материалы для всех отраслей промышленности, включая космическую технику, как удобрения, ракетное топливо. Были открыты: новый тип синтетических полимеров - полиамиды, тефлон, создаются "вечные" смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые в космической и реактивной технике, химической и электротехнической промышленности. Благодаря этим и многим другим открытиям из органической химии выросла химия высокомолекулярных соединений (полимеров). Проникновение органической химии в смежные области - биохимию, биологию, медицину, сельское хозяйство - привело к изучению свойств, установлению структуры и синтезу витаминов, белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков и т.д.
Экология: взаимодействие живого со средой.
Этология: формы поведения организмов.
Кибернетика: управление в неживой и живой природе. Основателем ее является американский математик Н. Винер, выпустивший в 1948 г. книгу под названием "Кибернетика". Кибернетика изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем.
Социобиология: соотношение естественного и социального.
Психоанализ: роль бессознательного в человеческой психике.
Эти научные революции позволили сформулировать следующие общие закономерности развития мира:
эволюция природы (от Вселенной до кварков);
самоорганизация (от неживых систем до биосферы);
системность связи неживой природы и человека (в экологии);
имманентность природных систем пространству и времени (в теории относительности);
относительность разделения на субъект и объект (в квантовой механике и синергетике).
Появились новые общенаучные концепции и подходы: системный (исследование предметов как систем), структурный (исследование уровней организации), вероятностный (применение вероятностных методов) и т.п.
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОСТИЖЕНИЯ
Во второй половине ХХ в. человечество сделало новый гигантский шаг в овладении тайнами природы и их практическом применении. Открытие и использование атомной энергии, освоение космоса, появление новых технологий (лазеры, компьютеры, роботы, спутниковая связь, альтернативные источники энергии) коренным образом изменяют материальные и производительные социальные силы, организацию и управление производством.
К 40-м годам созрели условия для превращения того, что ранее было лишь теоретическими выкладками в материальную сферу технических достижений. К этому периоду относятся становление электроники, приведшее к созданию первых ЭВМ, применение радиолокации, телемеханики и автоматики, создание ядерного оружия и начало работы над термоядерным, разработка проектов мирного использования энергии атома, экспериментальных реактивных самолётов, в том числе со сверхзвуковой скоростью, широкое внедрение радио, первые шаги телевидения и многое другое.
К середине 50-х годов ХХ века техника материального производства начинает ускоренно развиваться под действием научных знаний. Наука становится постоянным источником новых идей, указывающих пути развития материального производства.
С 60-х – 70-х гг. происходит автоматизация производственных процессов. Возникает такое усовершенствованное оборудование, как роботы, станки с программным управлением, гибкие производственные линии.
С конца 70-х гг. появляются качественно новые черты, связанные с развитием микроэлектроники. Этот этап получил название компьютерной (микропроцессорной, или информационной) революции. Она идет до сих пор, информационные технологии постоянно приобретают новые и более совершенные формы.
ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МЕДИЦИНЫ
Теоретическая медицина, медико-биологические дисциплины. За выдающиеся открытия в области медико-биологических наук и смежных с ними областей знаний присуждено самое большое количество самых престижных премий, включая Нобелевские (почти 300 премий). Морфология человека – анатомия, эмбриология, гистология (наука о тканях), цитология (наука о клетке) – превратилась из описательной науки в общебиологическую и экспериментальную, изучающую морфологические основы взаимодействия строения организма, органов и тканей. Рентгеноанатомия выделилась в специальную область научных знаний и дает возможность изучать форму и строение живого человеческого тела.
На рубеже XIX-XX вв. начался переход физиологии от аналитического понимания жизненных процессов к синтетическому. Основополагающую роль в этом переходе сыграли научные учения И.М. Сеченова и И.П. Павлова (1849 – 1936) о единстве организма и среды. В ХХ столетии создается учение о системе управления функциями организма, истоки которого в трудах И.П. Павлова и исследованиях других выдающихся ученых. И.П. Павлов вводит термин «нервизм» – это направление в физиологии, исходящее из идеи о главенствующей роли центральной нервной системы в регуляции всех функций и физиологических процессов в организме животных и человека. За работы в области пищеварения (описание механизмов нервной регуляции пищеварения) в 1904 г. И.П. Павлов был удостоен Нобелевской премии. В 1935 г. XV конгресс физиологов провозгласил его старейшиной физиологов мира и подтвердил огромный вклад оригинальной отечественной физиологии в сокровищницу медицины. В развитие физиологии возбудимых тканей и нервной системы в целом вклад внесли Н.Е. Введенский (1852 – 1922); А.А. Ухтомский (1875 – 1942); Л.А. Орбели (1882 – 1958); Б.Ф. Вериго (1860 – 1925) – первый физиолог Урала, первый декан медицинского факультета Пермского университета, ученик И.М. Сеченова; В.В. Парин (1903 – 1971), окончивший медицинский факультет Пермского университета, выдающийся деятель медицины, ученый-новатор, его труды по физиологии кровообращения, сердца, по медицинской кибернетике широко известны. Он создал основы космической физиологии и медицины.
В учении об управлении и координации функций, координации к адаптации играет роль не только нервная система, но и эндокринная система, действующая совместно с центрами нервной системы. Это признавал и канадский патолог Г. Селье (1907 – 1982), выдвинувший теорию стресса и общего адаптационного синдрома. Его труды способствовали развитию эндокринологии и гормонотерапии. Открытие гормона инсулина в 1921 г. физиологами Ф. Бантингом (1891 – 1941) (Канада) и Д. Маклеодом (1876-1935) (Англия) произвело переворот в лечении сахарного диабета. Позже были выделены гормоны кортизон, преднизолон и др. Широкое распространение получила гормонотерапия эндокринных и неэндокринных заболеваний.
Период конца XIX – начала XX столетия ознаменовался крупными достижениями в микробиологии и иммунологии. Началась бактериологическая, иммунологическая и антисеп-тическая эра, т.е. эра открытия возбудителей инфекционных заболеваний, создания вакцин, разработки методов антисептики и асептики. В трудах Л. Пастера, Р. Коха, И. Мечникова, П. Эрлиха, Ф. Эрисмана, М. Петтенкофера, Д. Заболотного и других «охотников за микробами» была сформулирована стратегия широкого наступления на инфекционные, паразитарные, социальные заболевания, борьба с сепсисом. Основные положения учения об иммунитете (И.И. Мечников – в России и П. Эрлих – в Германии, оба в 1908 г. удостоены Нобелевской премии), развитие иммунологии как науки о невосприимчивости организма к инфекционным болезням заложили фундамент современной иммунологии, которая постепенно в ХХ в. включила проблемы патологии, генетики, эмбриологии, трансп-лантологии, онкологии, хирургии, генной инженерии и др.
Во второй половине XX в. сформировалась самостоятельная теоретическая и клиническая область медицины – аллергология. Она изучает причины возникновения, механизмы развития, проявления, методы диагностики, профилактики и лечения аллергических реакций и заболеваний.
Основы нового раздела фармакологии – химиотерапии заложил в начале ХХ в. немецкий ученый П. Эрлих. Он доказал возможность по заданному плану синтезировать препараты, способные воздействовать на возбудителей заболеваний, в частности на возбудителей сифилиса. В 1930-е гг. началось создание таких высокоэффективных средств, как сульфаниламидные препараты (сульфидин, стрептоцид). Г. Домагк (1895-1964, Германия) обосновал их антибактериальное действие и использовал в лечебной практике. В 1940-е гг. началась эра антибиотиков. Началось промышленное произ-водство пенициллина (в 1929 г. в Англии А. Флеминг открыл пенициллин; в 1942 г. в СССР З.В. Ермольева открыла отечественный пенициллин. З. Ваксман (США) в 1943 г. открыл стрептомицин – первый антибиотик, эффективный против туберкулеза.
Пограничным разделом фармакологии, биохимии, гигиены питания и некоторых других областей науки является витаминология. В ХХ в. возникло учение о витаминах, впервые открытых русским ученым Н.И. Луниным (1853 – 1937) еще в конце XIX в. К. Функ (1884 – 1967) ввел термин авитаминоз. Механизмы развития многих авитаминозов были расшифрованы. Найдены пути их предупреждения, разработаны методы синтетического получения некоторых витаминов.
В клинической медицине, опиравшейся на прогресс естественных наук и техники, на эффективную медицинскую технологию, достижения теоретической медицины, произошли коренные преобразования, изменился ее характер. Изменения коснулись понимания природы болезней и возможностей их раннего распознавания, лечения, реабилитации и профилактики. Особое значение имеют методы структурной, лабораторной и функциональной диагностики: электрокардиографии, звукового метода измерения АД, катетеризации сердца, методы исследования функции внешнего дыхания, ядерно-магнитно-резонансной интроскопии, коронарографии и др.; методы рентгено- и радиоизотопной диагностики, эндоскопии с использованием волоконной оптики, компьютерной томографии, диагностики клеточного метаболизма и т.д. Анализ крови: биохимический, на инфекции, гормоны, гепатиты, анализы на микроэлементы, на то, каких витаминов, минералов не хватает организму – всё это позволяет врачу выявить тончайшие изменения морфологии и функции любого органа, переход ее от нормы к патологии и к болезни. Таким образом, в XX в. врач способен реально применить комплексный подход к организму человека с целью управления его здоровьем. Он может выявить основные причины заболевания, вторичные симптомы, получить максимальный объем диагностической информации о состоянии здоровья пациента, проводить системный анализ полученных данных, разрабатывать стратегию и тактику индивидуального лечения, наиболее оптимального для данного человека.
Терапия продолжает развиваться как основная клиническая дисциплина и как врачебная специальность. Она формирует мышление клинициста, интегрирует результаты исследований в различных областях медицины. Развитие отечественной терапии в значительной мере связано с деятельностью представителей классической медицины, терапии и созданных ими школ: В.П. Образцова (1849 – 1920), давшего классическое описание клиники инфаркта миокарда (совместно с Н.Д. Стражеско), разработавшего пальпаторный метод исследования органов брюшной полости; Н.Д. Стражеско (1876 – 1952), труды по патологии кровообращения и пищеварения, ревматизму; М.П. Кончаловского (1875 – 1942), основные труды по патологии органов пищеварения, крови, ревматизму, проблемам т.н. предболезненных состояний и трудового прогноза; Г.Ф. Ланга (1875 – 1948), труды по кардиологии и гематологии, разработал учение о гипертонической болезни; Д.Д. Плетнева (1872 – 1941), одного из основателей кардиологии в СССР, труды по инфекционным болезням, проблемам психосоматики, истории и методологии медицины; А.А. Мясникова (1899 – 1965), основные труды по сердечно-сосудистой патологии, болезням печени и др., лауреата международной премии «Золотой стетоскоп» (1964).
Общим для этих научных школ был комплексный естественно-научный подход к проблемам патологии, связь их тематики с узловыми проблемами здравоохранения и принципом профилактики, широкое применение клинико-экспериментального метода, сочетающегося с изучением больного в социальном окружении. Терапия XX в. включает в себя кардиологию, пульмонологию, аллергологию, гематологию, нефрологию, ревматологию, гастроэнтерологию и т.д.
Хирургия XX в. достигла блистательных успехов. Они были связаны с развитием методов обезболивания (спинномозговая, внутривенная анестезия, местное обезболивание, эндотрахеальный поверхностный наркоз); управления жизненно важными функциями организма во время операции и в послеоперационном периоде (анестезиология, реаниматология); переливания крови (группы крови открыты К. Ландштейнером, Австрия, Я. Янским, Чехия) в 1900 – 1907 гг.; К. Ландштейнером и А. Винером в 1940 г. открыт резус-фактор; внедрением методов переливания крови (цельной, консервированной, коронарной), различных препаратов крови, кровезамещающих, плазмозамещающих жидкостей); а также с разработкой методов борьбы с шоком и инфекцией; применением средств, снижающих свертываемость крови – антикоагулянты, новые антибиотики, гормоны и другие эффективные медикаменты; с перманентной технизацией хирургии; созданием новых технологий оперативного лечения, которые позволили применять хирургическое лечение при заболеваниях труднодоступных и жизненно важных органов (сердца и магистральных сосудов, легких, головного и спинного мозга). Существенно изменился сам предмет хирургии: круг так называемых хирургических болезней значительно расширился. В рамках хирургии развивается трансплантология (пересаживание у животных, человека органов, тканей). Разработчик основ трансплантологии и лечения больных с использованием искусственных органов – хирург-экспериментатор, выдающийся ученый-испытатель В.П. Демихов (1916 – 1998). В 1936 г. он вживляет собаке изготовленный первый в мире вариант механического сердца. Собака прожила несколько месяцев. Основоположник российской клинической трансплантологии, обладатель золотой медали «Выдающийся хирург мира», академик В.И. Шумаков (1931 – 2008) впервые в стране произвел успешную пересадку сердца (1987). Перспективный раздел современной трансплантологии – разработка проблемы создания искусственного сердца, печени, поджелудочной железы.
В 1930-е гг. началось развитие торакальной (грудной) хирургии. Кафедра общей хирургии Пермского мединститута (возглавлял ее Б.В. Парин) в годы Великой Отечественной войны работала по проблеме хирургии ранений органов грудной полости. Одним из отечественных основоположников учения о травме груди по праву считают академика Е.А. Вагнера, который с 1970 по 1995 г. был ректором крупнейшего на Урале Пермского мединститута. Учениками созданной им хирургической школы защищено более 100 диссертаций по различным проблемам травмы груди. В 1995 г. в Перми был открыт областной центр сердечно-сосудистой хирургии, который возглавляет ученик Е.А. Вагнера профессор С.Г. Суханов.
Особенностью хирургии явилась ее связь с экспериментальными исследованиями, дифференциация научных знаний и, одновременно, их интеграция в целостную научную систему. Из хирургии выделились офтальмология и гинекология, урология и отоларингология, травматология и ортопедия, нейрохирургия и онкология, сосудистая и легочная хирургия, кардиохирургия и проктология, детская хирургия и др. Анестезиология и реаниматология восстанавливают нарушенные или утраченные функции важнейших систем организма, выживание больных в ближайшем послеоперационном периоде, оживление, лечение болезней оживленного организма. Современный этап развития хирургии отличает активное развитие реконструктивного направления. Не удалять, а реконструировать, восстанавливать физиологическую целостность органа или системы – генеральное направление развития хирургии ХХ и ХХΙ в.
С внедрением в медицинскую практику лазеров (1978, 1984) возникла лазерная хирургия: применение светового скальпеля для стерильного и бескровного рассечения и разрушения тканей. Микрохирургия представляет собой соединение обычной хирургической техники и новых технических приемов, связанных с использованием специального оборудования и инструментов. Оптические системы: операционные микроскопы и лупы, особые инструменты, сочетающие миниатюрность с высокой точностью (в т.ч. микроманипуляторы), специальный шовный материал – все это сделало возможным успешное проведение операций, требующих особой точности. Историк медицины М.Б. Мирский пишет, что «ХХ столетие стало воистину «золотым веком» хирургии, которая проделала фантастический путь от первого сосудистого шва до эндоскопической хирургии и сложнейших реконструктивно-пластических операций».
Профилактическая медицина. Гигиенические науки, эпидемиология, микробиология, социальная медицина и организация здравоохранения исследуют проблемы единства организма и среды, разрабатывают специфические формы профилактики, включающие осуществление социальных и общественных мер по оздоровлению окружающей среды, условий труда и быта, надзор за выполнением санитарного законодательства, гигиенических нормативов, противоэпидеми-ческих мероприятий. С конца XIX в. совершается переход от общих описаний к точному количественному и качественному исследованию воздуха, почвы, воды, шума, питания и т.д. (с применением физических, химических, биологических, бактериологических и других методов). В начале 1920-х гг. гигиена распалась на ряд самостоятельных дисциплин – социальную гигиену, гигиену труда, коммунальную гигиену, гигиену детей и подростков, гигиену питания, радиационную, военную, авиационную и др.
В 1960-70-х гг. была выявлена цитогенетическая активность ряда пестицидов, мутагенная и канцерогенная активность окислов азота, нитратов, нитритов, нитрозаминов и других нитросоединений. С целью снижения загрязнений воздуха до уровня безвредного для человека вводится новая технология производственных процессов, совершенствуются методы сжигания топлива, твердое топливо заменяется газообразным, запрещается пользование этилированным бензином в городах.
Всемирная организация здравоохранения осуществляет широкую программу медико-биологической оценки качества окружающей среды, проводит работу по установлению социально-гигиенических критериев оценки загрязнений в местах человеческих поселений.
Во многих странах разработаны национальные стандарты или предельно допустимые концентрации токсических веществ в водопроводной воде и атмосфере; большое значение приобретает разработка международных критериев применительно к наиболее частым загрязнителям окружающей среды, создаются государственные и общественные организации, специальные программы, отпускаются значительные средства на их осуществление. Главный путь охраны природной среды от загрязнителей ученые видят в преобразовании технологических процессов в замкнутые циклы. Борьба против наступления экологического кризиса превратилась в один из важнейших факторов международной политики и международного сотрудничества. На одно из первых мест в медицине при научных исследованиях выдвинулась проблема радиационной защиты человека.
На рубеже XIX – XX вв. возникает и развивается социально-гигиеническая мысль. Это ярко проявилось в трудах основоположников отечественной и зарубежной экспериментальной научной гигиены, социальной гигиены А.П. Доброславина, Ф.Ф. Эрисмана, Н.А. Семашко, Г.В. Хлопина, М. Петтенкофера и др. Предметом социальной гигиены является состояние здоровья населения и отдельных групп, влияние социально-экономических факторов на общественное здоровье и здравоохранение, формы и методы управления здравоохранением, его теоретические основы.
Значительные успехи в борьбе с инфекционными болезнями во многом связаны с достижениями микробиологии, эпидемиологии. В создании отечественных оригинальных вакцин, в разработке теории и практики вакционопрофилактики и вакцинотерапии большое значение имели работы Н.Ф. Гамалеи (1859 – 1949) – одного из основателей первой в России бактериологической станции (Одесса, 1896), инициатора профилактики бешенства, холеры, оспы, чумы и сыпного тифа; Д.К. Заболотного (1866 – 1929) – одного из основоположников эпидемиологии и учения о природной очаговости чумы, организатора Института эпидемиологии и микробиологии АН Украины; Л.А. Тарасевича (1868 – 1927) – основателя НИИ стандартизации и контроля медицинских и биологических препаратов, директора Государственного института народного здравоохранения (ГИНЗ); П.Ф. Здродовского (1890 – 1976) – получившего и внедрившего в практику вакцину против бруцеллеза; А.А. Смородинцева (1901 – 1989) – создавшего живую вакцину против полиомиелита, что позволило полностью ликвидировать это заболевание; М.П. Чумакова (1909 – 1993) – разработавшего и внедрившего (совместно с А.А. Смородинцевым) вакцину против полиомиелита; Л.В. Громашевского (1887 – 1980) – установившего механизм передачи сыпного тифа и разработавшего способы его предупреждения и др.
