Страница:
Согласно гипотезе Берковича, достаточно сделать допущение, что какая-то внешняя причина задержала ход одного из счетчиков. Если бы это произошло, то все соседние счетчики стали бы подстраиваться под него. В этом случае остановленный счетчик превратится в центр, из которого во все стороны разбегаются спиральки информационной активности, то есть генераторы материи. Подсчеты показали, что для образования всей массы материи, составляющей нашу Вселенную, достаточно остановить счетчик всего на такое количество оборотов, которое соответствует времени примерно в одну тысячу секунд, то есть меньше 17 минут.
Наконец еще один фундаментальной важности вопрос. Эйнштейн последние тридцать лет своей жизни работал над созданием единой теории поля. Он стремился выработать такую общую физическую концепцию, из которой и электромагнетизм, и квантовая механика, и тяготение вытекали бы как частные случаи. Однако эта работа не привела к успеху. Трудно предположить, что Эйнштейну не хватило ума и таланта для достижения цели, тем более, что те, кто отваживался идти по тому же пути после него, тоже почти не продвинулись вперед. Не значит ли это, что ошибка заключалась в самой постановке проблемы?
Беркович убежден, что это именно так. Все, что говорилось выше, связано только с одним классом решений его основного уравнения. Но есть и другие решения. Одно из них дает распространение информации не по спиралям, а диффузионным путем, как бы по простым прямым линиям. Причем эти линии, приближаясь к линиям, продуцируемым спиралями, стимулируют их смещение в свою сторону, что позволяет отождествить их с полем тяготения.
Если так, то становится ясно, почему не удалось создать единую теорию поля. Единства между тяготением и другими физическими явлениями в рамках физического мира не существует. Оно возникает лишь на более глубоком уровне – информационном.
Берковичу приходилось излагать свою модель мира на различных научных симпозиумах и конференциях. Отношение к его взглядам остается недоверчивым. Признают богатые возможности предложенного им подхода, но не принимают данную модель до тех пор, пока в ее рамках не будет получено четкого количественного (а не только качественного) описания фундаментальных физических явлений или пока она не будет подтверждена так называемым решающим экспериментом. Однако всестороннее количественное исследование модели наталкивается на трудности вычислений, что же касается экспериментальной проверки, то идея таковой возникла у Берковича только в самое последнее время.
Это связано с проблемой антимира. В модели Берковича он без труда находит свое место: спирали нашего мира имеют одно направление вращения, но теоретически возможны оба направления. Вращаясь в другую сторону, спираль дает античастицу: позитрон или антипротон.
По теории вероятностей, первоначально должно было возникнуть примерно равное количество частиц и античастиц. Сталкиваясь друг с другом, они взаимно аннигилировали. Те частицы, которые случайно оказались в избытке, – это и есть наш мир. Такую точку зрения высказал еще А.Д.Сахаров, который связал избыток материи по сравнению с антиматерией с проблемой нарушения симметрии в начальный момент жизни Вселенной. В этой концепции Беркович и увидел возможность экспериментальной проверки своей гипотезы.
Решающим считается такой эксперимент, результаты которого должны не только вытекать из проверяемой теории, но и опровергать существующую альтернативную концепцию.
Согласно представлениям современной физики, пространство однородно, то есть все направления в нем равноправны. Из модели Берковича вытекают иные представления: в пространстве существует абсолютное выделенное направление. Это направление связано с нарушением симметрии. Оно может быть выявлено экспериментально путем наблюдения распада некоторых недолговечных частиц (К-мезонов).
Физики давно уже обнаружили, что изредка, примерно один раз из тысячи, распад К-мезонов происходит аномально: так, словно материя имеет преимущества перед антиматерией. Беркович предполагает, что в случае отклонения от нормы распада направление движения частицы в момент распада совпадает с предсказанным им абсолютным направлением в пространстве. В этом и заключена возможность проверки. Для той же цели может быть использован распад любых неустойчивых частиц. Похоже, никто не обращал внимания на направление движения частицы в момент распада: ведь с точки зрения теории относительности оно не имеет никакого значения. По представлениям Берковича, именно направление движения частицы определяет, распадается она или нет.
Появившаяся возможность подвергнуть модель Берковича экспериментальной проверке превращает ее из красивого умозрительного построения в простую рабочую гипотезу.
Приложение 3
Сто лет назад из раны были выделены микроорганизмы; с тех пор нагноение раны рассматривают как инфекционное осложнение. Если так, то для профилактики и лечения надо принимать те же меры, что и для лечения инфекционных болезней – предохранять организм от контакта с возбудителем и уничтожать микробы, коль скоро они там обнаружатся.
Асептика сыграла решающую роль в становлении современной хирургии. Стерильный инструмент и операционное белье, обработка рук хирурга и операционного поля – все это позволило резко сократить число послеоперационных нагноений. Появилось множество бактерицидных препаратов. И все же при лечении не стерильных, как в операционной, а уже инфицированных, случайных ран они не оправдали надежд. В 1945 г. известный хирург И.Г.Руфанов писал: «Стремление уничтожить микробы в ране с помощью бактерицидных средств потерпело крах».
Открытие сульфамидных препаратов и антибиотиков воскресило давнюю надежду победить инфекцию. Поначалу казалось, что дело идет на лад – послеоперационных осложнений, особенно со смертельным исходом, действительно стало меньше. Но потом, по мере применения этих препаратов, число нагноений вновь достигло уровня начала века, а частота трагических исходов при сепсисе достигает ныне 80 %…
В последние годы все чаще появляются сообщения о недостаточной эффективности антибиотиков для профилактики нагноения – они токсичны, могут вызвать тяжелые аллергические реакции и подавлять иммунитет, увеличивая риск возникновения особенно тяжелых форм сепсиса. Поэтому хирурги вновь стали применять антисептические средства, от которых раньше отказались, – органические и неорганические кислоты, растворы перманганата калия и нитрата серебра. Не лучший вариант, но если нет лучшего…
Словом, хирурги вернулись, так сказать, «на круги своя», а это свидетельствует о наличии кризисной ситуации.
Посмотрим, насколько нагноение в ране сходно с инфекционным заболеванием, ну, хотя бы с дизентерией. По таким признакам, как обязательное присутствие микробов или возможность передачи инфекции от одного больного к другому, например, во время перевязки (так называемая госпитальная инфекция), они весьма похожи. Однако нетрудно обнаружить и существенные различия.
Так, возбудитель инфекционного заболевания всегда строго специфичен, каждое инфекционное заболевание вызывается только «своим» микробом; а в разных ранах могут быть разные микроорганизмы. Более того, иногда в одной ране присутствуют сразу несколько микробных видов.
Далее. Если у больного обнаруживают патогенные микроорганизмы, то это, как правило, явно указывает на заболевание. А вот наличие микробов в ране далеко не всегда сопровождается нагноением. При исследовании мазков, взятых с поверхности хирургических ран в конце операций, микробы были найдены в 80–90 % случаев. Однако послеоперационных нагноений было гораздо меньше! Когда в годы Великой Отечественной войны наши хирурги накладывали швы на безусловно инфицированные раны, эти раны в четырех случаях из пяти заживали тем не менее без нагноения.
Отметим еще одно различие между нагноением и инфекционным заболеванием, на сей раз в эволюционном плане. Встреча организма с микробом, который вызывает инфекционное заболевание, – это явление случайное, оно вполне может не состояться, и тогда человек (или животное) данной болезнью не заболеет. Другое дело ранение. Должно быть, нет на Земле существа, которое всю жизнь не получало бы ссадин, царапин и порезов. А так как микробы вездесущи, они непременно попадают в рану, и потому в процессе эволюции обязательно должен был появиться некий механизм, который не позволил бы каждому ранению стать причиной опасного для жизни заболевания, либо возникнуть некий симбиоз с микробами.
Второе предположение, по-видимому, более вероятно. Ведь на любом этапе, вплоть до полного выздоровления, при самом благоприятном течении, в ране можно обнаружить микроорганизмы. Вряд ли их взаимоотношения построены на антагонизме.
Зачем ране микробы? При случайной травме в рану попадают самые разнообразные микробы. Однако некоторое время спустя микрофлора в ране заметно меняется: она становится похожей на ту флору, которая населяет кожу, слизистые оболочки и кишечник. Это стафилококки, синегнойная палочка, кишечная палочка, различные анаэробы. Конечно же, в ране размножаются не всякие микробы, а лишь те, для которых здесь самые подходящие физико-химические условия.
Характерная особенность микробов, заселяющих кишечник и рану: у них есть мощная ферментная система, способная расщеплять белки. Микроорганизмы кишечника гидролизуют своими ферментами пищевые остатки и способствуют их усвоению. Что касается раны, то в ней всегда есть омертвленная, некротизированная ткань, рана никогда не заживает, пока нежизнеспособная ткань в ней сохраняется. Единственный механизм, который предлагает природа – ферментативное расщепление такой ткани. Конечно, ферменты для этой цели вырабатываются организмом. Но и микробы принимают в этом участие.
Итак, биологический смысл присутствия микробов состоит в том, что, способствуя разложению мертвой ткани, они ускоряют очищение и заживление раны. А если так, то, стремясь во что бы то ни стало убить микробы, покуда в ране есть некротическая ткань, мы действуем против механизма, выработанного природой. С помощью антибиотиков и сульфамидных препаратов мы нарушаем экологические взаимоотношения, которые сложились между микробами и раной в процессе эволюции. В результате наших действий рану стали заселять микробы, нечувствительные к применяемым препаратам. Появились новые экологические системы, которые организму не на пользу.
Исследования последних десятилетий позволили понять закономерности заживления ран. Установлено, в частности, что все без исключения раны заживают через воспаление, а подавляющее большинство ран, если они не подвергались специальной хирургической обработке, и через нагноение. Запомним это: воспаление – обязательный этап заживления всех ран, нагноение сопровождает почти каждую рану.
В любой ране, будь то царапина или обширное повреждение тканей, тотчас после ранения возникает нервно-сосудистая реакция, которая ведет к отеку. С первых минут ткани закисляются, pH уменьшается до 5.0 и ниже. В близлежащих тканях повышается концентрация солей, в самой ране растет осмотическое давление, туда начинают поступать плазма и клетки крови – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Клетки двух разновидностей – нейтрофильные лейкоциты и эозинофилы – в первые же дни распадаются и выделяют в рану протеолитические ферменты, способные расщеплять белки. Заметим, что речь идет о расщеплении нежизнеспособных, мертвых тканей. Что касается живых клеток, то они содержат антиферменты, которые мешают протеолитическим ферментам проявить свою активность.
Эти стереотипные изменения рассматривают обычно как результат отклонений от нормы. Так, закисление объясняют нарушением обменных процессов и накоплением молочной кислоты, повышение осмотического давления связывают с нарушением водно-солевого обмена, отек тканей – с нарушением микроциркуляции и проницаемости капилляров.
Но ведь эти процессы происходят всегда и в каждой ране! Разве это не говорит нам, что они, так же как воспаление, выработаны в процессе эволюции и, следовательно, в основе своей целесообразны?
Это принципиальный момент. Если мы имеем дело с осложнениями, то с ними необходимо бороться, а если с закономерностями, то им нужно следовать.
В чем же целесообразность закисления раны? По-видимому, в том, что кислая среда препятствует развитию патогенной флоры. Рост осмотического давления способствует вымыванию из глубины тканей нежизнеспособных клеток, а повышенная ферментная активность ускоряет их распад и отторжение.
Биологический смысл воспаления и нагноения в ране также состоит в том, чтобы ускорить ее очищение. Механизм представляется следующим. Рана не закроется, пока из нее не будет удалена мертвая, некротизированная ткань. Если ее немного, с задачей справляются макрофаги и другие клетки. Они удаляют микроорганизмы подобно инородным телам, и рана заживает. Но когда некротической ткани больше и макрофаги не могут сами с ней справиться, в ране начинают размножаться микробы. Пока их мало, до 105 на грамм, нагноения не возникает. Но, если омертвленной ткани в ране так много, что ни макрофаги, ни присутствующие там в небольшом количестве микробы не способны ее удалить, микробы получают сигнал к размножению. В ответ на их бурное размножение в рану поступают новые и новые лейкоциты, они захватывают микроорганизмы и погибают вместе с ними, образуя гной. Распадаясь, лейкоциты выделяют в рану и собственные протеолитические ферменты.
Конечно, взаимоотношения между микробами в ране и организмом не всегда такие идиллические. Целесообразность эволюционных процессов относительна. Если защитные механизмы недостаточно сильны, микробы могут проникнуть в здоровые ткани и вызвать распространение инфекции. Правда, с общебиологических позиций гибель существа с дефектной иммунной системой оправдана, это часть системы биологического отбора. Но врачи, обязаны смотреть не с общебиологической точки зрения, а с гуманной, медицинской. Как правило, неизвестно состояние иммунной системы раненого, и нельзя исключить, что микробы в ране могут стать причиной смертельной опасности. Стремление их уничтожить – оправдано и разумно.
При первичной хирургической обработке из раны удаляются сразу и микробы, и нежизнеспособная ткань, то есть врач идет тем же путем, который проложен природой. Впрочем, заживление происходит намного быстрее, чем если бы рана очищалась естественным путем.
Хирургическая обработка возможна далеко не при всяком ранении; но даже если она проведена, полностью удалить некротическую ткань удается не всегда. Профилактика нагноения, нехирургические методы лечения ран по-прежнему остаются проблемой.
Что же надо сделать? По меньшей мере, три дела одновременно: ускорить расщепление некротических тканей, сохранить способность тканей к регенерации и подавить рост микробов. Последнее – вынужденная мера, к которой придется прибегать до той поры, пока не научимся предсказывать активность иммунной системы каждого больного.
Пытаясь решить эту задачу, профессора С.С.Фейгельман и А.В.Каплан разработали препарат. Этот состав был разрешен к медицинскому применению. Он примерно в два раза по сравнению с традиционными способами лечения ускоряет отторжение нежизнеспособных тканей, подавляет рост микробов, в том числе устойчивых к антибиотикам. После обработки препаратом число микроорганизмов в ране уменьшается на несколько порядков. Опасность сепсиса резко уменьшается, токсические и аллергические явления исключены, восстановление тканей идет существенно быстрее.
Эволюционный подход, при котором процессы в ране рассматриваются не как случайные осложнения, а как закономерности, позволил создать препарат, помогающий естественным механизмам заживления.
Начнем с самого простого – с вопроса о теплокровных и холоднокровных.
У каждого класса и каждого вида животных есть свой диапазон температур, который они постоянно должны поддерживать. Нужна ли лихорадка холоднокровным (пойкилотермным) животным? Как ни странно, но зачем-то нужна: если болезнетворными бактериями заразить таких животных, то они усиливают двигательную активность, и температура тела повышается. Когда ящерицам, золотым рыбкам и другим холоднокровным давали аспирин, которым чаще всего сбивают температуру, то смертность увеличивалась…
Подобная картина наблюдалась и у теплокровных животных, подверженных инфекции. Так, взрослых мышей заражали вирусами герпеса или бешенства в тот период, когда искусственно повышалась температура, и мыши оказывались более устойчивыми к инфекции, чем животные с нормальной температурой. Мыши лучше сопротивлялись инфекциям даже в том случае, если температуру повышали только через сутки после заражения.
А если животные еще не могут сами регулировать температуру тела – например, новорожденные? Все равно – щенки в условиях гипертермии выживали значительно чаще, чем такие же щенки при нормальной температуре (и тех и других заражали вирусами собачьего герпеса). Правда, и этот пример – с вирусами. А как обстоят дела с бактериальными инфекциями?
И в этом случае замечено соответствие: животные выживают лучше при повышенной температуре. Такие данные получены при заражении кроликов пневмококками, стафилококками и бациллами сибирской язвы.
Однако вот какой вопрос: может быть, возбудители упомянутых инфекций просто чувствительны к температуре, которая возникает при лихорадке? Да, некоторые бактерии и вирусы действительно плохо переносят температуру 38–39 °C, а значит, защитный механизм лихорадки может объясняться – хотя бы отчасти – прямым влиянием тепла. Однако в большинстве случаев такого губительного действия выявить не удалось, и все равно при лихорадке сопротивляемость животных выше, чем при нормальной температуре. Значит, есть еще какие-то механизмы защиты?… Есть.
Что есть лихорадка – добро или зло? Этот вопрос врачи ставили с незапамятных времен. Однако ж припарки, компрессы и грелки пришли в наши дни из глубины веков…
Строгие научные исследования начались намного позже. Основоположник современной микробиологии и иммунологии Луи Пастер попытался выяснить, отчего куры не болеют сибирской язвой. В прошлом веке уже знали, что, температура тела птиц на 6–7 °C выше, чем у млекопитающих и человека. Именно в этом Пастер и видел причину непонятного феномена. Действительно, когда Пастер, взяв тазы с холодной водой, охладил кур до температуры 38 °C, то палочки сибирской язвы за сутки сделали свое черное дело – все подопытные птицы погибли. Но если зараженную курицу доставали из воды, то она – в зависимости от срока, прошедшего после заражения, – или вовсе не заболевала, или вскоре выздоравливала.
Итак, опыт показал, что температура тела имеет значение для возникновения и развития инфекции у птиц. А у человека?
Четко и однозначно сказать, есть ли связь между сопротивляемостью к инфекции и лихорадкой, пока нельзя. Если же заглянуть в историю медицины, то можно обнаружить, что в те времена, когда не было антибиотиков, лихорадку использовали для лечения спинной сухотки и поражений сердца гонококком; публикации такого рода можно найти в медицинских изданиях конца тридцатых годов. Однако при других заболеваниях (например, при полиомиелите) лечение лихорадкой себя не оправдало.
Нормальная температура поверхности кожи тела человека – приблизительно 36.6 °C. Отклонения допустимы на 0.5 °C; эти колебания зависят от режима жизнедеятельности. Установлен любопытный факт: сон и пробуждение связаны с температурой тела. Понижение температуры служит внутренним сигналом для отхода ко сну – мы склонны засыпать при падении температурной кривой, а просыпаться, напротив, на ее подъеме. От температурного цикла зависит и продолжительность сна; очередное повышение температуры разбудит вас, даже если перед тем вы не спали очень долго.
Возможно, тем, кто страдает расстройством сна, полезно выяснить свой температурный цикл, измеряя температуру каждые 2–3 часа на протяжении нескольких дней. Так можно установить, в какое время вам легче будет заснуть…
Зададимся вопросом: отчего повышается температура тела? Ведь лихорадка сама по себе – это не заболевание, а лишь его проявление, реакция организма на болезнь или какой-то внешний раздражитель.
Причин лихорадки несколько. В частности, на терморегулирующие центры мозга воздействуют продукты распада микробов. Разрушенные лейкоциты и обломки микроорганизмов, попадая в эти центры, повышают температуру до такого уровня, что она может губить остальных возбудителей болезни. А еще температуру повышают особые вещества – пирогены (в переводе с греческого это слово можно перевести как «рождающие горячку»).
Обычно пирогены выделяются лейкоцитами после их встречи с микробами. Впрочем, лихорадка бывает и при безмикробном воспалении – например, при кровоизлияниях в суставы и обморожениях. И в этих случаях не обходится без пирогенов.
За последние десятилетия пирогены, особенно бактериальные, привлекают все большее внимание исследователей – теоретиков, экспериментаторов и клиницистов. И не только как причина естественных и искусственных лихорадочных реакций, но и как весьма активные физиологические раздражители широкого спектра действия. Первый отечественный пирогенный препарат – пирогенал был создан еще в 1954 г. в лаборатории проф. X.X.Планельеса (Институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи). Пирогенал приготовляется из микробных тел возбудителя синегнойной инфекции. Он нетоксичен для человека, и, что еще важнее, организм не реагирует на него образованием антител.
В последующем был получен препарат продигиозан, биологически еще более активный; за рубежом выпускают пирексаль – препарат из грамотрицательных бактерий. Такие бактериальные пирогены воздействуют на самые разные системы, включая энзиматические системы на уровне клетки. В современной фармакологии есть немного веществ со столь высокой активностью и таким многообразием эффектов.
И вот что существенно: наблюдать воздействие пирогенов можно при минимальных дозах этих веществ, явно недостаточных для равномерного воздействия на клетки всех систем, функции которых изменяются. Ведь для того, чтобы вызвать пирогенный эффект, достаточно ввести 0.0035 мкг вещества на 1 кг тела!
Только в последние годы стало ясно, что дело не обходится без иммунной системы. Бактериальный пироген, по-видимому, служит только стимулом (но не обязательным участником) последующих изменений в организме.
Сейчас мы знаем, что повышенная температура каким-то образом усиливает иммунный ответ организма, во всяком случае, некоторые его проявления, и тем самым помогает бороться с инфекцией. Особенно ясно это прослеживается в опытах in vitro. Например, белые клетки крови, которые принимают участие в фагоцитозе бактерий, при повышенной температуре становятся более подвижными и энергичнее уничтожают микроорганизмы. Недавно выяснилось, что у молекул эндогенных пирогенов – веществ, которые ответственны за повышение температуры тела, – общее происхождение с молекулами другого вещества, активатора Т-лимфоцитов, организующих иммунную защиту от чужеродных веществ. Это второе вещество называется интерлейкином-1; оно, как и эндогенный пироген, вырабатывается одной и той же клеткой – макрофагом. Получается такая цепочка: при контакте макрофага с возбудителем инфекции начинает вырабатываться интерлейкин-1, активатор Т-лимфоцитов, а дальнейшая его наработка поддерживается или даже усиливается лихорадкой, которая появляется в ответ на действие пирогенов – из тех же макрофагов.
Другой пример. При повышенной температуре усиливается образование интерферона – вещества с особыми антивирусными свойствами, которое, кстати, принимает участие в регуляции иммунных реакций. Но еще более интересно, что в присутствии интерферона и при повышенной температуре тела начинается усиленная продукция клеток, специально предназначенных для уничтожения чужеродных клеток, – так называемых цитотоксических лимфоцитов. Это наблюдение заставляет по-новому взглянуть на не распознанную ранее роль лихорадки в развитии защитной реакции. Исследователи полагают, что лихорадка стимулирует в первую очередь выработку Т-лимфоцитов, в то время как В-лимфоциты, ответственные за синтез антител, вероятно, мало зависят от повышения температуры. Однако В-лимфоциты получают сигнал к действию от особой разновидности Т-лимфоцитов – от Т-хелперов, а те в условиях лихорадки проявляют повышенную активность.
Наконец еще один фундаментальной важности вопрос. Эйнштейн последние тридцать лет своей жизни работал над созданием единой теории поля. Он стремился выработать такую общую физическую концепцию, из которой и электромагнетизм, и квантовая механика, и тяготение вытекали бы как частные случаи. Однако эта работа не привела к успеху. Трудно предположить, что Эйнштейну не хватило ума и таланта для достижения цели, тем более, что те, кто отваживался идти по тому же пути после него, тоже почти не продвинулись вперед. Не значит ли это, что ошибка заключалась в самой постановке проблемы?
Беркович убежден, что это именно так. Все, что говорилось выше, связано только с одним классом решений его основного уравнения. Но есть и другие решения. Одно из них дает распространение информации не по спиралям, а диффузионным путем, как бы по простым прямым линиям. Причем эти линии, приближаясь к линиям, продуцируемым спиралями, стимулируют их смещение в свою сторону, что позволяет отождествить их с полем тяготения.
Если так, то становится ясно, почему не удалось создать единую теорию поля. Единства между тяготением и другими физическими явлениями в рамках физического мира не существует. Оно возникает лишь на более глубоком уровне – информационном.
Берковичу приходилось излагать свою модель мира на различных научных симпозиумах и конференциях. Отношение к его взглядам остается недоверчивым. Признают богатые возможности предложенного им подхода, но не принимают данную модель до тех пор, пока в ее рамках не будет получено четкого количественного (а не только качественного) описания фундаментальных физических явлений или пока она не будет подтверждена так называемым решающим экспериментом. Однако всестороннее количественное исследование модели наталкивается на трудности вычислений, что же касается экспериментальной проверки, то идея таковой возникла у Берковича только в самое последнее время.
Это связано с проблемой антимира. В модели Берковича он без труда находит свое место: спирали нашего мира имеют одно направление вращения, но теоретически возможны оба направления. Вращаясь в другую сторону, спираль дает античастицу: позитрон или антипротон.
По теории вероятностей, первоначально должно было возникнуть примерно равное количество частиц и античастиц. Сталкиваясь друг с другом, они взаимно аннигилировали. Те частицы, которые случайно оказались в избытке, – это и есть наш мир. Такую точку зрения высказал еще А.Д.Сахаров, который связал избыток материи по сравнению с антиматерией с проблемой нарушения симметрии в начальный момент жизни Вселенной. В этой концепции Беркович и увидел возможность экспериментальной проверки своей гипотезы.
Решающим считается такой эксперимент, результаты которого должны не только вытекать из проверяемой теории, но и опровергать существующую альтернативную концепцию.
Согласно представлениям современной физики, пространство однородно, то есть все направления в нем равноправны. Из модели Берковича вытекают иные представления: в пространстве существует абсолютное выделенное направление. Это направление связано с нарушением симметрии. Оно может быть выявлено экспериментально путем наблюдения распада некоторых недолговечных частиц (К-мезонов).
Физики давно уже обнаружили, что изредка, примерно один раз из тысячи, распад К-мезонов происходит аномально: так, словно материя имеет преимущества перед антиматерией. Беркович предполагает, что в случае отклонения от нормы распада направление движения частицы в момент распада совпадает с предсказанным им абсолютным направлением в пространстве. В этом и заключена возможность проверки. Для той же цели может быть использован распад любых неустойчивых частиц. Похоже, никто не обращал внимания на направление движения частицы в момент распада: ведь с точки зрения теории относительности оно не имеет никакого значения. По представлениям Берковича, именно направление движения частицы определяет, распадается она или нет.
Появившаяся возможность подвергнуть модель Берковича экспериментальной проверке превращает ее из красивого умозрительного построения в простую рабочую гипотезу.
Приложение 3
Кризис инфекционного подхода
Эволюционный подход к лечению ран
Рана – всякое механическое повреждение, при котором нарушены кожа или слизистая оболочка. Хотя раны лечат с незапамятных времен, общепринятой теории их лечения нет до сих пор.Сто лет назад из раны были выделены микроорганизмы; с тех пор нагноение раны рассматривают как инфекционное осложнение. Если так, то для профилактики и лечения надо принимать те же меры, что и для лечения инфекционных болезней – предохранять организм от контакта с возбудителем и уничтожать микробы, коль скоро они там обнаружатся.
Асептика сыграла решающую роль в становлении современной хирургии. Стерильный инструмент и операционное белье, обработка рук хирурга и операционного поля – все это позволило резко сократить число послеоперационных нагноений. Появилось множество бактерицидных препаратов. И все же при лечении не стерильных, как в операционной, а уже инфицированных, случайных ран они не оправдали надежд. В 1945 г. известный хирург И.Г.Руфанов писал: «Стремление уничтожить микробы в ране с помощью бактерицидных средств потерпело крах».
Открытие сульфамидных препаратов и антибиотиков воскресило давнюю надежду победить инфекцию. Поначалу казалось, что дело идет на лад – послеоперационных осложнений, особенно со смертельным исходом, действительно стало меньше. Но потом, по мере применения этих препаратов, число нагноений вновь достигло уровня начала века, а частота трагических исходов при сепсисе достигает ныне 80 %…
В последние годы все чаще появляются сообщения о недостаточной эффективности антибиотиков для профилактики нагноения – они токсичны, могут вызвать тяжелые аллергические реакции и подавлять иммунитет, увеличивая риск возникновения особенно тяжелых форм сепсиса. Поэтому хирурги вновь стали применять антисептические средства, от которых раньше отказались, – органические и неорганические кислоты, растворы перманганата калия и нитрата серебра. Не лучший вариант, но если нет лучшего…
Словом, хирурги вернулись, так сказать, «на круги своя», а это свидетельствует о наличии кризисной ситуации.
Посмотрим, насколько нагноение в ране сходно с инфекционным заболеванием, ну, хотя бы с дизентерией. По таким признакам, как обязательное присутствие микробов или возможность передачи инфекции от одного больного к другому, например, во время перевязки (так называемая госпитальная инфекция), они весьма похожи. Однако нетрудно обнаружить и существенные различия.
Так, возбудитель инфекционного заболевания всегда строго специфичен, каждое инфекционное заболевание вызывается только «своим» микробом; а в разных ранах могут быть разные микроорганизмы. Более того, иногда в одной ране присутствуют сразу несколько микробных видов.
Далее. Если у больного обнаруживают патогенные микроорганизмы, то это, как правило, явно указывает на заболевание. А вот наличие микробов в ране далеко не всегда сопровождается нагноением. При исследовании мазков, взятых с поверхности хирургических ран в конце операций, микробы были найдены в 80–90 % случаев. Однако послеоперационных нагноений было гораздо меньше! Когда в годы Великой Отечественной войны наши хирурги накладывали швы на безусловно инфицированные раны, эти раны в четырех случаях из пяти заживали тем не менее без нагноения.
Отметим еще одно различие между нагноением и инфекционным заболеванием, на сей раз в эволюционном плане. Встреча организма с микробом, который вызывает инфекционное заболевание, – это явление случайное, оно вполне может не состояться, и тогда человек (или животное) данной болезнью не заболеет. Другое дело ранение. Должно быть, нет на Земле существа, которое всю жизнь не получало бы ссадин, царапин и порезов. А так как микробы вездесущи, они непременно попадают в рану, и потому в процессе эволюции обязательно должен был появиться некий механизм, который не позволил бы каждому ранению стать причиной опасного для жизни заболевания, либо возникнуть некий симбиоз с микробами.
Второе предположение, по-видимому, более вероятно. Ведь на любом этапе, вплоть до полного выздоровления, при самом благоприятном течении, в ране можно обнаружить микроорганизмы. Вряд ли их взаимоотношения построены на антагонизме.
Зачем ране микробы? При случайной травме в рану попадают самые разнообразные микробы. Однако некоторое время спустя микрофлора в ране заметно меняется: она становится похожей на ту флору, которая населяет кожу, слизистые оболочки и кишечник. Это стафилококки, синегнойная палочка, кишечная палочка, различные анаэробы. Конечно же, в ране размножаются не всякие микробы, а лишь те, для которых здесь самые подходящие физико-химические условия.
Характерная особенность микробов, заселяющих кишечник и рану: у них есть мощная ферментная система, способная расщеплять белки. Микроорганизмы кишечника гидролизуют своими ферментами пищевые остатки и способствуют их усвоению. Что касается раны, то в ней всегда есть омертвленная, некротизированная ткань, рана никогда не заживает, пока нежизнеспособная ткань в ней сохраняется. Единственный механизм, который предлагает природа – ферментативное расщепление такой ткани. Конечно, ферменты для этой цели вырабатываются организмом. Но и микробы принимают в этом участие.
Итак, биологический смысл присутствия микробов состоит в том, что, способствуя разложению мертвой ткани, они ускоряют очищение и заживление раны. А если так, то, стремясь во что бы то ни стало убить микробы, покуда в ране есть некротическая ткань, мы действуем против механизма, выработанного природой. С помощью антибиотиков и сульфамидных препаратов мы нарушаем экологические взаимоотношения, которые сложились между микробами и раной в процессе эволюции. В результате наших действий рану стали заселять микробы, нечувствительные к применяемым препаратам. Появились новые экологические системы, которые организму не на пользу.
Исследования последних десятилетий позволили понять закономерности заживления ран. Установлено, в частности, что все без исключения раны заживают через воспаление, а подавляющее большинство ран, если они не подвергались специальной хирургической обработке, и через нагноение. Запомним это: воспаление – обязательный этап заживления всех ран, нагноение сопровождает почти каждую рану.
В любой ране, будь то царапина или обширное повреждение тканей, тотчас после ранения возникает нервно-сосудистая реакция, которая ведет к отеку. С первых минут ткани закисляются, pH уменьшается до 5.0 и ниже. В близлежащих тканях повышается концентрация солей, в самой ране растет осмотическое давление, туда начинают поступать плазма и клетки крови – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Клетки двух разновидностей – нейтрофильные лейкоциты и эозинофилы – в первые же дни распадаются и выделяют в рану протеолитические ферменты, способные расщеплять белки. Заметим, что речь идет о расщеплении нежизнеспособных, мертвых тканей. Что касается живых клеток, то они содержат антиферменты, которые мешают протеолитическим ферментам проявить свою активность.
Эти стереотипные изменения рассматривают обычно как результат отклонений от нормы. Так, закисление объясняют нарушением обменных процессов и накоплением молочной кислоты, повышение осмотического давления связывают с нарушением водно-солевого обмена, отек тканей – с нарушением микроциркуляции и проницаемости капилляров.
Но ведь эти процессы происходят всегда и в каждой ране! Разве это не говорит нам, что они, так же как воспаление, выработаны в процессе эволюции и, следовательно, в основе своей целесообразны?
Это принципиальный момент. Если мы имеем дело с осложнениями, то с ними необходимо бороться, а если с закономерностями, то им нужно следовать.
В чем же целесообразность закисления раны? По-видимому, в том, что кислая среда препятствует развитию патогенной флоры. Рост осмотического давления способствует вымыванию из глубины тканей нежизнеспособных клеток, а повышенная ферментная активность ускоряет их распад и отторжение.
Биологический смысл воспаления и нагноения в ране также состоит в том, чтобы ускорить ее очищение. Механизм представляется следующим. Рана не закроется, пока из нее не будет удалена мертвая, некротизированная ткань. Если ее немного, с задачей справляются макрофаги и другие клетки. Они удаляют микроорганизмы подобно инородным телам, и рана заживает. Но когда некротической ткани больше и макрофаги не могут сами с ней справиться, в ране начинают размножаться микробы. Пока их мало, до 105 на грамм, нагноения не возникает. Но, если омертвленной ткани в ране так много, что ни макрофаги, ни присутствующие там в небольшом количестве микробы не способны ее удалить, микробы получают сигнал к размножению. В ответ на их бурное размножение в рану поступают новые и новые лейкоциты, они захватывают микроорганизмы и погибают вместе с ними, образуя гной. Распадаясь, лейкоциты выделяют в рану и собственные протеолитические ферменты.
Конечно, взаимоотношения между микробами в ране и организмом не всегда такие идиллические. Целесообразность эволюционных процессов относительна. Если защитные механизмы недостаточно сильны, микробы могут проникнуть в здоровые ткани и вызвать распространение инфекции. Правда, с общебиологических позиций гибель существа с дефектной иммунной системой оправдана, это часть системы биологического отбора. Но врачи, обязаны смотреть не с общебиологической точки зрения, а с гуманной, медицинской. Как правило, неизвестно состояние иммунной системы раненого, и нельзя исключить, что микробы в ране могут стать причиной смертельной опасности. Стремление их уничтожить – оправдано и разумно.
При первичной хирургической обработке из раны удаляются сразу и микробы, и нежизнеспособная ткань, то есть врач идет тем же путем, который проложен природой. Впрочем, заживление происходит намного быстрее, чем если бы рана очищалась естественным путем.
Хирургическая обработка возможна далеко не при всяком ранении; но даже если она проведена, полностью удалить некротическую ткань удается не всегда. Профилактика нагноения, нехирургические методы лечения ран по-прежнему остаются проблемой.
Что же надо сделать? По меньшей мере, три дела одновременно: ускорить расщепление некротических тканей, сохранить способность тканей к регенерации и подавить рост микробов. Последнее – вынужденная мера, к которой придется прибегать до той поры, пока не научимся предсказывать активность иммунной системы каждого больного.
Пытаясь решить эту задачу, профессора С.С.Фейгельман и А.В.Каплан разработали препарат. Этот состав был разрешен к медицинскому применению. Он примерно в два раза по сравнению с традиционными способами лечения ускоряет отторжение нежизнеспособных тканей, подавляет рост микробов, в том числе устойчивых к антибиотикам. После обработки препаратом число микроорганизмов в ране уменьшается на несколько порядков. Опасность сепсиса резко уменьшается, токсические и аллергические явления исключены, восстановление тканей идет существенно быстрее.
Эволюционный подход, при котором процессы в ране рассматриваются не как случайные осложнения, а как закономерности, позволил создать препарат, помогающий естественным механизмам заживления.
Лихорадка, иммунитет и здоровье человека.
Вряд ли найдется человек, который не испытал хотя бы раз лихорадку (или, что то же, горячку) – то состояние, при котором существенно повышается температура. Все тело «горит», ощущение озноба сменяется жаром, нарастающая слабость валит с ног; иногда человек теряет сознание и бредит, а проснувшись, обнаруживает, что белье мокро от пота. Особенно часто лихорадка сопровождает простудные заболевания. Хорошо это или плохо? Есть ли связь между лихорадкой и работой иммунной системы организма?Холоднокровные и теплокровные.
Еще 20–25 лет назад на этот вопрос нельзя было ответить определенно. Сейчас – можно.
С.М.Лихолетов
Начнем с самого простого – с вопроса о теплокровных и холоднокровных.
У каждого класса и каждого вида животных есть свой диапазон температур, который они постоянно должны поддерживать. Нужна ли лихорадка холоднокровным (пойкилотермным) животным? Как ни странно, но зачем-то нужна: если болезнетворными бактериями заразить таких животных, то они усиливают двигательную активность, и температура тела повышается. Когда ящерицам, золотым рыбкам и другим холоднокровным давали аспирин, которым чаще всего сбивают температуру, то смертность увеличивалась…
Подобная картина наблюдалась и у теплокровных животных, подверженных инфекции. Так, взрослых мышей заражали вирусами герпеса или бешенства в тот период, когда искусственно повышалась температура, и мыши оказывались более устойчивыми к инфекции, чем животные с нормальной температурой. Мыши лучше сопротивлялись инфекциям даже в том случае, если температуру повышали только через сутки после заражения.
А если животные еще не могут сами регулировать температуру тела – например, новорожденные? Все равно – щенки в условиях гипертермии выживали значительно чаще, чем такие же щенки при нормальной температуре (и тех и других заражали вирусами собачьего герпеса). Правда, и этот пример – с вирусами. А как обстоят дела с бактериальными инфекциями?
И в этом случае замечено соответствие: животные выживают лучше при повышенной температуре. Такие данные получены при заражении кроликов пневмококками, стафилококками и бациллами сибирской язвы.
Однако вот какой вопрос: может быть, возбудители упомянутых инфекций просто чувствительны к температуре, которая возникает при лихорадке? Да, некоторые бактерии и вирусы действительно плохо переносят температуру 38–39 °C, а значит, защитный механизм лихорадки может объясняться – хотя бы отчасти – прямым влиянием тепла. Однако в большинстве случаев такого губительного действия выявить не удалось, и все равно при лихорадке сопротивляемость животных выше, чем при нормальной температуре. Значит, есть еще какие-то механизмы защиты?… Есть.
Что есть лихорадка – добро или зло? Этот вопрос врачи ставили с незапамятных времен. Однако ж припарки, компрессы и грелки пришли в наши дни из глубины веков…
Строгие научные исследования начались намного позже. Основоположник современной микробиологии и иммунологии Луи Пастер попытался выяснить, отчего куры не болеют сибирской язвой. В прошлом веке уже знали, что, температура тела птиц на 6–7 °C выше, чем у млекопитающих и человека. Именно в этом Пастер и видел причину непонятного феномена. Действительно, когда Пастер, взяв тазы с холодной водой, охладил кур до температуры 38 °C, то палочки сибирской язвы за сутки сделали свое черное дело – все подопытные птицы погибли. Но если зараженную курицу доставали из воды, то она – в зависимости от срока, прошедшего после заражения, – или вовсе не заболевала, или вскоре выздоравливала.
Итак, опыт показал, что температура тела имеет значение для возникновения и развития инфекции у птиц. А у человека?
Четко и однозначно сказать, есть ли связь между сопротивляемостью к инфекции и лихорадкой, пока нельзя. Если же заглянуть в историю медицины, то можно обнаружить, что в те времена, когда не было антибиотиков, лихорадку использовали для лечения спинной сухотки и поражений сердца гонококком; публикации такого рода можно найти в медицинских изданиях конца тридцатых годов. Однако при других заболеваниях (например, при полиомиелите) лечение лихорадкой себя не оправдало.
Нормальная температура поверхности кожи тела человека – приблизительно 36.6 °C. Отклонения допустимы на 0.5 °C; эти колебания зависят от режима жизнедеятельности. Установлен любопытный факт: сон и пробуждение связаны с температурой тела. Понижение температуры служит внутренним сигналом для отхода ко сну – мы склонны засыпать при падении температурной кривой, а просыпаться, напротив, на ее подъеме. От температурного цикла зависит и продолжительность сна; очередное повышение температуры разбудит вас, даже если перед тем вы не спали очень долго.
Возможно, тем, кто страдает расстройством сна, полезно выяснить свой температурный цикл, измеряя температуру каждые 2–3 часа на протяжении нескольких дней. Так можно установить, в какое время вам легче будет заснуть…
Зададимся вопросом: отчего повышается температура тела? Ведь лихорадка сама по себе – это не заболевание, а лишь его проявление, реакция организма на болезнь или какой-то внешний раздражитель.
Причин лихорадки несколько. В частности, на терморегулирующие центры мозга воздействуют продукты распада микробов. Разрушенные лейкоциты и обломки микроорганизмов, попадая в эти центры, повышают температуру до такого уровня, что она может губить остальных возбудителей болезни. А еще температуру повышают особые вещества – пирогены (в переводе с греческого это слово можно перевести как «рождающие горячку»).
Обычно пирогены выделяются лейкоцитами после их встречи с микробами. Впрочем, лихорадка бывает и при безмикробном воспалении – например, при кровоизлияниях в суставы и обморожениях. И в этих случаях не обходится без пирогенов.
За последние десятилетия пирогены, особенно бактериальные, привлекают все большее внимание исследователей – теоретиков, экспериментаторов и клиницистов. И не только как причина естественных и искусственных лихорадочных реакций, но и как весьма активные физиологические раздражители широкого спектра действия. Первый отечественный пирогенный препарат – пирогенал был создан еще в 1954 г. в лаборатории проф. X.X.Планельеса (Институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи). Пирогенал приготовляется из микробных тел возбудителя синегнойной инфекции. Он нетоксичен для человека, и, что еще важнее, организм не реагирует на него образованием антител.
В последующем был получен препарат продигиозан, биологически еще более активный; за рубежом выпускают пирексаль – препарат из грамотрицательных бактерий. Такие бактериальные пирогены воздействуют на самые разные системы, включая энзиматические системы на уровне клетки. В современной фармакологии есть немного веществ со столь высокой активностью и таким многообразием эффектов.
И вот что существенно: наблюдать воздействие пирогенов можно при минимальных дозах этих веществ, явно недостаточных для равномерного воздействия на клетки всех систем, функции которых изменяются. Ведь для того, чтобы вызвать пирогенный эффект, достаточно ввести 0.0035 мкг вещества на 1 кг тела!
Только в последние годы стало ясно, что дело не обходится без иммунной системы. Бактериальный пироген, по-видимому, служит только стимулом (но не обязательным участником) последующих изменений в организме.
Сейчас мы знаем, что повышенная температура каким-то образом усиливает иммунный ответ организма, во всяком случае, некоторые его проявления, и тем самым помогает бороться с инфекцией. Особенно ясно это прослеживается в опытах in vitro. Например, белые клетки крови, которые принимают участие в фагоцитозе бактерий, при повышенной температуре становятся более подвижными и энергичнее уничтожают микроорганизмы. Недавно выяснилось, что у молекул эндогенных пирогенов – веществ, которые ответственны за повышение температуры тела, – общее происхождение с молекулами другого вещества, активатора Т-лимфоцитов, организующих иммунную защиту от чужеродных веществ. Это второе вещество называется интерлейкином-1; оно, как и эндогенный пироген, вырабатывается одной и той же клеткой – макрофагом. Получается такая цепочка: при контакте макрофага с возбудителем инфекции начинает вырабатываться интерлейкин-1, активатор Т-лимфоцитов, а дальнейшая его наработка поддерживается или даже усиливается лихорадкой, которая появляется в ответ на действие пирогенов – из тех же макрофагов.
Другой пример. При повышенной температуре усиливается образование интерферона – вещества с особыми антивирусными свойствами, которое, кстати, принимает участие в регуляции иммунных реакций. Но еще более интересно, что в присутствии интерферона и при повышенной температуре тела начинается усиленная продукция клеток, специально предназначенных для уничтожения чужеродных клеток, – так называемых цитотоксических лимфоцитов. Это наблюдение заставляет по-новому взглянуть на не распознанную ранее роль лихорадки в развитии защитной реакции. Исследователи полагают, что лихорадка стимулирует в первую очередь выработку Т-лимфоцитов, в то время как В-лимфоциты, ответственные за синтез антител, вероятно, мало зависят от повышения температуры. Однако В-лимфоциты получают сигнал к действию от особой разновидности Т-лимфоцитов – от Т-хелперов, а те в условиях лихорадки проявляют повышенную активность.