Почему тело дает сбой. Как ежедневные привычки могут незаметно нас убивать

Однако в исследовательской лаборатории ученого не было места для абстрактного и иррационального. Его волновало то, сколько в мире оставалось всего неизведанного, и Вирхов обратился к методичным научным экспериментам. За год до его выступления, в 1844 году, его попросили проверить утверждения ведущих патологов о том, что флебит, или воспаление вен, является причиной большинства заболеваний. Тогда эта популярная теория казалась вполне логичной. Люди часто умирали после неудачных хирургических вмешательств и даже родов, а при вскрытии то и дело обнаруживались абсцессы и кровяные сгустки в венах. Вирхов, который интересовался воспалением еще в студенческие годы, с радостью принял вызов.

Работая в своей исследовательской лаборатории, Вирхов придумал термин «тромб» для обозначения сгустков крови и углубился в изучение механизмов их развития. Исследователь отказался признать, подобно многим, что тромбы – это просто «жизненная субстанция», «материал жизни».

Ученый показал, что флебит действительно существует, однако этот тип воспаления не является причиной всех болезней, как предполагали патологоанатомы. В большинстве случаев воспаление носило реактивный характер – оно было лишь ответом организма на сформировавшийся кровяной сгусток.

Почти пять тысяч лет назад надписи на египетских папирусах указывали на жар и покраснение как на признаки болезни. В 25 году н. э. римлянин Авл Корнелий Цельс описал болезнь, которую он мог видеть невооруженным глазом: «Признаков воспаления четыре: покраснение и припухлость с жаром и болью». Он записал свои выводы в медицинском трактате «De Medicina», назвав такие средства от воспаления, как «покой, воздержание, пояс из пропитанной серой шерсти и полынь натощак», а также припарки или мази для «подавления и успокоения».

Полтора века спустя греческий врач Гален считал, что вредное скопление одного из четырех гуморов в организме создает четыре основных симптома воспаления, которые впервые описал Цельс: rubor (покраснение), tumor (опухоль), calor (жар) и dolor (боль). Эта идея сохранялась вплоть до XIX века. Хотя эти античные ученые впервые увидели, почувствовали и записали проявление одной из старейших болезней, известных человечеству, если не самой старой, они просто не могли понять всю ее многогранность. Под жаром, цветом и деформированной плотью скрывался целый неизведанный мир.

В то время идея о том, что все окружающее состоит из крошечных компонентов, невидимых человеческому глазу, была немыслима для большинства людей. Это скрывало истинную природу воспаления на протяжении веков. В начале же XVII века голландские производители очков начали экспериментировать с увеличительными стеклами. Они поместили несколько стекол в трубку и заметили нечто странное: увеличение было гораздо большим, чем давало любое отдельное стекло. Ученый Антони ван Левенгук разработал новые методы изготовления и использования настоящего микроскопа – портативного прибора с единственной линзой из маленького стеклянного шарика, отшлифованного и отполированного для получения увеличения около 270×, самого большого на тот момент. Когда в 1750-х годах была изобретена ахроматическая линза, которая позволила добиться еще большего увеличения, Вирхов поставил перед собой цель понять болезнь на клеточном уровне.

Появление микроскопа стало прорывом для понимания воспаления. Впервые в истории ученые смогли увидеть мельчайшие изменения в кровеносных сосудах и кровотоке вокруг воспаленных тканей.

В 1848 году на улицах Берлина вспыхнула революция, нарушив многолетнюю стабильность в Центральной Европе. Вирхов к тому времени был уже признанным врачом и часто выступал с лекциями, которые пользовались большой популярностью. Верный низшим классам, из которых он вышел, ученый боролся за улучшение медицинского обслуживания бедных, светские школы медсестер и независимость врачей. «Чтобы в полной мере выполнить свой долг, медицина должна оказывать влияние на социальную и политическую жизнь», – писал он. После подавления восстания консервативной аристократией многие либералы были вынуждены отправиться в изгнание, спасаясь от политических преследований. Вирхова уволили из «Шарите», и он осознал, что найти место для работы в Германии будет нелегкой задачей. Однако вскоре он получил письмо из небольшого баварского университета Вюрцбурга, расположенного на юге Германии, с предложением возглавить первую в стране кафедру патологической анатомии. Доктор собрал чемоданы, оставив позади суету и горькое разочарование Берлина.

В Вюрцбурге Вирхов был счастлив со своей новой женой Розой, которая понимала его «лучше, чем кто-либо другой». Там он провел семь самых творческих лет своей жизни, с удовольствием занимаясь клинической работой, исследованиями и преподавательской деятельностью. Он убеждал своих студентов «научиться видеть на микроскопическом уровне». На лекциях он выкатывал небольшой столик на колесиках – специальное приспособление для хранения микроскопов. В эти годы ученый изрек свое самое известное до сих пор высказывание: «Omnis cellula e cellula», или «Все клетки возникают только из ранее существовавших клеток». Как известно, первоначально клеточная теория была разработана учеными Теодором Шванном и Маттиасом Шлейденом в 1839 году. Используя микроскоп, они определили, что клетки являются базовыми единицами жизни. Вирхов же завершил классическую клеточную теорию своим объяснением процесса размножения клеток.

В 1858 году, за год до того, как Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов», Вирхов опубликовал свою эпохальную работу «Клеточная патология». Он описал новый способ понимания воспаления, переместив внимание с сосудов, видимых при вскрытии, на микроскопический мир клеток, что перечеркнуло умозрительные теории болезней и заложило основу современной медицины.

В исследованиях Вирхова впервые были рассмотрены клеточные изменения, лежащие в основе сопровождающих воспаление повреждений тканей, и в результате микроскопических наблюдений объяснены четыре основных признака, видимых невооруженным глазом: покраснение, отек, тепло и боль. Покраснение и тепло обусловлены усилением кровотока, а отек связан с тем, что ученые называют экссудацией: проницаемость стенок воспаленных кровеносных сосудов повышается, и воспалительные клетки, белки и жидкость просачиваются в поврежденные ткани для заживления полученных ран. Оставалось объяснить боль. Вирхов увидел лейкоциты, сгруппированные в местах воспаления, и пришел к верному выводу, что они играют важную роль, но детали оставались загадкой.

К четырем историческим признакам воспаления Вирхов добавил пятый кардинальный признак – functio laesa, или «потеря функции». «Никто не ожидает, что воспаленная мышца будет нормально выполнять свои функции, – писал он. – Никто не ожидает, что воспаленная железистая клетка будет нормально выделять секрет». Он рассуждал, что «в составе клеточных элементов должны произойти перемены, изменяющие их естественную функциональную силу». Исследователь также подчеркнул важную роль триггера воспаления, написав, что «мы не можем представить себе воспаление без раздражающего стимула». Почти два столетия спустя, когда используемая учеными модель воспаления станет куда более глубокой и сложной, поиск раздражающих стимулов окажется ключом к профилактике и лечению воспаления.

Вирхов был одним из первых ученых, который по-настоящему увидел воспаление, охарактеризовав его неизвестными ранее способами. Он бился над определением воспаления всю свою жизнь и предвещал испытания, с которыми столкнутся следующие поколения врачей.

«Воспаление – это одновременно активный и пассивный процесс, – писал Вирхов, – …не конкретный процесс, уникальный и единообразный, а группа процессов, которые становятся конкретными только благодаря их особому расположению во времени и пространстве… Те состояния раздражения, которые мы наблюдаем в ходе тяжелых форм болезни – действительно воспалительные виды раздражения, – ни в коем случае не поддаются простому объяснению». Через несколько лет Вирхова позвали обратно в Берлин, чтобы он сменил своего стареющего учителя Иоганна Мюллера. На своих условиях он вернулся в город, который когда-то его изгнал, и попросил создать при университете специальный институт патологии. В этом здании, расположенном рядом с «Шарите», бедный мальчик из Пруссии обучит целые поколения врачей.

Медицинские исследования Вирхова оставили после себя более двух тысяч книг и работ – это был феноменальный уровень продуктивности, который помог наступить золотому веку берлинской науки. Его открытия пришлись на эпоху, когда микроскопы только появились и были самыми элементарными, когда не существовало эффективных методов фиксации и окрашивания, а также культивирования клеток тканей. В распоряжении ученого были лишь зачатки современной химии и физиологии. И тем не менее сегодня его имя лишь вскользь упоминается в медицинских учебных заведениях. Студенты заучивают «узел Вирхова», увеличенный лимфатический узел возле левой ключицы, один из самых ранних признаков рака желудочно-кишечного тракта, и «триаду Вирхова»[1], три фактора, которые, как считается, способствуют образованию тромбов. Нацистское правительство запятнало репутацию Вирхова после его смерти, увидев в нем угрозу из-за его либеральных политических взглядов, которые подразумевали борьбу за расовое равенство и здравоохранение для бедных. Большая часть его личных архивов была уничтожена, а те, что остались, хранились в советской Германии и не были доступны западным ученым. Более того, непопулярность Германии после Второй мировой войны очернила имя Вирхова на весь мир.

Между тем исследования Вирхова имеют большое значение для появления понятия воспаления в истории медицины и его развития в современной науке. В своих ранних работах он определил воспаление как следствие болезни, однако вскоре выдвинул гипотезу о том, что оно также является первопричиной хронических заболеваний, таких как болезни сердца и рак. К сожалению, эти идеи тогда остались без внимания, однако были возрождены современными учеными. Работа Вирхова заложила фундамент для всестороннего исследования иммунной системы и ее воспалительной реакции – во всех ее тонкостях – в полном объеме.

Иммунология – отрасль медицины, сосредоточенная на иммунной системе, – во времена Вирхова была только зарождающейся и еще безымянной областью. (Научный журнал «Клеточная иммунология» впервые появился в 1970 году.) Иммунология, по своей сути, раскрывает внутренний механизм воспаления, рассматривая взаимодействие между сложными процессами, которые помогают или мешают его течению в организме.

Воспаление, исследованию которого Вирхов посвятил всю жизнь, – это отпечаток иммунной системы на нашем теле и на микробах, а также на всем, с чем мы взаимодействуем.

Иммунная система в зависимости от направления своего действия порождает различные виды воспаления – острое или хроническое, открытое или скрытое. Иммунитет, важнейшая функция иммунной системы, – это наша способность защищаться от вредных микробов и других непрошеных гостей. Патоген или яд, попавший в организм, может вызвать воспаление, поскольку иммунная система пытается избавиться от него. Аутоиммунные процессы, с другой стороны, развиваются, когда иммунная система использует воспаление против нашего собственного тела, как, например, это происходит в воспаленных суставах больного артритом.

К середине 1870-х годов французский химик Луи Пастер и врач Роберт Кох создали так называемую микробную теорию, выявив крошечные организмы, способные проникать в тело человека и вызывать болезни. Инфекционные заболевания специфичны и воспроизводимы, каждое из них вызывается уникальным микроорганизмом – эта микробная теория станет основой всех будущих концепций иммунитета. Ей постепенно уступят место средневековые представления о плохом настроении и миазмах[2]. Пастер создал первую в мире успешную вакцину против сибирской язвы, ослабив бактерии, возбуждающие недуг, с помощью тепла и использовав их для защиты пациентов от болезни. Между тем он не понимал, как именно работает вакцина. Концепции иммунитета – первородной силы с «доброжелательными намерениями» – на тот момент еще не возникло.

Иммунные клетки, которые Вирхов впервые заметил в очагах воспаления, рождаются в костном мозге и созревают в тимусе, или вилочковой железе, – расположенном за грудиной органе в форме бабочки. Они скапливаются в органах иммунной системы, таких как селезенка, лимфатические узлы, миндалины, а также на слизистых оболочках полостей тела, таких как кишечник и легкие, где постоянно взаимодействуют с чужеродными веществами и микроорганизмами. Наше понимание иммунной системы, как пишет Эула Бисс[3], «удивительным образом зависит от используемой метафоры, даже на самом техническом уровне». Иммунологи описывают деятельность клеток с помощью таких терминов, как «интерпретация» и «коммуникация», наделяя их по сути человеческими характеристиками.

Иммунные клетки, подобно персонажам литературных произведений, сложны и многогранны, они меняются с течением времени, получают новые имена по мере того, как наука раскрывает секреты природы.

Макрофаги – одна из разновидностей лейкоцитов, играющая важнейшую роль в процессе воспаления, – участвуют не только в работе иммунитета, но и в целом ряде современных хронических заболеваний. В истории их выявления кроются истоки идей, которые современная наука только начинает для себя открывать.

Зимой 1882 года русский зоолог Илья Мечников снял домик на берегу моря, недалеко от портового города Мессины, расположенного у подножия зубчатых сицилийских холмов. Он взял под опеку пятерых детей, которые были осиротевшими младшими братьями и сестрами его жены Ольги. «Мы идем в цирк. Пойдемте с нами!» – умоляли дети. Мечников любил их, тем не менее отклонил приглашение посмотреть на цирковых обезьян. Ученый приехал в Италию, чтобы сосредоточиться на более мелких и интересных для него существах.

Из окон дома открывался вид на лазурные воды Мессинского пролива. На грязной набережной, застроенной полуразрушенными зданиями, Мечников покупал у рыбаков различную морскую живность, необходимую для исследований. В то утро семья оставила его одного в маленькой гостиной с письменным столом и микроскопом, окруженным колбами со свежей морской водой. Непослушные темные волосы падали на глаза, когда он, сгорбившись, стоял над письменным столом. Ученому было всего тридцать семь лет.

Через объектив своего микроскопа Мечников рассматривал личинку морской звезды Bipinnaria asterigera. Эти миниатюрные завораживающие детеныши морских звезд, покрытые тысячами полос вдоль изогнутых краев их тел, казались жутковато прозрачными – такими же, как и вода, из которой их достали. Наблюдать за ними было все равно что заглядывать в стеклянный дом. Когда Мечников добавил на предметные стекла несколько капель карминового красителя, некоторые «блуждающие клетки» в морской звезде поглотили краситель и окрасились в темно-красный цвет. Он замечал подобные клетки и у других беспозвоночных животных, таких как черви, морские анемоны и губки, которые населяли моря на протяжении почти миллиарда лет. Ученый наблюдал их и у медуз, гребневиков и сифонофоров.

Мечников считал, что эти блуждающие клетки были самым ранним пищеварительным механизмом в природе. Между тем ему не давали покоя вопросы: почему эти клетки блуждают в организмах, подобных личинкам морских звезд, которые и без того выделяют пищеварительные соки для расщепления пищи? И если они поедали кусочки красителя, то что еще могло служить им пищей? Была ли у них какая-то цель? Зоолог был так взволнован, что начал вышагивать по комнате взад и вперед. Он вышел из коттеджа и поспешил к морскому берегу, чтобы прогуляться вдоль кромки воды. Клетки пожирали не только пищу, но и отходы. Они были падальщиками, подумал он. Они избавлялись от всего ненужного. Возможно, даже от чего-то вредного. Может быть, размышлял он, особые клетки защищают организм от патогенов, формируя некую элементарную линию защиты. У этой простой идеи были настолько далеко идущие выводы, что у него перехватило дыхание.

Мечников помчался обратно домой, пробираясь по мощеным переулкам и привлекая взгляды любопытных сицилийских домохозяек. В саду на заднем дворе его домика росло мандариновое дерево, украшенное к Рождеству. Он сорвал с дерева несколько шипов, отнес их в гостиную и вставил в кожу личинки морской звезды. Ночь выдалась беспокойной: исследователь с волнением ожидал результатов своего эксперимента.

На следующее утро, когда он посмотрел в микроскоп, его взору предстало странное зрелище: множество блуждающих клеток внутри личинок окружили шипы со всех сторон, изолировав их, тем самым не позволяя влиять на функции организма личинок. Он повторил эксперимент, используя другие материалы – козье молоко, вареный горох, яйца морского ежа и даже капли человеческой крови, – и каждый раз блуждающие клетки проглатывали инородные объекты или изолировали их. Затем он исследовал водяных блох (дафний), зараженных грибком. У этих животных, которые были такими же прозрачными, как и личинки морских звезд, он наблюдал, как блуждающие клетки проглатывают иглообразные споры грибка. Это было не просто пищеварение, подумал Мечников, а скорее смертельная борьба между видами, происходящая в микроскопическом масштабе, – поле боя, кишащее солдатами, которые совершали согласованные, преднамеренные атаки.

Той весной, в марте 1883 года, великий патолог Рудольф Вирхов приехал в Мессину, чтобы посмотреть на извержение вулкана Этна. Вирхов был поклонником немецкого литературного светила Иоганна Вольфганга фон Гете, который поднимался на эту гору в конце XVIII века. Мечников познакомился с Вирховым через общего знакомого, профессора Мессинского университета. В юности он боготворил Вирхова. Клеточная теория вдохновила его на создание своей собственной великой медицинской теории. Во время их случайной встречи в Мессине клеточной теории было всего около двадцати лет.

Блуждающие клетки в личинках морских звезд, объяснил Мечников Вирхову, были сродни человеческим лейкоцитам. Будучи в душе зоологом, Мечников рассудил, что если его идеи о блуждающих клетках верны, то они проявятся на всем филогенетическом дереве животного царства. Когда он втыкал шипы в личинку морской звезды, то провоцировал реакцию сродни той, что наблюдается у человека с занозой в пальце, когда кожа краснеет, нагревается, отекает, и болит – четыре характерных признака воспаления. Лейкоциты, миниатюрные воины, которые скапливались в местах воспаления и образовывали желтоватый гной, спешили защитить организм от непрошеных гостей, будь то какой-то инородный предмет или микроб.

Вирхову уже доводилось наблюдать лейкоциты, которыми кишели воспаленные ткани, однако он не понимал их функции. «Мы, патологоанатомы, думаем и учим полностью наоборот, – сказал он Мечникову. – Что микробы прекрасно себя чувствуют в лейкоцитах и используют их как транспортное средство для распространения по организму носителя». Большинство ученых того времени были согласны с этим мнением. Воспаление считалось вредоносным процессом, с ним нужно было бороться и подавлять его (медицинские словари того времени описывали воспаление как «болезненное»). Мечников утверждал обратное: что главная сила, лежащая в основе воспаления, служила полезной цели.

Идея Мечникова была дикой и шла вразрез с общепринятыми теориями, она чем-то напоминала старую «внутреннюю лечебную силу» времен Гиппократа, виталистическую веру в то, что тело магическим образом может само очиститься от болезни.

Вирхов был впечатлен. Перед ним была новая теория иммунологической защиты, согласно которой клетки занимали в этом процессе центральное место. Несмотря на кажущуюся нелепость, она была построена настоящим ученым, который мог предоставить точные данные в доказательство своих идей.

Первая в мире современная теория иммунитета объединила разрозненные интеллектуальные течения, включая клеточную основу воспаления патологов и теорию микробов микробиологов. Как и подобало зоологу, прокладывающему себе путь в медицину, Мечников основал ее на эволюционной концепции. В восемнадцать лет он прочитал книгу Дарвина «Происхождение видов», которая привела его в трепет. Идеи Дарвина о естественном отборе, равно как и клеточная теория Вирхова, направили его мышление в сторону от гуморальной теории, гласившей о балансе каких-то непонятных сил, необходимом для поддержания здоровья. В его же представлении человек был скорее продуктом несовершенных структур и функций, которые медленно формировались в процессе эволюции под воздействием биологических потребностей. Совершенство было неуловимой целью земных процессов, которые протекали в конкурентной, враждебной среде, вынуждающей адаптироваться для выживания.

Предложенная Мечниковым концепция иммунитета отвечала этому новому пониманию того, как организм меняется под воздействием эволюции. Он верно предположил, что у высших животных со сложным пищеварительным трактом блуждающие клетки вооружаются против новых угроз, принимая на себя роль, выходящую за рамки их рудиментарных пищеварительных возможностей. Он назвал эти клетки фагоцитами, от греческого phago – «пожирать» и cytos – «клетка», а сам процесс – фагоцитозом. Позже, в ходе исследования, опубликованного в журнале, основанном Вирховым и известном сегодня как «Архив Вирхова», он разделил фагоциты на два класса. Более крупные фагоциты назвал макрофагами, или «большими пожирателями», а более мелкие – микрофагами, или «маленькими пожирателями», которых в настоящее время называют нейтрофилами.

Оба типа фагоцитов – это лейкоциты, которые быстро перемещаются к местам инфекции или травмы, сдерживая повреждения тканей и после смерти образуя гнойную корку. У нейтрофилов меньшая продолжительность жизни, и они быстрее приходят в движение, доминируя в местах острого воспаления. «Более крупные и менее подвижные макрофаги играют важную роль в пожирании ослабленных или мертвых элементов», – пишет Мечников, отмечая, что эти клетки не только борются с инфекцией, но и поддерживают здоровые ткани. Изучая метаморфоз лягушек, он отметил, что макрофаги переваривают мышцы в хвосте головастика, избавляясь от этого и других бесполезных временных органов по мере взросления животного.

Теплым летним днем в августе 1883 года Мечников выступил с исторической речью в большом актовом зале Новороссийского университета, расположенного в его родной Украине (Одесса). В своей лекции «О целебных силах организма» ученый впервые публично подробно изложил свою теорию иммунитета. Поначалу он нервничал, стоя перед переполненной аудиторией, но постепенно все больше оживлялся, энергично жестикулируя. «Защита от болезней – одна из самых важных тем, когда-либо волновавших человечество, – отметил он, – поэтому вполне естественно, что ей уделялось большое внимание с самых давних времен». Он отметил, что микроорганизмы вторгались в низшие организмы, такие как растения и насекомые, гораздо дольше, чем в организмы людей. Как эти организмы защищали себя? «Проникают ли бактерии [к нам] через альвеолы, стенки пищеварительного тракта или рану на коже, – сказал он, – повсюду они рискуют быть захваченными подвижными клетками, способными их поглотить и уничтожить». Далее ученый отметил, что люди обладают «целой системой органов лечебного пищеварения», обозначив ключевых участников иммунных процессов в организме, включая селезенку, лимфатические железы и костный мозг. Невероятные, как назвал их исследователь, клетки в этих органах борются с микробами.

Слова Мечникова, произнесенные в конце XIX века, оказались на удивление пророческими. Исходя лишь из нескольких проведенных им к тому времени экспериментов, он интуитивно придумал целую концепцию иммунной системы.

Дальнейшим исследованиям Мечникова в России препятствовали политические и другие барьеры. Разочарованный ученый отклонил предложение возглавить лабораторию в Санкт-Петербурге и попросил убежища за границей. Мечников мечтал работать в «тихом маленьком университетском городке». Сначала он думал о Германии, научной сверхдержаве, которой восхищался с самого детства, но, посетив микробиолога Роберта Коха, получил грубый отказ. Коха, погрузившегося в изучение вызывающих болезни микробов, совершенно не интересовала реакция организма на их вторжение. Он был убежден, что фагоциты не атакуют и не уничтожают бактерии, а используются ими в качестве инкубаторов для размножения[4], и отмахнулся от идей русского исследователя.

Мечникову больше повезло в Париже, где он встретился с другим ученым, которым давно восхищался. «Я увидел хрупкого пожилого человека невысокого роста, с частично парализованной левой стороной тела. У него были проницательные серые глаза и седые усы с бородой», – вспоминал он спустя тридцать лет о своей первой встрече с Луи Пастером, который к тому времени перенес инсульт. «Он принял меня очень любезно и сразу же заговорил о вопросе, который интересовал меня больше всего, – о борьбе организма с микробами». Между мужчинами быстро завязалась дружба.