Мэри Эллен рано пошла в начальную школу и окончила ее на год раньше. К началу средней школы она уже всем говорила, что хочет стать врачом. Это желание, несомненно, возникло под влиянием соседки и наставника 11-летней девочки Эмили Бейкон, профессора педиатрии в Женском медицинском колледже в Пенсильвании, Филадельфия. Доктор Бейкон, бывало, брала Мэри Эллен с собой в больницу по утрам и показывала ей младенцев в палате новорожденных. Там однажды Мэри Эллен впервые столкнулась с респираторным дистресс-синдромом у недоношенного, когда увидела стонущего, хрипящего, синеющего младенца. «Если бы это заболевание можно было вылечить, – подумала она, – то добавленные годы были бы буквально всей жизнью»{39}.
Мэри Эллен поступила в колледж Уитон в аграрном городке Нортон, штат Массачусетс, где продолжила свой путь наверх, изучая химию и окончив колледж с отличием в 1948 г. Стремясь получить лучшее медицинское образование, она подала заявления только в Гарвардский университет и Университет Джонса Хопкинса. Она не знала тогда, что Гарвард не принимает женщин, и они ей так и не ответили. Но Медицинская школа Университета Джонса Хопкинса была основана в 1893 г. на деньги нескольких богатых женщин-меценатов, которые настаивали на том, чтобы подготовка женщин-врачей была равнозначной целью учреждения. В год поступления Мэри Эллен школа приняла 86 мужчин и 4 женщины{40}.
Несмотря на трудности и сопротивление со стороны некоторых шовинистически настроенных профессоров, Мэри Эллен окончила университет и осталась проходить интернатуру и ординатуру в педиатрии. Через месяц после начала интернатуры диагностический тест выявил у нее туберкулез, и ее отправили в санаторий на севере штата Нью-Йорк, где ей велели лежать большую часть дня, ожидая пока антибиотики сделают свое дело. В 1954 г., после выздоровления, она вернулась в университет Хопкинса, чтобы закончить обучение. Дежурства были долгими – смены по 36 часов тогда были нормой, – но это было захватывающее время в медицине. Годом ранее, в 1953 г., Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик написали статью о структуре ДНК, нашего генетического материала. Также, примерно в это время, в кардиологии начали делать катетеризацию сердца, и точная диагностика сердечных заболеваний стала реальностью. Количество доступных антибиотиков увеличилось до пяти, затем до десяти, до двадцати. Казалось, что в медицине каждый месяц случались огромные прорывы.
В конце трехгодичного курса клинической подготовки Мэри Эллен по-прежнему сильно заботили младенцы, умирающие от легочной недостаточности, и она руководствовалась изречением итальянского ученого и философа эпохи Возрождения Галилео Галилея: «Я предпочел бы открыть единственный факт, пусть даже крошечный, чем долго обсуждать великие вопросы, не открывая ничего»{41}. Она хотела исследовать следующие вопросы – почему легкие этих недоношенных младенцев не работали при рождении и в чем отличие легких новорожденного, родившегося на 32-й неделе, от легких новорожденного, родившегося на 40-й неделе. Она решила работать с Джеромом Мидом, который занимался эпохальной работой в области физиологии легких в Школе общественного здравоохранения при Гарвардском университете.
Болезнь, которую мы сейчас называем респираторным дистресс-синдромом у новорожденных, в 1950-х гг. называли по-разному, в том числе врожденная аспирационная пневмония, синдром асфиктических мембран, десквамативный анаэроз, врожденная альвеолярная дисплазия, синдром первородной смазки, болезнь гиалиновых мембран и гиалиновый ателектаз. Сегодня эти названия ни о чем не говорят большинству врачей. Но эти понятные лишь посвященным термины возникли из множества теорий о причине синдрома, маскируя неизвестное непонятными словами. Некоторые считали, что младенцы вдыхают в легкие жидкость, проходя по родовым путям. Другие выдвигали гипотезу о пороке сердца, из-за которого в легких накапливалась жидкость. Еще одна теория предполагала, что источником проблемы является легочное кровообращение. Неудивительно, что результаты клинических испытаний потенциальных лекарств на людях оказались отрицательными.
Хотя вся эта область медицины была далека от решения проблемы, кое-что было известно. При вскрытиях замечали, что альвеолы, те небольшие, похожие на виноград кластеры, где происходит газообмен, были забиты мертвыми воспалительными клетками и протеиновыми отходами, которые получили название – гиалиновые мембраны. Это была слегка прозрачная, стекловидная масса. Термин гиалиновая мембрана происходит от греческого слова hyalos, означающего «стекло или прозрачный камень, например кристалл». Большинство ученых сосредоточили свои исследования на этом явлении.
Мэри Эллен, теперь уже доктор Эвери, намеренно не фокусировалась на гиалиновых мембранах или любой другой существующей теории, чтобы сформировать объективное мнение, и стала углубленно изучать основы физиологии легких. Ее подход, как и подход большинства успешных ученых, заключался в изучении механизмов, лежащих в основе того или иного процесса, а не просто в наблюдении за клиническим исходом. Она сосредоточилась на базовых вопросах: почему легкие могут расширяться и сжиматься снова и снова, не разрываясь на части и без коллапса; что делает этот удивительный орган выносливым и придает ему силы совершать 20 160 вдохов в сутки, перемещая около 10 000 л воздуха, в то время как еще 5 л крови протекают по кровеносным сосудам легких каждую минуту? Сердце – это компактные, сильные мышцы. Печень – это плотная структура из каналов и фильтров. А легкое – это в основном воздух. Под микроскопом становится видна его тонкая, очень нежная кружевная структура. Для всех было загадкой, откуда они берут выносливость и силу.
Доктор Эвери изучала физиологию дыхания различных животных, от рождения до возраста несколько недель, составляя карты развития их легких, а также проявляющиеся характеристики. Помимо работы в лаборатории, она продолжала свою клиническую работу в Бостонском родильном доме, отвечая за уход за новорожденными. Акушеры передавали ей новорожденных младенцев, а она запускала секундомер и записывала данные по мере того, как ребенок делал первый вдох, определяя балл по шкале Апгар, а затем брала кровь на анализ. Она перебегала из палаты в палату, всегда начеку, выискивая хотя бы какие-то подсказки о состоянии легких этих малышей.
Когда дети умирали от таинственной болезни легких, доктор Эвери присутствовала на вскрытии, внимательно изучая гистологию, и сохраняла предметные стекла на будущее, когда сможет понять, что их связывает. Во время этих вскрытий ее внимание привлек один факт – насколько сильно были заполнены тканями легкие этих малышей, в них совершенно не было воздуха, они больше походили на печень, а не на легкие. Они не смогли наполниться воздухом.
По выходным доктор Эвери ходила в библиотеку Массачусетского технологического института в поисках публикаций из не относящихся к медицине областей, охотясь за новыми идеями, рожденными в умах химиков и математиков. В один из таких визитов ей попалась книга Чарльза Бойза «Мыльные пузыри: их цвет и силы, формирующие их» (Soap Bubbles: Their Colours and Forces Which Mould Them).
Впервые опубликованная в 1912 г. и предназначавшаяся для английских школьников, эта тонкая книжка была базовым учебником по физическим свойствам, определяющим мыльные пузыри, учебником, заполненным описаниями простых экспериментов, которые демонстрировали физические свойства жидкостей и их взаимодействие с воздухом, и объяснявшим, почему мыльные пузыри способны не лопаться, как по волшебству паря в воздухе. Доктор Эвери увидела связь между мыльными пузырями и альвеолами в наших легких. К альвеолам, которые имеют круглую форму и должны оставаться открытыми, чтобы газовый обмен не прекращался, применимы и законы физики, определяющие свойства мыльных пузырей.
Ключевым фактором, помогающим мыльным пузырям сохранять сферическую форму и не лопаться, является поверхностное натяжение. Любой сферический объект, такой как мыльный пузырь или альвеола в легких, подчиняется простому закону физики. Сформулированный французским ученым Пьером-Симоном Лапласом и английским математиком Томасом Юнгом в 1805 г., этот закон гласит, что давление, действующее на круглый объект, прямо пропорционально поверхностному натяжению сферы и обратно пропорционально ее радиусу. Из него вытекает, что пузыри большего размера являются более стабильными, на них действует меньшее давление, чем на пузыри меньших размеров, и у них больше шансов не лопнуть. И аналогично сфера с меньшим поверхностным натяжением является более стабильной, и на нее действует меньшее давление, чем на сферу с более высоким поверхностным натяжением.
Радиус сферы – это просто расстояние от ее центра до поверхности. Поверхностное натяжение, однако, вещь более сложная. На поверхности раздела между жидкостью и газом молекулы жидкости связаны друг с другом сильнее, чем где-либо внутри жидкости. Например, в стакане с водой молекулы воды на поверхности располагаются гораздо более плотно, чем молекулы в середине стакана, потому что над ними нет других молекул воды, которые могли бы оказывать на них рассеивающее воздействие. Эти тесно скопившиеся на поверхности молекулы воды вызывают поверхностное натяжение, в результате поверхность немного прогибается, и это можно увидеть в стакане с водой.
Молекулы разных жидкостей по-разному ведут себя, скапливаясь у поверхности. У воды относительно высокое поверхностное натяжение, соответственно, молекулы на ее поверхности скучены довольно тесно. Поэтому из воды не получаются хорошие пузыри, она легче образует капли, например капли дождя или капли в раковине. Но если к воде добавить мыло, поверхностное натяжение существенно снижается. Кончики молекул мыла имеют разные свойства: один кончик притягивает воду (гидрофильный), а второй отталкивает ее (гидрофобный). Когда мыло попадает в воду, его молекулы поднимаются на поверхность гидрофобными концами вверх, расталкивая молекулы воды, отделяя их друг от друга и уменьшая натяжение и энергию между ними. Это позволяет сферическому объекту, такому как мыльный пузырь, сохранять свою форму до тех пор, пока он не высохнет и не лопнет.