В то время как доктор Эвери читала о пузырях и поверхностном натяжении, несколько преданных своему делу ученых, нанятых федеральным правительством в разгар холодной войны, изучали реакцию легких в случае применения химического оружия. Ядовитые газы попадают в организм главным образом через легкие, поэтому первостепенной задачей было разобраться в том, как токсины действуют на легкое и как с ними бороться. Один из исследователей, доктор Джон Клементс, на военной базе в Бетесде, Мэриленд, в 1950-х гг. провел серию экспериментов с целью количественно измерить поверхностное натяжение в легких, и эти эксперименты продемонстрировали, что ткани легких имели низкое поверхностное натяжение по сравнению с другими тканями. Затем он сделал кое-что простое, чего никто до него не делал: он измерил давление в извлеченной легочной ткани при расширении и сжатии. Как уже упоминалось, давление, действующее на сферу, такую как мыльный пузырь или альвеола в легких, пропорционально ее поверхностному натяжению, деленному на ее радиус, и более низкое давление будет означать, что у пузыря будет больше шансов не лопнуть. Примечательно, что при сокращении легких давление существенно снижалось (когда при сжатии легких альвеолы уменьшались в размере, давление должно было увеличиваться, потому что радиус уменьшался) и существенно увеличивалось при расширении (по мере увеличения альвеол давление должно было снижаться, так как радиус увеличивался). Чтобы найти этому объяснение, доктор Клементс сделал правильное предположение, что что-то должно было перевешивать влияние размера на давление, и единственной оставшейся переменной в уравнении Лапласа было поверхностное натяжение{42}.
Развивая свою гипотезу, доктор Клементс решил: должно быть, в легких есть что-то, настолько сильно понижающее поверхностное натяжение, что это перевешивает влияние размера на давление. Он правильно предположил, что это была пена, подобная мыльной пене, оказывающая рассеивающее воздействие по мере того, как ее молекулы скучиваются все сильнее при уменьшении области в размерах, а когда легкие расширяются и молекулы мылоподобной пены отдаляются друг от друга, этот эффект пропадает. При расчете давления эффект этой мылоподобной пены, уменьшающей поверхностное натяжение, был бы важнее, чем размер легких, как если бы это было сильнодействующее вещество (таким оно и было, и остается). Впоследствии Джон Клементс назвал это вещество сурфактантом (поверхностно-активное вещество) по его влиянию на поверхностное натяжение.
Однозначное открытие и демонстрация существования сурфактанта стало большим прорывом в понимании физиологии легких. Наконец-то получил объяснение механизм, благодаря которому легкие беспрепятственно расширяются и сокращаются тысячи раз в день, не лопаясь при вдохе и не коллапсируя на выдохе. Сердце состоит из плотных поперечнополосатых мышц, мозг – это плотное скопление сетей сообщающихся нейронов, а вот легкое представляет собой тонкую, изящную структуру из переплетающейся волокнистой ткани, которую прекрасно связывает воедино пенистое вещество, действующее как смазка на механизм, работающий тихо и без усилий. Это элегантный, а не брутальный орган.
Поперечное сечение легких с дыхательными путями, окруженными множеством альвеол[11]
Статью Джона Клементса не приняли во влиятельный журнал Nature; вместо этого она была опубликована в менее уважаемом издании и не получила широкого признания в качестве знакового исследования, каким станет считаться впоследствии{43}. Однако доктор Эвери наткнулась на нее, и в 1956 г. поехала в Бетесду, чтобы лично встретиться с доктором Клементсом. Он ничего не знал о респираторном дистресс-синдроме новорожденных, а она ничего не знала о том, как правильно измерять поверхностное натяжение. Он научил ее всему, что знал о физиологии легких, а также тому, как построить прибор, с помощью которого она смогла бы самостоятельно измерять давление и поверхностное натяжение. Доктор Эвери быстро пришла к выводу, что болезнь новорожденных объяснялась не наличием чего-то, то есть гиалиновых мембран, а отсутствием чего-то{44}. Она считала, что этим чем-то был сурфактант.
Она вернулась в свою лабораторию и смастерила собственные весы для измерения поверхностного натяжения, после чего обнаружила, что легкие младенцев, умерших от респираторного дистресс-синдрома, имеют очень высокое поверхностное натяжение. По сравнению с ними легкие нормальных младенцев имели гораздо меньшее поверхностное натяжение. Это был тот прорыв, к которому она стремилась с детства, посещая больницу вместе с доктором Бейкон, и тот прорыв, которого человечество ждало с тех пор, как первый недоношенный ребенок родился и умер загадочной смертью.
Доктор Эвери опубликовала результаты своих исследований в 1959 г. в The American Journal of Diseases of Children. Статья «Свойства поверхности в связи с ателектазом и болезнью гиалиновых мембран» всесторонне осветила проблему респираторного дистресс-синдрома новорожденных{45}. Ключ к заболеванию был найден. Недоразвитые легкие не вырабатывали сурфактант, поверхностное натяжение в альвеолах было слишком высоким, и альвеолы спадались. Гиалиновые мембраны формировались как побочный продукт воспаления и разрушения. Некоторым младенцам удавалось продержаться достаточно долго для того, чтобы их организм начал вырабатывать сурфактант, раскрывающий их альвеолы, но многим нет.
Национальные институты здравоохранения начали выделять финансы, и за последующие десятилетия исследователи в нескольких разных институтах добились значительного прогресса в поисках средства исцеления. Врачи использовали аппараты искусственной вентиляции легких, чтобы не давать легким и альвеолам спадаться; было продемонстрировано, что стероиды ускоряют производство сурфактанта у недоношенных младенцев. Позднее был разработан искусственный сурфактант, заменявший естественный. Сегодня смертность от респираторного дистресс-синдрома составляет 5 % от того, что было до блестящего озарения доктора Эвери.
Мэри Эллен Эвери совершила и другие важные дела в своей жизни. Она помогла основать направление специализированной помощи новорожденным, известное как неонатология, а ее учебник «Справочник Эвери по болезням новорожденных» (Avery's Diseases of the Newborn) остается стандартом в этой области на протяжении десятилетий. Она стала профессором педиатрии и первой женщиной – руководителем клинического отделения Гарвардской медицинской школы. Под ее руководством выросли десятки, если не сотни, выдающихся специалистов в области педиатрии по всей стране.
Что касается моего сына – после запоздавшего первого вздоха у него все хорошо. Он совершил трудный переход от жизни в воде к жизни на воздухе. В тот день мой сын научил меня тому, что дыхание может быть трудным. Мы воспринимаем его как должное, но это сложный процесс, включающий в себя координацию разных органов, причем центральным являются легкие. И легкие – это не просто насос, перекачивающий газ. Как начала учить нас доктор Эвери, это живой орган со своими иммунными и химическими процессами, который проделывает необыкновенный объем работы в условиях экстремальных нагрузок с того момента, как мы вступаем в этот мир.
Глава 4Невероятная исцеляющая сила дыхания
Сегодня наше здоровье определяется не только состоянием медицины, но еще важнее тем, как мы заботимся о себе и друг о друге. Это отражается в самом базовом показателе здоровья нации, продолжительности жизни, которая после десятилетий неуклонного роста, в период с 2010 по 2018 г., не изменилась никак. Несмотря на все наши достижения в области медицины и фармацевтики, 2010-е гг. будут потерянным десятилетием с точки зрения общего здоровья нации. Центры по контролю и профилактике заболеваний винят в этом два предотвратимых фактора: рост смертей, связанных с передозировкой наркотиков, с менее 10 000 в 1990 г. до свыше 70 000 в 2017 г., а также рост числа самоубийств с 10 на 100 000 человек в 1999 г. до 14 на 100 000 человек в 2017 г.{46}
В последнее время также увеличилось количество случаев депрессии, с 6,6 % в 2005 г. до 7,3 % в 2015 г.{47} Еще больше этот показатель вырос среди подростков в возрасте от 12 до 17 лет – с 8,7 % в 2005 г. до 12,7 % в 2015 г. В 2017 г. 3,2 млн подростков имели по крайней мере один серьезный депрессивный эпизод, что составляет 13,3 % в этой популяции{48}. Подростки также страдают от множества сопутствующих заболеваний, таких как хроническая тревожность, панические атаки, хроническая боль, биполярное расстройство, наркозависимость, а также синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Наши дети и подростки, на которых обрушивается так много и так рано, страдают больше всех от этих расстройств.
Мы наблюдаем эту прискорбную тенденцию в больницах, где палаты заполнены пациентами с болезнями, которые можно предотвратить. Исследование, проведенное в 2020 г. в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса, показало, что в общей сложности 25 % случаев в медицинских отделениях реанимации и интенсивной терапии были непосредственно связаны с серьезными проблемами наркозависимости и передозировки и составили 23 % от общей суммы расходов{49}. В этом исследовании не учитываются случаи госпитализации по причине хронических заболеваний, связанных со злоупотреблением психоактивными веществами, таких как рак легких, вызванный курением, или цирроз печени от употребления алкоголя, которые в некоторых популяциях составляют 44 % случаев госпитализации в отделения реанимации и интенсивной терапии