Пересадка мозга. Первые шаги

 

Когда началась эпоха пересадки органов, медики сразу же столкнулись с проблемой совместимости тканей. Чтобы чужие ткани и органы прижились в организме хозяина, приходилось вести борьбу с естественной защитой организма, с иммунной системой. Только одну ткань – нервную – можно пересаживать без подавления иммунной защиты. Однако эта привилегия мозга проявляется лишь в том случае, когда нервные клетки берут для пересадки у зародыша на начальных стадиях его развития. Сейчас технология пересадки мозга отрабатывается во многих лабораториях мира, пока на лабораторных животных – мышах, крысах, кроликах и обезьянах. А успехи? Они, безусловно, есть.

 

Ученые выяснили, с чем связана привилегия мозга, – ее обеспечивает гематоэнцефалический барьер, особая «стена», сквозь которую в клетки мозга не проникают чуждые вещества, в том числе и антитела, которые циркулируют в крови (см. статью «Мозговой барьер»).

 

Уже установлено, что пересаженные во взрослый организм нервные клетки зародыша приживаются и через некоторое время образуют сеть связей с нервными клетками мозга хозяина.

 

Эксперименты, проведенные в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР, показали, что пересадка мозга крысам восстанавливает у них нарушенные формы поведения. Нейрофизиологов интересовали особенности поиска пищи у животных. В четырех углах площадки расставляли по коробке, и только в одну из них клали сухарик, политый растительным маслом; крыса должна была отыскать пищу. До операции у животного на такие поиски уходило не более 10 минут. Проходило несколько тренировок, и это время сокращалось до 40 секунд.

 

В первой серии опытов провели «ложную» операцию. Стеклянной иглой толщиной 0,6 миллиметра ввели небольшую порцию физиологического раствора в мозг взрослого животного. Процесс поиска пищи у крыс изменился. Одни животные оставались активными, быстро передвигались по площадке, но при этом их движения были хаотичны, нецеленаправленны, и крысы нескоро отыскали сухарик в коробке. Другие оперированные крысы передвигались медленно, часто замирая на одном месте. Третьи после операции стали совсем пассивными, долго сидели, забившись в угол, и пищу почти не искали. Во всех случаях «ложная» операция ухудшила возможности найти пищу – в среднем для отыскания нужной коробки крысам потребовалось времени в пять раз больше, чем до операции. Значит, при «ложной» операции игла, погруженная в ткани мозга, разрушает нервные клетки. (Эти повреждения обычно залечиваются через 1...2 месяца.)

 

На следующей стадии эксперимента такой же стеклянной иглой взрослым крысам ввели суспензию мозговой ткани, то есть «плавающие» в физиологическом растворе нервные клетки, взятые у зародышей. Через шесть-семь дней после операции крыс испытали на той же площадке, где в одной из коробок можно было найти лакомый кусочек. Оказалось, что после операции пересадки мозговой ткани поведение крыс не отличалось от поведения здоровых крыс до операции: они так же быстро и легко находили пищу. Пересадка прошла успешно, и нервные клетки, поврежденные стеклянной иглой, уже через неделю восстановились. Но благодаря чему?

 

Ученые считают, что возможны два типа процессов, ведущих к полному восстановлению мозговых структур. Пересаженные нервные клетки зародыша в организме хозяина выделяют особое биологически активное вещество, которое и нормализует поведение животного-хозяина. Второй тип восстановительных процессов – это установление нормальных связей – синаптических контактов – между пересаженными нервными клетками и нервными клетками мозга хозяина. Очевидно, в проведенных экспериментах у крыс действовало как раз активное вещество, выделенное мозгом зародыша. Этот вывод следует из того, что для установления синаптических контактов между нейронами требуется не менее шести-семи недель.

 

Можно надеяться, что успехи пересадки мозговой ткани животным в скором времени позволят помогать и людям, получившим мозговую травму.

 

Ранее опубликовано: Наука и жизнь. 1988. №1.

 

Дата публикации: 14 февраля 2003 года

Электронная версия: © НиТ. Научные журналы, 2002

 

 

9.

Женщины в науке и технике

Как женщина помогла физике

Альберт Эйнштейн познакомился с Милевой Марич в 1896 году в Цюрихском политехническом институте, когда оба учились на одном курсе. Альберту тогда было 17 лет, а Милеве – на четыре года больше. Они отпраздновали свадьбу 6 января 1903 года.

Начало века было весьма продуктивным для молодого Эйнштейна. В 1905 году он опубликовал в «Аннален дер Физик», журнале германского физического общества, серию научных статей. В одной из них он сформулировал основные принципы частной теории относительности.

В 1919 году Эйнштейн и Марич развелись. В самом событии не было ничего удивительного, но в брачном договоре фигурировал необычный пункт, по которому Эйнштейн обязывался при присуждении ему Нобелевской премии выделить соответствующую сумму своей бывшей жене. Через три года он действительно удостоился премии (Нобелевская премия по физике 1921 г. «За заслуги перед теоретической физикой, и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта») и выполнил соглашение.

В этих фактах историки видят одно из доказательств того, что Милева Марич была не просто женой и матерью детей Эйнштейна, а и соавтором его важнейших трудов. Правда, подобную позицию трудно назвать обоснованной. Поступок Эйнштейна можно истолковать и как чисто джентльменский жест.

Однако существует еще один источник информации, которым явно пренебрегали до сих пор. Речь идет о письмах Альберта Эйнштейна к Милеве Марич. В одном из них он пишет: «Как счастлив и горд буду, когда мы оба доведем работу над относительным движением до победного конца». Подобные отрывки из других писем подсказывают, что научное сотрудничество между ними не ограничивалось только рамками теории относительности.

Одни историки убеждены, что математические расчеты в трудах Эйнштейна выполнены Марич. Другие – что ей принадлежат нетрадиционные идеи, положенные в основу теории относительности. Третьи же полагают, что поддержка с женской стороны носила скорее эмоциональный, нежели интеллектуальный характер.

В пользу Марич говорят и другие аргументы. В своих воспоминаниях об Эйнштейне известный советский физик, академик Абрам Федорович Иоффе утверждает, что в 1905 году видел те самые, подготовленные для «Аннален дер Физик», рукописи, о которых мы уже упоминали. И они были подписаны двумя именами: Эйнштейном и Марич. Однако при публикации, по неизвестным причинам, осталось лишь одно.

 

Как женщина вывела автостроение на большую дорогу

В 1885 году немецкий инженер Карл Бенц продемонстрировал почтенным бюргерам родного Мангейма свой трехколесный самодвижущийся экипаж с бензиновым двигателем. Однако они отнеслись к новому средству передвижения пренебрежительно: когда Бенц решил проехать по городу, чтобы показать преимущество своего детища, вид странной машины и шум мотора перепугал лошадь мясника, которая понесла, рассыпав по дороге весь груз. Чтобы замять скандал, ему пришлось купить весь испорченный товар. Раздосадованный Бенц поставил автомобиль под навес и принялся его совершенствовать. Тут в дело вмешалась жена изобретателя, Берта. Ей пришла в голову мысль посетить родственников, живших в 120 км от Мангейма. Она решила, что машина вполне выдержит подобное путешествие.

3 августа 1888 года, тайком от мужа, Берта Бенц отправилась в путь. Каково же было изумление Карла, когда он узнал, что автомобиль не только благополучно добрался до тещи, но и вернулся обратно своим ходом. А трудностей в дороге было хоть отбавляй.

В то время бензин можно было купить в керосиновых лавках, где его продавали как средство для чистки одежды от пятен. Многочисленные повреждения и неисправности приходилось устранять с помощью подручных средств. Например, для прочистки засорившегося бензопровода Берта использовала декоративную булавку со своей шляпки, ленту с нее – для закрепления деталей системы зажигания, кусочком кожи для тормозной колодки выручил бродячий сапожник...

В конце концов поездка закончилась полным успехом. Смелость Берты Бенц наглядно доказала потенциальные возможности автомобиля, дав ему «зеленый свет».

Как женщина обогатила физику и химию

Мария Склодовская-Кюри – французский физик и химик, одна из создателей учения о радиоактивности. По происхождению полька, с 1891 года жила и работала во Франции.

Заслуги этой женщины перед наукой отмечены двумя Нобелевскими премиями (1903 г, по физике, за исследования радиоактивности; 1911 г., по химии, за исследование свойств металлического радия). Она обнаружила радиоактивность, совместно с Пьером Кюри открыла полоний и радий, ввела термин «радиоактивность». Разработала методы радиоактивных измерений, применила радиоактивное излучение в медицинских целях. Ее именем названа внесистемная единица активности радиоактивных изотопов.

Радиевый институт (НИИ высшей школы Франции. Вырос на базе лаборатории П. Кюри, основанной в 1904 г. при Парижском университете) под руководством М. Склодовской-Кюри стал крупным центром исследований и международного сотрудничества в области радиоактивности и ядерной физики.

 

Дата публикации: 22 июля 1998 года

Электронная версия: © НиТ. Текущие публикации, 1997

10.

Эта «безобидная» пыль

 

Что может угрожать современному пассажирскому авиалайнеру, летящему на высоте 8 км? Даже далекая от авиации домохозяйка с ходу назовет пару причин: незамеченные на земле технические неисправности и террористы. Немного подумав, вспомнит истребители и военные фрегаты, которые, перетрусив по тому или иному случаю, изредка стреляют по всему, что движется – короче говоря, на 8-километровой высоте человеку может угрожать лишь человек. Но ей никогда и в голову не придет подумать об угрозе, которую несет... пыль.

 

Однако 230 пассажирам «Боинга-747», летевшего в конце 1989 года из Амстердама в Токио, эта угроза напоминает о самом страшном приключении в их жизни: в течение 8 минут авиалайнер с заглохшими двигателями и испорченной системой электропитания падал с высоты 8200 м. В конце концов, экипажу удалось запустить моторы, и самолет с трудом дотянул до аэродрома города Анкориджа. Причиной, которая чуть не привела к трагедии, стало облако пыли, незадолго до этого выброшенное в атмосферу вулканом Реднебт на Аляске.

 

И вряд ли пассажиров «Боинга«утешит сообщение о том, что в тот самый момент, когда их жизнь повисла на волоске, проходила первые испытания новая спутниковая система предупреждения самолетов о появлении вулканической пыли. Она была развернута вдоль насыщенных международных трасс, пролегающих вблизи цепочки вулканов на Аляске и Алеутских островах. А разработать ее побудили несколько аварий, когда двигатели авиалайнеров неожиданно и непредсказуемо глохли. Как оказалось, из-за пыли.

 

В первую очередь такие аварии обеспокоили предусмотрительных военных. Они опасались, что при ядерном конфликте пыль, поднятая взрывами, выведет из строя двигатели стратегических бомбардировщиков и самолетов, исполняющих роль воздушных командных пунктов. Осознание исключительной важности этой задачи посетило высшие командные умы в 1980 году, после вынужденной посадки военно-транспортного самолета, у которого отказали два двигателя из четырех после встречи с пылевым облаком вулкана Святая Елена (штат Вашингтон).

 

О гражданском же населении пришлось задуматься после того, как получила широкую огласку авария британского «Боинга-747» с 247 пассажирами на борту. В ночь на 23 июня 1982 года он летел из Малайзии в Австралию. Вдруг один за другим заглохли все двигатели. Самолет стал падать, давление в кабине снижалось, пассажирам велели надеть кислородные маски.

 

– У нас тут маленькая проблема, – объявил пилот по системе внутреннего оповещения. – Все двигатели заглохли...

 

Три двигателя из четырех удалось запустить как раз вовремя, чтобы превратить свободное падение в вынужденную посадку.

 

После подобных аварий, когда на большой высоте двигатели глохли, а на малой снова заводились, специалисты провели «вивисекцию» поврежденных моторов и обнаружили необычное стекловидное «покрытие» на лопатках турбин. Выяснилось, что кремниевые частички вулканической пыли сначала расплавлялись в камере сгорания, а затем конденсировались в более холодной проточной части турбины. Расход воздуха резко падал, и двигатель «терял сознание» от недостатка кислорода. В более плотных слоях атмосферы двигатель вновь приходил в себя.

 

Выяснилось также, что ни наземная метеослужба, ни радары на борту самолета не в состоянии отличить клубы вулканической пыли от обычных облаков. Специалисты признали, что сегодня существует лишь единственный верный способ сделать это – непосредственно засечь извержение вулкана и проследить движение его выбросов в атмосфере. Тогда-то и появилась идея привлечь на помощь спутники...

 

После первых, не слишком успешных испытаний системы, во время которых и произошла авария с «Боингом», в конце 1989 года. Совет оповещения о вулканической деятельности при Управлении гражданской авиации приступил к регулярной работе. Он использует четыре метеоспутника, два из которых постоянно «висят» на геостационарной орбите (порядка 36 тыс. км над экватором), а два находятся гораздо ниже и перемещаются над земной поверхностью.

 

Кроме спутников, служба оповещения использует широкую сеть сбора информации, в которую сходятся сообщения с американских военных баз, исследовательских станций Американского геологического общества и Всемирной сети оповещения о событиях, имеющих научный интерес, при Смитсоновском институте в Вашингтоне.

 

В период одного из последних извержений Совет через каждые два часа передавал сообщения о траектории продвижения вулканических облаков и прогноз об их ожидаемой высоте и местоположении. Но один экипаж все же попал в такое облако. Впрочем, на этот раз все кончилось благополучно.

 

Источник информации: «Техника – молодежи», №6, 1991.

 

Дата публикации: 27 февраля 1999 года

Электронная версия: © НиТ. Текущие публикации, 1997