Пізнай самого себе, і ти пізнаєш весь світ.
Першим займається медицина, а другим – фізика. З давніх часів зв’язок між медициною і фізикою був тісним. Недарма з’їзди природознавців і лікарів проходили в різних країнах спільно аж до початку XX в. Історія розвитку класичної фізики показує, що її багато в чому створили лікарі, причому багато фізичних досліджень були викликані питаннями, які ставила медицина. У свою чергу досягнення сучасної медицини, особливо в галузі високих технологій діагностики та лікування, були засновані на результатах різних фізичних досліджень.
У медицині XVI-XVIII століть існував особливий напрямок, який називався ятромеханікою або ятрофізикою (від грецького iatros – лікар). У працях відомого швейцарського лікаря і хіміка Теофраста Парацельса і голландського натураліста Яна Ван-Гельмонта, відомого своїми дослідами по самозародженню мишей з пшеничного борошна, пилу, містилося твердження про цілісність організму, описане у формі містичного початку. Представники раціонального світогляду не могли прийняти цього і в пошуках раціональних підстав біологічних процесів поклали в основу їх вивчення механіку – найбільш розвинену в той час область знання. Ятромеханіка претендувала на пояснення всіх фізіологічних і патологічних явищ виходячи з законів механіки й фізики. Відомий німецький лікар, фізіолог і хімік Фрідріх Гофман сформулював своєрідне кредо ятрофізики, за яким життя – це рух, а механіка – це причина і закон всіх явищ. Гофман розглядав життя як механічний процес, в ході якого рух нервів, по яких переміщається «тваринний дух» (Spiritum animalium), що знаходиться в мозку, управляє скороченнями м’язів, циркуляцією крові і роботою серця. У результаті цього організм – своєрідна машина – приводиться в рух. Механіка при цьому розглядалася як основа життєдіяльності організмів.
Подібні претензії, як тепер зрозуміло, були багато в чому неспроможні, але ятромеханіка протистояла схоластичним і містичним уявленням, узвичаїла багато важливих досі невідомих фактичних відомостей та нових приладів для фізіологічних вимірювань. Наприклад, згідно з поглядами одного з представників ятромеханіки Джорджіо Боліві рука уподібнювалась важелю, залози – ситам, а серце – гідравлічному насосу. Ці аналогії цілком розумні і сьогодні. У XVI столітті в роботах французького армійського лікаря А.Паре були закладені основи сучасної хірургії та запропоновані штучні ортопедичні пристосування – протези ноги, руки, кисті, розробка яких грунтувалася швидше на науковому фундаменті, ніж на простій імітації втраченої форми. У 1555р. в роботах французького натураліста П’єра Белона був описаний гідравлічний механізм руху актиній. Один із засновників ятрохімії Ван-Гельмонт, вивчаючи процеси бродіння їжі в організмах тварин, зацікавився газоподібними продуктами і ввів у науку термін «газ» (від голландського gisten – бродити). До розвитку ідей ятромеханіки були причетні А.Везалієм, У. Гарвей, Дж.А. Бореллі, Р. Декарт. Ятромеханіка, що зводить всі процеси в живих системах до механічних, так само як і висхідна до Парацельсу ятрохімія, представники якої вважали, що життя зводиться до хімічних перетворень хімічних речовин, що складають тіло, приводили до одностороннього і часто невірного подання про процеси життєдіяльності і способи лікування захворювань. Тем не менше, ці підходи, особливо їх синтез, дозволили сформулювати раціональний підхід у медицині XVI-XVII століть. Навіть вчення про можливість самозародження життя зіграло свою позитивну роль, ставлячи під сумнів релігійні гіпотези про створення життя. Парацельс створив «анатомію сутності людини», якою намагався показати, що в “тілі людини з’єдналися містичним чином три всюдисущих інгредієнти: солі, сірка і ртуть”.
У рамках філософських концепцій того часу формувалося нове ятромеханічне уявлення про суть патологічних процесів. Так, німецький лікар Г. Шатль створив вчення про анімізми (від лат. anima – душа), відповідно до якого хвороба розглядалася як рух, скоєний душею для виведення з тіла чужорідних шкідливих речовин. Представник ятрофізіки італійський лікар Санторіо (1561-1636), професор медицини в Падуї вважав, що будь-яка хвороба – це наслідок порушення закономірностей руху окремих дрібних часток організму. Санторіо одним з перших застосував експериментальний метод дослідження і математичну обробку даних, створив ряд цікавих приладів. У сконструйованої їм спеціальній камері Санторіо вивчав обмін речовин і вперше встановив пов’язану з життєвими процесами непостійність ваги тіла. Спільно з Галілеєм він винайшов ртутний термометр для вимірювання температури тіл (1626). У його праці «Статична медицина» (1614) одночасно представлені положення ятрофізіки і ятрохімії. Подальші дослідження привели до революційних змін в уявленнях про будову та роботу серцево-судинної системи. Італійський анатом Фабріціо д’Аквапенденте виявив венозні клапани. Італійський дослідник П. Азеллі і датський анатом Т. Бартолін виявили лімфатичні судини.
Англійському лікарю Вільяму Гарві належить відкриття замкненості системи кровообігу. Навчаючись в Падуї (в 1598-1601), Гарвей слухав лекції Фабріціо д ‘Аквапенденте і, мабуть, відвідував лекції Галілея. У всякому разі Гарвей знаходився в Падуї в той час як там гриміла слава про блискучі лекції Галілея, які відвідувалися багатьма дослідниками, що приїжджали спеціально здалеку. Відкриття Гарвеєм замкненості кровообігу стало результатом систематичного застосування розробленого раніше Галілеєм кількісного методу вимірювань, а не простим спостереженням або здогадкою. Гарвей виступив з демонстрацією, в ході якої він показав, що кров рухається з лівого шлуночка серця тільки в одному напрямку. Вимірявши об’єм крові, що викидається серцем за одне скорочення (ударний об’єм), він помножив число, що вийшло на частоту скорочень серця і показав, що за годину воно прокачує об’єм крові, що набагато перевищує об’єм тіла. Таким чином був зроблений висновок, що значно менший обсяг крові повинен безперервно циркулювати по замкненому колу, поступаючи в серце. Результати роботи були опубліковані в праці «Анатомічне дослідження про рух серця і крові у тварин» (1628) і були більш ніж революційними. Справа в тому, що з часів Галена вважалося, що кров виробляється в кишечнику, звідки надходить в печінку, потім у серце, звідки розподіляється по системі артерій і вен до інших органів. Гарвей описав серце, розділене на окремі камери як м’язовий мішок, що виконує роль насоса, що нагнітає кров у судини. Кров рухається по колу в одному напрямку і потрапляє знову в серце. Зворотному ж току крові у венах перешкоджають венозні клапани, виявлені Фабріціо д’Аквапенденте. Революційне вчення Гарвея про кровообіг суперечило твердженням Галена, у зв’язку з чим його книги піддавалися різкій критиці і навіть пацієнти часто відмовлялися від його лікарських послуг. З 1623р. Гарвей служив в якості придворного лікаря Карла I і найвище заступництво рятувало його від нападок противників і забезпечувало можливість подальшої наукової роботи. Гарвей виконав великі дослідження з ембріології, описав окремі стадії розвитку зародка («Дослідження про народження тварин», 1651). XVII століття можна назвати епохою гідравліки і гідравлічного мислення. Успіхи техніки сприяли появі нових аналогій і кращому розумінню процесів, що відбуваються в живих організмах. Ймовірно, саме тому Гарвей описав серце як гідравлічний насос, що прокачує кров по “трубопроводу” судинної системи. Для повного визнання результатів роботи Гарвея було потрібно тільки знайти відсутню сполучну ланку, що замикає коло між артеріями і венами, що буде зроблено незабаром в роботах Мальпігі. Механізм роботи легенів і причини прокачування повітря по них залишилися для Гарвея незрозумілими – небувалі успіхи хімії і відкриття складу повітря були ще попереду. XVII століття є важливою віхою в історії біомеханіки, оскільки воно було ознаменовано не тільки появою перших друкованих праць з біомеханіки, але і становленням нового погляду на життя і природу біологічної рухливості.
Французький математик, фізик, філософ і фізіолог Рене Декарт був першим, хто спробував побудувати механічну модель живого організму з урахуванням управління за допомогою нервової системи. Його трактування фізіологічної теорії на основі законів механіки розмістилося в опублікованій посмертно праці (1662-1664). У цьому формулюванні вперше була висловлена кардинальна для наук про живе ідея регуляції за допомогою зворотного зв’язку. Декарт розглядав людину як тілесний механізм, що приводиться в рух «живими духами», які «постійно сходять у великій кількості від серця до мозку, а звідти – через нерви до м’язів і приводять всі члени в рух». Не перебільшуючи роль «духів», у трактаті «Опис людського тіла. Про освіту тваринного » (1648 р.) він пише, що знання механіки та анатомії дозволяє побачити в тілі «значну кількість органів, або пружин» для організації пересування організму. Роботу організму Декарт уподібнює механізму годинника з окремими пружинами, гвинтиками, шестернями. Крім цього, Декарт займався дослідженням координації рухів різних частин тіла. Проводячи обширні експерименти з дослідження роботи серця і руху крові в порожнинах серця і великих судинах, Декарт не погоджується з концепцією Гарвея про скорочення серця як рушійну силу кровообігу. Він відстоює висхідну Арістотелем гіпотезу, що при нагріванні і розрідженні крові в серце під дією притаманної серцю теплоти, просуванні розширюється крові у великі судини, де вона охолоджується, а «серце і артерії негайно опадають і стискаються». Роль дихальної системи Декарт бачить у тому, що дихання «приносить в легені достатньо свіжого повітря для того, щоб кров, що надходить туди з правої частини серця, де вона розріджується і як би перетворюється на пару, знову звернулася з пари в кров». Він досліджував також рухи очей, використовував поділ біологічних тканин за механічними властивостями на рідкі та тверді. В області механіки Декарт сформулював закон збереження кількості руху і ввів поняття імпульсу сили.
Таким чином, вчені-ятрофізики зробили важливий внесок у розвиток науки. У боротьбі з теологічною ідеологією середньовіччя цей напрям відінрав прогресивну роль.
Матеріал підготувала: асистент кафедри біологічної фізики та медичної інформатики Т.В. Бірюкова
