Архив

№ (0) - 2009 ТЕМА НОМЕРА: ПРОСЛАВИВШИЕ РОССИЮ. СОХРАНЯЕМ ТРАДИЦИИ

УРАВНЕНИЕ СЕЧЕНОВА

Есть известная характеристика творческой деятельности Сеченова, которую дал его ученик и друг К.А. Тимирязев: «Едва ли какой из современных ему физиологов ... обладал таким широким охватом в сфере своих собственных исследований, начиная с физических исследований в области растворения газов и кончая исследованием в области нервной физиологии и строго научной психологии. ... Если прибавить к этому блестящую, замечательно простую, ясную форму, в которую он облекал свои мысли, то станет понятно то широкое влияние, которое он оказал на русскую науку, на русскую мысль даже далеко за пределами своей аудитории и своей специальности». Действительно, И.М. Сеченов оставил богатое наследие. Многие его открытия, мысли, сделанные в девятнадцатом столетии, актуальны и сегодня, когда идет уже XXI век.

Новые методы

Сеченов заложил основу российской физиологической научной школы, которая базировалась в первую очередь на исследовательской работе, и ввел два главных методологических принципа. Первый – естественнонаучное направление, исходящее из того, что в основе всех физиологических явлений лежат материальные физико-химические процессы. Преобладавшее до него представление о психике как множестве отдельных психических явлений – чувств, образов, представлений, мыслей – он объединил в единый механизм «жизненных встреч организма со средой». Первые публичные лекции на тему «Так называемые растительные акты в животной жизни», где утверждался принцип единства организма и среды, выдвигалась идея саморегуляции, неразрывно связанная с представлением о гомеостазе, были прочитаны Сеченовым еще в начале 1861 года. Эти идеи стали основополагающими для многих направлений русской психологии.
Не менее важным было и то, что все физиологические явления стали изучаться методом эксперимента. Хотя еще во времена его бытности студентом опыты во время лекций были скорее исключением, нежели правилом. Зато сам Сеченов демонстрацию эксперимента ввел уже на лекциях в Медико-хирургической академии.

Чувства и рефлексы

Одной из первых великих идей Сеченова стало открытие им эффекта центрального торможения. До него физиологам был известен лишь процесс возбуждения.
Еще в «тезах» к докторской диссертации он выдвинул положение о своеобразии рефлексов, центры которых лежат в головном мозге. А уже в парижской лаборатории К. Бернара в 1862 году экспериментально проверил гипотезу о влиянии центров головного мозга на двигательную активность и обнаружил, что химическое раздражение продолговатого мозга и зрительных бугров кристалликами поваренной соли задерживало рефлекторную двигательную реакцию конечности лягушки. Таламический центр торможения рефлекторной реакции был назван «сеченовским центром», а феномен центрального торможения – сеченовским торможением. Таким образом подтвердилось высказанное еще Гиппократом предположение о тормозящем влиянии одной части нервной системы на другую. Еще одно открытие, сделанное на основе экспериментов с раздражением зрительных бугров кристаллами поваренной соли, – ретикуло-спинальные влияния (влияния ретикулярной формации мозгового ствола на спинномозговые рефлексы) – получило широкое признание лишь в сороковые годы прошлого века после выяснения функций ретикулярной формации головного мозга.
В том же году Сеченов опубликовал работу «Прибавления к учению о нервных центрах, задерживающих отраженные движения», в которой обсуждался вопрос, имеются ли в мозгу специфические задерживающие механизмы или действие тормозных центров распространяется на все мышечные системы и функции. Так была впервые выдвинута концепция о неспецифических системах мозга.
В классическом труде «Рефлексы головного мозга» (1866) Иван Сеченов обосновал рефлекторную природу сознательной и бессознательной деятельности, показал, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы, которые могут быть изучены объективными методами. Он открыл явления центрального торможения, суммации в нервной системе, установил наличие ритмических биоэлектрических процессов в центральной нервной системе, обосновал значение процессов обмена веществ в осуществлении возбуждения. И это было новым словом в науке.
Широкую известность приобрела формула: «Мысль – есть первые две трети рефлекса». Что это значит? По Сеченову, в основе памяти лежит рефлекс. А память всегда запечатлевает объективную реальность, преобразованную через ощущение. Однако образ, хранящийся в памяти, это одновременно и результат объединения многих стереотипно повторяющихся или разнородных раздражений. Человек с помощью часто повторяющихся ассоциированных (соединяющихся) рефлексов приобретает умение группировать свои движения; тем же путем рефлексов он может и задерживать их. А значит, как считал Сеченов, появляется огромный ряд явлений, где психическая деятельность остается без внешнего выражения, в форме мысли, намерения, желания, размышления. Последнее – это ряд связанных между собой представлений, понятий, существующих в данное время в сознании и не выражающихся никакими вытекающими из этих психических актов внешними действиями. В мысли есть начало (возбуждение) и продолжение рефлекса (психологический анализ и синтез), отсутствует лишь последняя фаза – движение. То есть, формулировал Сеченов, мысль – есть первые две трети психологического рефлекса. Последняя же треть – движение – отсутствует по той причине, что тормозные центры головного мозга задерживают психический рефлекс, не дают ему завершиться движением.
В качестве иллюстрации этого размышления Сеченов приводил следующий пример. Человек ощущает сильную боль. Ощущение боли – это первая фаза рефлекса, оно поступает в мозг, который анализирует и осознает это чувство, то есть происходит вторая фаза рефлекса. Человек с сильной волей молча переносит боль, не кричит и не стонет. Он осознает страдание, думает о нем, однако движения мышц гортани и дыхательной мускулатуры, которые образуют человеческий голос, нет, то есть отсутствует третья часть фазы рефлекса. То есть очевидна лишь мысль о боли, составляющая первые две трети психического рефлекса. Формула «мысль – есть первые две трети рефлекса» стала настоящим открытием. Сеченов доказал, что отсутствие последней трети рефлекса обуславливает внутреннее движение, т.е. все те мыслительные операции, которые предваряют произвольное движение. Однако «первоначальная причина всякого поступка лежит всегда во внешнем чувственном возбуждении, потому что без него никакая мысль невозможна».
С открытием Сеченовым процесса торможения в нейрофизиологии возник комплекс проблем нейродинамики, связанный с соотношением возбуждения и торможения. После этого на основе новых нейродинамических представлений Сеченов вновь обратился к проблеме рефлекса, рассматривая его как базу для объяснения «происхождения психических деятельностей». Он считал, что психическое и физиологическое явления родственны по механизму совершения. Любое психическое явление можно рассматривать как процесс, имеющий определенную структуру – начало, течение и конец. Начало и конец психического процесса – это то, что соединяет организм со средой. Начало процесса определяется внешними влияниями. А значит, психическое, внутреннее детерминируется внешним. Внешнее воздействие превращается в чувствование лишь при условии его значимости для организма.
До Сеченова чувствование рассматривалось как имманентный феномен сознания. Сеченов связал его с приспособительным поведением организма в окружающей его среде. «Чувствование всегда и везде имеет только два общих значения: оно служит орудием различения условий действия и руководителем соответственных этим условиям (то есть целесообразных или приспособительных) действий».
Сеченов предвосхитил фундаментальный принцип психологии – принцип интериоризации: мысль зарождается в реальных жизненных встречах организма с предметами окружающего мира. То есть сознание – это не внутреннее созерцание, как считали до него. Пройдя «школу действия», мысль «свертывается, становится внешне незаметной», но всегда отражается в микродвижениях мышц (идеомоторные акты). Тем же путем возникает и воля – только уже не из взаимодействия с вещами, а из взаимодействия с людьми. Уже на основе этих идей Иван Павлов создал учение о высшей нервной деятельности, использовав рефлекс не только как концептуальную позицию, но и как метод нейрофизиологического исследования, открыв закономерности высшей нервной деятельности, лежащие в основе уравновешивания организма со средой.
«Он указал, что одиночное раздражение рефлекторного аппарата не может вызвать рефлекса. Для этого необходим ряд толчков. Этот факт Ивана Михайловича представляется капитальнейшим в учении о центральной нервной системе. На свойстве центральной нервной системы – медленно приходить в движение и медленно успокаиваться – зиждется все развитие нервной деятельности, как она обнаруживается в психических проявлениях человеческого мозга», – писал позже И.П. Павлов о Сеченове.

Функция крови

Этот, с виду простенький вопрос потребовал для своего решения не только опытов со всеми главными составными частями крови порознь и в различных сочетаниях друг с другом, но в еще большей мере опытов с длинным рядом соляных растворов», – писал Сеченов о чрезвычайно интересной для него проблеме – изучению состояния углекислого газа в крови, которой он начал заниматься еще в пору своего первого пребывания за границей.
В чем была важность этого вопроса? Дело в том, что жизнь человека невозможна без дыхания. Кислород необходим для биологического окисления поступающих с пищей органических веществ, в результате чего и образуется двуокись углерода, которую необходимо удалять из организма. В процессе дыхания существенную роль играет кровь. В легких она поглощает кислород из воздуха, поступающего сюда во время вдоха, и разносит его по организму. А в тканях организма она собирает двуокись углерода, уносит ее в легкие, где та и выделяется. Однако сам механизм поглощения кислорода и выделения углекислого газа был в то время еще совершенно не изучен. Посылом же для исследования стала мысль, что освобождение организма от углекислого газа связано с состоянием его в крови.
Во время пребывания в Одессе Сеченов максимально, насколько позволяла методическая база того времени, подошел к пониманию явления, которое позднее получит название буфера белков крови.
«Жидкая часть крови устроена, в деле выполнения своей дыхательной функции, лучше, чем вода, и лучше, чем водный раствор углекислой щелочи, – писал он. – Она черпает СО₂ в тканях сильнее воды и отдает ее в полость легкого легче, чем бикарбонат».
Вообще в то время считалось, что эритроциты связывают углекислый газ так же, как и плазма крови – посредством углекислого натрия, который «превращается не вполне в бикарбонат», т.е. посредством своих щелочей. Однако эксперименты Сеченова позволили установить, что «между веществами кровяных шариков, не исключая и их щелочей, гемоглобин связывает химически наибольшие количества СО₂».
Ему принадлежит выдающееся открытие, которое по достоинству было оценено только гораздо позже. Оно состоит в том, что углекислый газ находится в эритроцитах не только в состоянии физического растворения и в виде бикарбоната, но и в состоянии нестойкого химического соединения с гемоглобином. Таким образом, эритроциты не только доставляют кислород от легких к тканям, но и переносят углекислый газ от тканей к легким, помогают выделять его из организма.
Наличие в крови карбоксигемоглобина – химического соединения гемоглобина с окисью углерода достоверно было доказано лишь более чем полвека спустя!
И.М. Сеченов является также одним из основоположников отечественной электрофизиологии. Его монография «О животном электричестве» (1862) была первой работой по электрофизиологии в России. Большое значение для развития отечественной электрофизиологии имели развиваемые в ней представления о природе процесса возбуждения. Сеченов пришел к выводу, что процесс возбуждения как в нерве, так и в мышце по своей природе является электрическим, и при его изучении единственно правильным направлением является физико-химическое, молекулярное направление.
В 1881–1882 гг. он опубликовал результаты исследований электрических явлений в спинном и продолговатом мозге лягушки, где впервые детально изучена фоновая электрическая активность продолговатого мозга и ее изменения под влиянием раздражений. Характер этих изменений очень сходен с известной в настоящее время реакцией десинхронизации. Сеченов считал, что основной причиной угнетения фоновой активности чувствительными раздражениями является развитие в продолговатом мозге процесса торможения.
Правда, все эти исследования не были в полной мере оценены современниками и даже рассматривались как некий курьез. Однако сам ученый был совершенно другого мнения о полученных результатах. Ведь он получил дополнительные аргументы в пользу выдвинутой им около двадцати лет назад теории центрального торможения. А в дальнейшем работы Сеченова по нейрофизиологии, электрофизиологии дали возможность всесторонне изучать биоэлектрические явления в тканях и органах человека. Например, удалось найти способы регистрации биоэлектрических явлений в мышцах, что позволило появиться методам электрокардиографии, электромиографии, создавать активные протезы и управляемые манипуляторы. Метод регистрации биоэлектрических явлений мозга дал возможность разработать электроэнцефалографию.
В 1886 году в статье «О коэффициенте поглощения углекислоты в индифферентных к ней соляных растворах» впервые приводится новый закон – так называемое уравнение Сеченова, дающее зависимость растворения газа в растворе электролита от его концентрации. «Вода диссоциирует некоторое количество соли с образованием продуктов, которые поглощают СО₂ сильнее, чем чистая вода… Это разлагающее действие по мере увеличения разжижения усиливается», – писал он позже об этом законе.
А в декабре 1879 года в докладе на VI съезде естествоиспытателей и врачей, анализируя гибель французских воздухоплавателей на аэростате «Зенит», Сеченов говорил об особенностях физиологических процессов человеческого организма при пониженном давлении воздуха, что было по тем временам совершенно революционными мыслями. В частности, о том, что смерть произошла от того, что не хватило кислорода – воздух в верхних слоях атмосферы чрезвычайно разреженный. А обеднение крови кислородом не всегда может быть компенсировано другими органами. Они просто не могут обеспечить хотя бы наименьший приток кислорода, и возникает ситуация, несовместимая с жизнью. На «Зените», поднявшемся на фантастическую по тем временам высоту 8500 метров, погибли двое из трех воздухоплавателей.
Таким образом, в высотных полетах чрезвычайно важно поддерживать постоянное атмосферное давление, поскольку при его понижении выключаются физиологические механизмы легочной вентиляции, говорил ученый. Фактически это было предложение использовать на больших высотах для защиты герметичные кабины.
Работы Сеченова в этом направлении позже легли в основу новой отрасли физиологии – авиационной, а затем и космической физиологии и медицины.

Восьмичасовой рабочий день

Иван Сеченов также заложил основы физиологии труда, возрастной, сравнительной и эволюционной физиологии. Именно он сделал вывод о продолжительности рабочего дня в восемь часов. Это в период, когда на заводах и фабриках минимальный рабочий день был не менее 12 часов!
В книге «Очерк рабочих движений человека» Сеченов доказал, что человеку нужен восьмичасовой сон, и, следовательно, время работы и отдыха от нее не может составлять более 16 часов. Причем на восьмичасовой сон нельзя переносить время отдыха от работы. А значит, в дополнение к восьмичасовому сну организму нужен еще и отдых после физического или умственного труда.
Сеченов первым из физиологов исследовал деятельность человеческих мышц на двуручном эргографе своей конструкции. А опыты вновь ставил на себе. «Сначала работала правая рука до утомления; затем следовал период отдыха 5 мин. (т.е. перерыв работы); затем правая рука опять работала до утомления, после чего последовал второй период отдыха для правой руки, в течение которого левая рука работала 5 мин.; затем тотчас начинала работать правая рука в третий раз. Одним словом, я сравнивал на дважды утомленной руке результаты двух влияний – простого отдыха и отдыха такой же продолжительности, связанного с работой другой руки».
Результаты опытов удивили. Левая рука работала сильнее правой, хотя он не был левшой. А работа утомленной правой руки после работы левой стала сильнее, чем до первого периода отдыха. Из чего было сделано очень интересное открытие. Импульсы, возникавшие как результат раздражения чувствующих элементов второй руки, направляясь в центральную нервную систему, путем нервных реакций способствовали снижению утомления первой, работавшей, руки. Временного восстановления работоспособности мышц утомленной руки можно добиться и при других видах двигательной активности – например, при работе мышц ног. «В частности же, найденные факты имеют, может быть, значение пособников против утомления при ходьбе и всех вообще работах, где действуют попеременно различные рабочие органы тела», – резюмировал Сеченов. После чего делал вывод о необходимости хорошо теперь всем известного активного отдыха, который называли еще «эффектом Сеченова».
«Источник ощущения усталости помещают обыкновенно в работающие мышцы; я же помещаю его, при вышеупомянутом объяснении его исчезновения, исключительно в центральную нервную систему», – писал он.
Труды Сеченова по изучению физиологических сторон трудовой деятельности и отысканию рациональных режимов труда и отдыха стали основной современной физиологии труда и спорта.