Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Выдохните. Выпустите воздух из груди, потихоньку, еле слышно. Ваши межреберные мышцы расслабились. Грудная клетка сжалась и опустилась. Расслабленная диафрагма выгибается вверх под давлением в брюшной полости. Оба ее купола будто врастают в грудную клетку, мягко надавливают на доли легкого, и воздух выходит наружу. Намеренный выдох через рот ощущается как облегчение. Так оно и есть. Вы только что – по грубой прикидке – отдали в атмосферу 0,04 грамма диоксида углерода. Щепотка соли. Однако достаточно, чтобы сыграть важную роль. Без кислорода ваши клетки не могут функционировать. Но углекислый газ в вашей крови – это движущая сила дыхания. Вы выдыхаете также азот и благородные газы – «кирпичики» неподвижных звезд, и следы радиоактивного распада. Эти газы путешествуют по телу, почти не изменяясь: у тела нет с ними общих дел. Да и сам вдыхаемый кислород не полностью остается в клетках. Ваш обмен веществ использует едва ли пять процентов. Зато благодаря такой неэффективности вы можете делать искусственное дыхание «рот в рот» и спасти чью-то жизнь. Когда вы не заняты оживлением, то ежедневно теряете при выдохе, помимо всего прочего, 0,3 литра воды: дыхните на зеркало и увидите. После выдоха окружающий воздух обогатился на тысячи компонентов – ваш персональный респираторный отпечаток. По его составу можно определить, что происходит в вашем организме. Есть ли воспаление. Не отказывают ли органы. Насколько сильна ваша жизненная энергия – на санскрите «прана».
Многие восхищаются Карлом Лагерфельдом. Тем не менее его считали мизантропом. То он обругивал «белые воротнички», то любителей пощеголять в спортивных штанах. Травил фанатов селфи и терпеть не мог детей. «Самое ужасное, – высказался он как-то, – это люди, у которых дурно пахнет изо рта. Увы, и среди моих сотрудников есть такие. С одним мне пришлось расстаться». Были бы все боссы такими, как великий модельер, прокатилась бы волна увольнений. По оценкам экспертов, от двадцати до сорока процентов немцев страдают запахом изо рта. Профессиональное тому название – глитоз. Сами пораженные такой напастью называют ее «смертным приговором». Проблема эта возникла не вчера. Древние египтяне боролись с нею полосканием рта содой, римляне жевали травы для ароматизации дыхания. Но тогда воняло и на улицах, и из-под одежд – в некотором смысле «смягчающее обстоятельство». Зубные щетки, известные в Китае с 1498 года, в Германии завоевали признание только в XX веке, да и то с трудом. Даже после того, как в 1938 году было налажено их массовое производство, многие отказывались пользоваться щетками из-за слишком жесткой щетины. Сегодня несвежее дыхание более чем когда-либо бросается в глаза и общественно порицается. «Запах изо рта обрекает на одиночество», – предупреждают многие пользователи в Сети.
Как сильно изменилось отношение к запаху изо рта даже за последние десятилетия, свидетельствует расхожая байка о Людской компании Dräger. В начале пятидесятых сотрудники лаборатории производителя аппаратов искусственной вентиляции легких и анестезиологического оборудования устроили весьма бурную корпоративную вечеринку. На следующее утро коллеги соревновались, кто держит знамя самого стойкого выпивохи, – сегодня дело немыслимое. Пробовали дыхнуть друг другу в лицо – победителя не выявили. Но они же химики: достали дихромат калия. Когда эта соль вступает в реакцию с алкоголем, она окрашивается в зеленый цвет. Так из шнапс-идеи родилась бизнес-идея. В 1953 году Dräger вывела на рынок новый продукт: алкотестер – химически заполненная стеклянная трубка с литровым пластиковым пузырем. В том же году в Германии впервые была установлена граница допустимой дозы алкоголя в промилле для недобросовестных водителей: вполне щедро – 1,5 промилле. Сегодня уже 1,1 промилле считаются безусловным нарушением и влекут за собой штраф. Не только немецкая полиция заказала алкотестеры. Продукт компании получил международное распространение. Но у него имелся единственный недостаток: он показывал полицейским лишь одно: находится концентрация выше или ниже 0,8 промилле. Некоторые водители умудрялись обмануть прибор либо гипервентиляцией, либо напихав перед тестом в рот снега. С течением времени цифровые датчики заменили трубки с пузырями.
В некоторых странах Евросоюза вообще запрещено садиться за руль после потребления алкоголя. Во Франции и Финляндии, например, в школьных автобусах обязательны так называемые алкогольные замки. Эти алкометры блокируют зажигание, если превышен установленный порог. Между 1999 и 2002 годами в строгой к алкоголю Швеции в трех сотнях автобусов и грузовых автомобилей были запущены первые тест-программы таких блокаторов замка зажигания. Результаты оказались многообещающими. Хотя опытные образцы тестеров дыхания иногда срабатывали на сигаретный дым или аромат леденцов и не пускали за руль трезвых водителей. Алкогольные замки нового поколения подобных ошибок уже не допускают. В Австрии с сентября 2017 года введен аналогичный пилотный проект сроком на пять лет. Здесь, по данным Попечительского совета ведомства по безопасности дорожного движения, ежегодно лишаются прав около двадцати шести тысяч нетрезвых водителей. Четыре тысячи из них снова садятся пьяными за руль. Поездки, которые встроенный алкометр мог бы предотвратить. Поэтому австрийский проект разрешает тем, кто нарушил закон впервые, для сокращения срока отзыва водительских прав встроить в автомобиль такое устройство за свой счет (по истечении половины срока). По данным Еврокомиссии, с введением этой модели наказания повторные нарушения снизились на семьдесят пять процентов.
Пропустить в обеденный перерыв стаканчик бурбона, как это делали рекламщики из телесериала «Безумцы», с эпохи пятидесятых практически вышло из моды. Но сделать дыхание несвежим могут и вполне безобидные продукты: сыр, молоко, яйца. Толченый чеснок в спагетти, перья зеленого лука в салате – на тарелке они пахнут аппетитно. А вот после еды их аромат задерживается дольше, чем хотелось бы. Причина проста: во всех этих продуктах имеются серосодержащие вещества. В луке, чесноке и родственных им луковичных вроде порея и спаржи – аллиин и аллицин. Аллиин содержится в клетках растений. Когда их срывают или очищают, начинается химическая реакция, при которой высвобождается едкий аллицин. Это естественная защита: кроме человека, чеснок не ест ни одно животное. Аллицины действуют как антибиотики и противогрибковые средства, понижают кровяное давление, имеют антиастматический эффект и ингибируют комкование тромбоцитов в крови. Также дискутируется вопрос, стимулируют ли они иммунные механизмы, которые замедляют рост опухолей. Но что они точно тормозят, так это оживленные беседы любителей и ненавистников чеснока.
У страдающих галитозом изо рта пахнет постоянно, и запах не обусловлен продуктами питания. Если его не лечить, он принимает хроническую форму. А при этом, если определить источник запаха, галитоз, как правило, успешно лечится. В девяноста процентах случаев проблема находится в ротовой и носовой полостях или в гортани. «То, что причина в желудке, можно смело отнести к сфере легенд», – говорит профессор Райнер Земан из Университетской клиники Берна. В 1999 году эксперта по профилактической стоматологи пригласили на первый прием пациентов в Германии в берлинскую клинику Шарите. На нем Земан объяснял пациентам, как пользоваться скребком для языка и щеточкой для межзубного пространства, потому что запах обычно следствие налета на языке или таких инфекций, как пародонтит (воспаление пародонта) или гингивит (воспаление десен). По сути же, источник запаха – выделения микроорганизмов. На эмали зубов, во впадинах между сосочками языка и на теплой влажной слизистой миндалин живет свыше семисот видов бактерий. Уже миллионы лет они – часть общего микробиома. Мы своего рода суперорганизм из бессчетных живых организмов. В некоторых ртах – второй по «густонаселенности» области человеческого организма – после еды живет больше бактерий, чем людей на земле. Эти миниатюрные сожители влияют на здоровье или болезнь далеко за пределами места их обитания. Например, хронический пародонтит приводит не только к запаху изо рта или выпадению зубов, но и, по мнению экспертов, имеет отношение к диабету, пневмонии, сердечно-сосудистым заболеваниям и преждевременным родам. Согласно «Пятому немецкому исследованию здоровья полости рта» (по состоянию на 2016 год), более половины молодых людей страдают воспалением пародонта. Среди пожилых число больных возрастает до двух третей. Вследствие пародонтита между зубами образуются пародонтальные карманы, в которых – так же как во впадинах языка или под плохо прилегающими пломбами – поселяются анаэробные бактерии. Эти кислородофобы питаются остатками пищи, кровью, отмершими клетками. Имеющиеся в них молекулы аминокислот, содержащие серу, начинают неприятно пахнуть, как только бактерии приступают к метаболизации: тухлыми яйцами (сероводород), гнилыми овощами (метилмеркаптан), пузырями водорослей (диметилсульфид) и квашеной капустой (диметилдисульфид).
О запахе изо рта стесняются говорить. Если предполагаете, что у вас он есть, лизните тыльную сторону ладони и поднесите к носу. Противно? Тогда идите на прием к специалисту. Стоматолог определит степень тяжести. Сначала собственным носом: если запах чувствуется на расстоянии метра, когда пациент говорит «а-а-а», это соответствует третьей степени; на расстоянии тридцати сантиметров – вторая степень; на десяти сантиметрах – первая. Уверенно подтвердить может тест с «искусственным носом» или специализированный на серных соединениях галиметр. Если запах изо рта поддается измерению, а не просто мнится (псевдогалитоз, это отдельный диагноз), – следует найти причину. Дефектные пломбы, стресс, чрезмерное потребление кофе или сигарет могут вызывать галитоз. В редких случаях бактерии гнездятся в закупоренных придаточных полостях носа, и запах идет оттуда. Недостаточное слюноотделение тоже нарушает флору рта: слюна помогает удалению бактерий. По ночам слюны выделяется меньше – отсюда и пресный вкус во рту утром. Некоторые медикаменты, особенно антидепрессанты, вызывают сухость. И, конечно, шумное дыхание с широко открытым ртом. Это может быть причиной того, что люди с апноэ во сне чаще имеют и пародонтит.
Зловонное дыхание может порождать и серьезная болезнь. Рибат, четырнадцатилетняя главная самка львиного прайда в Эрфуртском зоопарке, заметно ослабела. Она отказывалась от еды, ступала нетвердо. Несколько недель львица страдала необнаруженным нефритом. В апреле 2018 года нарушился обмен веществ: в крови слишком мало инсулина, слишком много свободных жирных кислот. Когда ветеринары наконец установили заболевание, чахнущая спутница уже «достала» вожака прайда Багани. Он наступил ей на горло и задушил лапой. Такое поведение стало чрезвычайным событием. Директор зоопарка объясняет: «У львицы сильно пахло из пасти. Очевидно, поэтому Багани сдавил ей трахею». При почечной недостаточности дыхание пахнет мочой.
Многие болезни имеют собственный запах. Еще две тысячи лет назад Гиппократ советовал своим ученикам нюхать дыхание пациента. В традиционной китайской медицине врачи тоже проверяют выдыхаемый воздух носом. И не без основания: наше тело беспрерывно выделяет в окружающую среду летучие органические соединения (VOC). Это углеродистые химические вещества, которые образуются в процессе обмена веществ у всех живых существ и при комнатной температуре улетучиваются. Большинство воспринимаемых нами запахов состоит из таких соединений. VOC придают дыханию диабетиков запах перезрелых яблок, больных воспалением легких – запах канализационных труб. Нос улавливает эти сигналы, часто непроизвольно. Если запахи известны, обоняние можно натренировать на них. В одном из исследований, проведенном в Танзании, специализированные на микобактериях крысы из пятидесяти пяти тысяч проб слюны выбрали те, что принадлежали больным туберкулезом. Была также протестирована группа из тысячи детей от года до пяти. У тридцати четырех из них врачи, участвовавшие в эксперименте, диагностировали туберкулез. Крысы сработали лучше: они нашли еще двадцать три ребенка, у которых в противном случае заболевание могло остаться не выявленным, – и сделали это быстрее, чем лабораторные анализы. Собаки тоже способны унюхать болезнь. В носу таксы около 125 миллионов обонятельных клеток, у овчарки – до 220 миллионов, что делает ее обоняние в миллион раз острее человеческого. Натренированные на дыхание раковых больных, они отличают их от здоровых с точностью от семидесяти до девяноста процентов. Тот, кто боится обнаружить у себя рак, может разочароваться: семьдесят процентов – не слишком великое достижение. Однако стопроцентное попадание – редкостное явление и в медицинском обследовании. Сравните: компьютерная маммография эффективна на семьдесят восемь процентов, – но учтите еще и побочные действия облучения на организм женщины. Успех привлечения собак для диагностики показывает, что рак имеет собственную пахучую подпись. Однако и нос человека, с его всего лишь пятью миллионами обонятельных клеток, может реагировать на подобные знаки. В 2015 году это доказала шотландка Джой Милн. Медсестра на пенсии, Джой учуяла у своего мужа Леса «деревянистый, мускусный запах», как она рассказала прессе. Лишь несколько лет спустя врачи диагностировали у бывшего анестезиолога болезнь Паркинсона. В группе поддержки Джой контактировала с другими больными – и все они пахли как Лес. Милн поделилась своими наблюдениями с учеными. Сначала ей не хотели верить, позже группа из Эдинбургского университета решила протестировать способности Милн. Ей дали понюхать футболки испытуемых с болезнью Паркинсона и здоровых людей из контрольной группы. Коэффициент точности оказался на удивление высок: одиннадцать из двенадцати – лишь одного здорового испытуемого она ошибочно причислила к больным. По крайней мере, так полагали исследователи. Через восемь месяцев тот человек сообщил в университет: у него нашли болезнь Паркинсона. Сенсационные эксперименты вроде этого – хороший повод для броских заголовков. Однако еще не проведены все положенные процедуры, отсутствуют масштабные долговременные исследования. Животные (и люди с особо чувствительным обонянием) не каждый день находятся в лучшей форме. К тому же обучение собак-терапевтов – дело затратное и длительное. А крысы в лечебном учреждении – отнюдь не радостное зрелище. Поэтому медики предпочитают обследовать больных с помощью высокочувствительной техники: они ищут следы недуга в выдыхаемом воздухе.
Ранним утром я сажусь в поезд. В Цюрихе намереваюсь встретиться с Ренато Зеноби, профессором аналитической химии. Уткнувшись носом в окно вагона, я смотрю на горы. Уже несколько дней идет дождь, низко висят тучи. Время от времени в разрывах тумана виднеются сверкающие белые вершины. В Цюрихе тоже дождь. Со сложенным зонтом в руке, с которого стекают капли, я пересекаю серебристо-серый вестибюль Швейцарского федерального технологического института в поисках лаборатории Ренато Зеноби. Совместно с учеными из Цюрихского университета и университетских клиник группа Зеноби проводит исследования в рамках проекта «Zurich Exhalomics»: они хотят расшифровать exhalom, молекулы в выдыхаемом воздухе. Их состав постоянно меняется в процессе обмена веществ. И выдает возраст, физическую форму и состояние здоровья. Исследования в этой области находятся еще в начальной стадии. Хотя helicobacter pylori – бактерии, вызывающие гастрит, непереносимость углеводов или воспалительные процессы в легких, – уже можно обнаружить с помощью тестов дыхания.
Exhalom человека, согласно современным знаниям, состоит в среднем из 870 субстанций, а то и больше, – которые в свою очередь состоят почти из 3500 ранее подтвержденных веществ. В условиях столь многочисленных вариантов для получения достоверных результатов швейцарским исследователям, как минимум, необходимо собрать достаточное количество образцов дыхания больных и здоровых людей. Я вызвалась стать добровольным участником тестирования: женский, сорок три, здорова. Надеюсь, по меньшей мере.
Когда выходит Зеноби, я тут же узнаю его: химик в неизменных очках в коричнево-пятнистой роговой оправе смотрит восторженно на мир вокруг – и не только с фотографий. Мы пожимаем руки: аналитик и нелепая куча клеток, промытая дождем перед приходом. «Давайте сначала возьмем у вас пробу дыхания, – предлагает он, – а потом получите кофе. У нас превосходная кофемашина». Зеноби, наверное, думает, что мои силы на исходе. За час до теста – не менее, чтобы не исказить результат, – мне разрешено выпить воды. Не есть, не жевать резинку, не чистить зубы, даже гигиенической помадой нельзя воспользоваться. Как любая парфюмерия, своей ментоловой добавкой она может сбить масс-спектрометр. Зеноби открывает стальную дверь с окошком-иллюминатором. За ней гудит «машинный зал» химиков: неоновый свет, вытяжки, полка с пробирками, письменный стол с монитором. Перед масс-спектрометром, серо-голубым прибором размером с отопительный котел, – стул. «Здравствуйте. Присаживайтесь!» – встречает меня темноволосый докторант с короткой стрижкой и трехдневной щетиной. Мартин Гаугг в проекте «Zurich Exhalomics» уже три года, он проводит измерения и обрабатывает данные. На белом рукаве, выступающем из прибора, уже установлен свежий мундштук. Я должна дунуть десять – двенадцать раз. Так возникнет целостная картина. Пробы выдыхаемого воздуха аналогичны пробам мочи: первые миллилитры менее насыщенные. «В первых ста пятидесяти миллилитрах очень много молекул из ротовой полости, с зубов и из гортани», – поясняет Гаугг. Для того чтобы вытащить наружу пятьдесят миллилитров воздуха из влажных глубин легких, которые участвуют в интересующих нас процессах в организме, мне надо покашлять в течение десяти – пятнадцати секунд с равномерным, по возможности, давлением в двенадцать миллибар. Я глубоко вдыхаю и выдыхаю в мундштук. Не так уж легко соблюдать требуемое давление. Показания на манометре скачут вверх-вниз, пока не устанавливаются на одиннадцати. «Ничего, тут требуется тренировка, – утешает меня Гаугг. – Если будете делать это регулярно, попадете на двенадцать с закрытыми глазами». Нагретый шланг направляет выдохнутый мною воздух в серебристую насадку. Там он попадает в электроспрей, распыление из заряженных капель, который дает и моим молекулам электрический заряд. Теперь они продолжат свой путь в виде ионов. Сначала они ускоряются, потом электромагнитное поле выводит их из струи. Мелкие частицы сразу мчатся по кривой. Более крупные плавно описывают широкую дугу. Детектор регистрирует, где и когда они столкнутся. Это позволяет определить их массу и заряд – а с ними и вид молекулы. На мониторе, от которого не отрываются профессор и докторант, измерения выглядят как стилизованные сталагмиты: то длиннее, то короче, то теснятся, то разбегаются. «Вы пили кофе», – устанавливает Мартин Гаугг. Действительно. Но потом почистила зубы. Но всё – два часа назад, то есть в рамках разрешенного. Тем не менее я чувствую себя – «всего-то глоток пива, сержант!» – пойманной с поличным. Что еще могут господа ученые вытянуть из моего дыхания? Может, один из бесстрастных выростов на экране – намек на еще неведомую болезнь? У меня львиное зловоние из пасти или банальный галитоз?
Определить состояние здоровья, пищевое поведение и физическую форму человека только по дыханию – звучит как футуристическая идея из сценария «Миссия невыполнима». Тем не менее анализ дыхания – один из старейших методов диагностики. В научную сферу он вошел курьезными с сегодняшней точки зрения экспериментами Лавуазье и Лапласа в конце XVIII века. Их исследования дыхания и его составляющих привлекли внимание к этой жизненно важной функции и ее нарушениям. Это привело к изобретению целого ряда измерительных приборов, среди них стетоскопа. Его изобретатель, француз Рене Лаэннек, в пятнадцать лет потерял мать, умершую от туберкулеза. По сути, еще ребенок, к тому же астматик, в 1795 году он начинает медицинскую карьеру в госпитале Нанта – спустя лишь год после того, как Лавуазье принудительно закончил свою в Париже. На гильотине. Держаться за обиду, нанесенную научной элите охваченным революцией отечеством, – «Республика не нуждается ни в ученых, ни в химиках», цитирует Лавуазье вердикт судей, – никто больше не хочет. В результате исследования получают новый импульс. Выступления Лаэннека в защиту Католической церкви приносят молодому врачу место при кардинале Жозефе Феше, сводном дяде Наполеона. Во время наполеоновских войн Лаэннек в качестве госпитального врача заботится о раненых солдатах. Как бы тяжелы ни были в его глазах их страдания и смерть, он не впадает в уныние. После изгнания Наполеона Лаэннек переходит в парижский госпитальный центр Неккер, где лечит пациентов. Пациентам практиковавшийся тогда метод прослушивания – врач прикладывал ухо к груди – явно доставлял неудобства. Однажды к нему на прием пришла молодая полная дама, «представлявшая большие признаки сердечной болезни», прослушать которую «из-за жировой подстилки» не было никакой возможности. Лаэннек должен найти выход из сложившейся ситуации. Он вспомнил о двух детях, за которыми наблюдал, гуляя по двору Лувра: первый прикладывал ухо к одному концу бревна, а второй царапал иглой по другому. Лаэннек озирается в поисках подходящего предмета. Кусок дерева? Нет. Бумага! «Я взял тонкую тетрадь, – запишет он позже, – свернул ее в узкий цилиндр, один конец приставил к сердечной области и приложил ухо к другому концу. Я был столь же удивлен, как и обрадован тем, что мог слышать удары сердца гораздо громче и точнее, чем при непосредственном прикладывании уха». Вдохновленный таким открытием, Лаэннек три года кропотливо экспериментировал с разными материалами и наконец остановился на деревянной трубке, предшественнице сегодняшнего стетоскопа. В 1817 году тридцатишестилетний врач в своем двухтомном сочинении публикует статью о непрямой аускультации, где описывает дыхательные шумы здоровых и больных пациентов, а также симптомы различных заболеваний. Книги широко расходились, в немалой степени из-за удачной стратегии продаж: за три франка покупатель получал стетоскоп в подарок, – по сути, Лаэннек изобрел прототип комиксов Yps. А деньги с продаж ему были очень нужны – из-за обострения астмы пребывание в Париже становилось невыносимым. Он всё чаще ездит на родину, в Бретань, где воздух чист и прохладен. В мае 1826 года Лаэннек уже настолько слаб, что вынужден оставить свою парижскую практику. Кашель сопровождается лихорадкой. Он просит племянника Мериадека прослушать грудь стетоскопом и описать шумы. Те недвусмысленно показывают: туберкулез. Лаэннек лучше кого бы то ни было знает свистящие хрипы болезни, из-за которой потерял мать. Он завещает Мериадеку все свои записи, часы, кольцо и прежде всего стетоскоп – «лучшую часть моего завещания». В августе того же года его изобретатель умер в возрасте сорока пяти лет. Благодаря ему врачи знают как треск и влажные хрипы при пневмонии, так и шумы трения при плеврите. Английский хирург Джон Хатчинсон написал о Лаэннеке и его исследовании бронхита: «Даже если бы за свою короткую жизнь Лаэннек описал только его шумы и связанную с ними патологию, и больше ничего, – он уже поставил себе памятник на века, перед которым бледнеют все египетские монументы». И всё-таки бессмертную память Лаэннек заслужил своим изобретением. Люди, никогда не слышавшие его имени, при виде стетоскопа на груди сразу говорят «врач», как при виде пирамиды – «фараон».
Своим изобретением Рене Лаэннек сделал доступным скрупулезное прослушивание легких. Тридцатью годами позже Джон Хатчинсон – тот, что сравнил его с египетскими пирамидами, – пошел дальше. Хатчинсон родился в 1811 году в горняцком городе Ньюкасл-апон-Тайн. Там, на рудниках, рабочие добывали остатки погибших лесов, триста миллионов лет назад выбрасывавших в атмосферу рекордное количество кислорода. Древние растения и животные, спрессованные в уголь, стали топливом промышленной революции, паровым двигателем экономики Англии. В детстве Хатчинсона завораживали темные шахты и глухие взрывы: какой мальчишка не проберется в запретное место! Суровые мужчины в шахтах ежедневно рисковали жизнью. Если не были погребены в обвалившихся штольнях или удушены ядовитыми газами, то умирали от угольной пыли, осевшей в легких. От глаз ребенка это не могло укрыться. Повзрослевший Джон Хатчинсон неустанно выступал с докладами, чтобы привлечь внимание к условиям труда горняков. Как минимум раз он держал речь в Палате лордов, верхней палате британского парламента, по поводу аварий. Не жалобы ли шахтеров побудили его вплотную заняться дыханием? Спирометр (от латинских spiro – «дую, дышу» и meter – «измерять») измеряет максимальный объем воздуха, выдохнутый за один раз. Хатчинсон назвал этот объем «жизненной емкостью легких». Он был убежден: по данному показателю можно судить о состоянии здоровья человека – и собирался свою идею доказать.
Спирометрией как таковой Хатчинсон не открыл Америку. И до него исследователи демонстрировали емкость легких. Его аппарат – в сущности, калиброванная бадья, опущенная вверх дном в воду, – базируется на разработанном Лавуазье газометре, лабораторном приборе для хранения газов. Вклад Хатчинсона – масштаб опытов, проведенных с его помощью. Уже в первой работе по емкости легких, опубликованной в 1846 году, задокументированы результаты обследования более двух тысяч человек: «моряки, пожарные, полицейские, солдаты, мастеровые, иждивенцы, печатники, развозчики пива, боксеры и борцы; великаны и карлики, джентльмены и леди, здоровые и больные». А вообще в ходе его исследований в спирометр дуло более четырех тысяч человек. Таким образом Хатчинсон смог доказать, что жизненная емкость легких зависит от пола и размеров тела, что с возрастом и с увеличением веса она уменьшается. И что любые заметные ограничения в дыхании или отклонения от здоровых образцов указывают на физические недуги. Самый знаменитый его пациент – «американский гигант» Чарльз Фриман, звезда бокса, чей скелет высотой более 2,10 метра выставлен в коллекции музея «Хантериан» при Королевском колледже хирургов в Лондоне. Фриман приехал в Англию ради боя, и Хатчинсон не упустил шанс измерить жизненную емкость легких знаменитого спортсмена. Тот показал слегка за семь литров: больше среднестатистических трех – шести литров, но гораздо меньше, чем можно было ожидать при его росте. Спустя два года здоровье Фримана сильно пошатнулось. Явных симптомов не было, но он значительно потерял в весе. Спирометр тоже показал ухудшение: он едва выдул пять с небольшим литров. Через год американец умер. При вскрытии врачи обнаружили узловую ткань в легких – типичные при туберкулезе гранулемы.
Случай с боксером-исполином принес спирометру известность. Однако нашлось и немало критиков. В то время врачи приноровились ощупывать и обнюхивать пациентов. Неужели теперь машины, которые с недавнего времени задают тон на заводах, вторгнутся и в приемный покой? Никаких спирометров! Джон Хатчинсон пришел в ярость. Все его тесты напрасны? Его снова тянет на рудники, на сей раз в Австралию. В штате Виктория недавно открыли золотые россыпи, богатейшие в мире. В 1852 году он бросает дело, оставляет всё жене и детям и восходит на корабль. Заразился ли он «золотой лихорадкой», как и пятнадцать тысяч его соотечественников? Или его погнала, как и Рене Лаэннека, чахотка? Почувствовал ли он, что его дыхание слабеет? В любом случае счастья он в Австралии не нашел. Через девять лет Хатчинсон отправляется под парусом на острова Фиджи, где и умирает в том же году.
Джон Хатчинсон выяснил, что на основе сокращения жизненной емкости легких – то есть максимального объема воздуха, который человек способен выдохнуть за один раз, – можно предсказать снижение продолжительности жизни. Много лет спустя исследования докажут это, в том числе престижное «Framingham Heart Study». С 1948 года жители небольшого городка Фрамингем в США проверяются систематически каждые два года – сейчас уже третье поколение. В том числе тестируются на спирометре. Через четыре года после первого раунда исследований стало ясно, что этот быстрый и несложный тест лучше многих других методов обнаруживает сердечно-сосудистые заболевания. Однако широкого распространения он так и не получил – факт, весьма критикуемый экспертами. В то время как почти каждый немец на приеме у врача или в домашних условиях привычен к измерению кровяного давления – такой же неинвазивный метод, – лишь немногие знают свою жизненную емкость. Это при том, что давно существуют спирометры для домашнего пользования, размером с мобильный телефон и стоимостью значительно меньше. Во многих врачебных кабинетах также стоят такие измерительные приборы, которые выглядят как стационарный телефон с трубкой на проводе. Но их в основном применяют лишь тогда, когда проблемы с дыханием уже возникли или, наоборот, должны быть предотвращены: например, в спортивной медицине. Либо пульмонологам требуется проверить, как больной астмой реагирует на лечение или не обострилась ли ХОБЛ.
Так и масс-спектрометр в лаборатории Ренато Зеноби, анализирующий в Цюрихе элементы моего дыхания, хоть и находится пока на ранней стадии тестирования, уже может показать, не прогрессирует ли ХОБЛ. «В одной подгруппе пациентов мы нашли биомаркеры, которые объявляют об ухудшении», – рассказывает профессор, кликая мышкой по сталагмитам на мониторе. Я затаила дыхание. «У вас нет ХОБЛ», – выдает он вердикт, не отрывая взгляда от измеренных молекул. Тут пронесло! Тем не менее я под впечатлением того, что болезнь можно исключить за несколько минут. Без стетоскопа и иголки в вену. И ничего не надо отправлять на анализ. Вся информация в реальном времени на экране.
«Выдыхаемый нами воздух столь же индивидуален, как отпечатки пальцев», – говорит Зеноби. Двести миллилитров, которые я выдула в аппарат, как и у других, богаты азотом, кислородом, углекислым газом и водой. Но ученых интересует оставшаяся 0,000001%, мизерная концентрация VOC, летучих органических соединений. Они были обнаружены в дыхании в 1971 году химиком Лайнусом Полингом из США. Лауреат двух Нобелевских премий, он посадил одного из своих докторантов на строгую диету в течение нескольких дней, чтобы нейтрализовать его кишечную флору для эксперимента. Потом попросил его подуть через трубку, обложенную льдом, и проанализировал замороженные компоненты с помощью газового хроматографа. Их оказалось значительное количество: двести пятьдесят VOC в выдохнутом докторантом воздухе группа Полинга смогла идентифицировать. До сих пор никто и не подозревал, что состав воздуха настолько комплексный. На сегодня известно уже около трех с половиной тысяч веществ, которые могут в нем встречаться. Но не их значение. Поэтому анализ выдыхаемого воздуха остается проблемой, которая еще ждет своего решения. То есть среди тысяч составляющих надо найти те биомаркеры, которые в определенных комбинациях типичны для картины конкретного заболевания.
К наиболее изученным в настоящее время относятся окись азота (NO), окись углерода (CO) и углеводороды этан и пентан. Окись азота – бесцветный ядовитый газ, состоящий из атома азота и атома кислорода. Он долго считался исключительно ядом окружающей среды: вредный побочный продукт работы дизельных двигателей и мусоросжигательных установок, который выжигает дыхательные пути и делает дожди кислотными. Однако в 1987 году группа специалистов по кровообращению, сотрудничавшая с британо-гондурасским фармакологом Сальвадором Монкадой, доказала, что окись азота образуется и в человеческом организме. Ответственный за ее производство энзим, очевидно, относится к группе белков, которым много миллиардов лет. Он мог сохраниться как остаток метаболизирующих бактерий, из которых эволюционировали млекопитающие. В организме этот высокореактивный газ среди прочего регулирует кровяное давление, расширяет кровеносные сосуды и обеспечивает оптимальное кровообращение половых органов. В воздухе, выдыхаемом астматиками, повышенное содержание окиси азота означает, правда, не активную половую жизнь, а продолжительную воспалительную реакцию в бронхах.
Окись углерода, второй из хорошо изученных газов, также долгое время считался сугубо высокотоксичным компонентом выхлопных газов. Сегодня известно: он образуется в любом организме при уменьшении эритроцитов в печени и селезенке. Среди многочисленных углеводородов, присутствующих в дыхании, достаточно исследованы этан и пентан. Они служат индикаторами окислительного стресса, при котором свободные радикалы разъедают клеточную мембрану. При сахарном диабете, хроническом воспалении суставов или ХОБЛ их доля в выдыхаемом воздухе увеличивается.
Для того чтобы идентифицировать требуемый биомаркер, сотрудники проекта «Zurich Exhalomics» сравнивают пробы выдыхаемого воздуха пациентов университетского и детского госпиталей с пробами здоровых. Ренато Зеноби говорит, что на каждое заболевание уходит около года. В центре внимания ученых: ХОБЛ, рак легких, пневмония, астма и муковисцидоз, наследственное нарушение обмена веществ. При муковисцидозе измененный ген препятствует переносу солей и воды в клетках. Поэтому выделения желез слишком вязкие, а кроме того, способствуют слипанию дыхательных путей. В Европе один ребенок из двух с половиной тысяч рождается с муковисцидозом. При таком заболевании средняя продолжительность жизни – сорок лет.
Но именно у маленьких пациентов болезнь трудно диагностировать. Для тестирования функционирования легких на спирометре у них не хватает нужной силы выдоха или попросту желания. «Большинство четырехлетних еще не могут надуть воздушный шарик, – говорит Зеноби. – Часто в дошкольном возрасте преходяще возникает свистящее дыхание, которое пугает родителей сходством с симптомом астмы. В отсутствие диагностических процедур врачам иногда приходится по их настоянию прописывать совершенно ненужные стероиды». У двух третей детей нарушение дыхания с возрастом проходит само собой. Медикаменты здесь только лишняя нагрузка на здоровый организм. В цюрихском детском госпитале врачи, в рамках опыта, надевают маленьким пациентам дыхательную маску, соединенную с масс-спектрометром. Зеноби убежден: биомаркеры можно измерить и без усиленного выдоха.
Цюрихские анализаторы, каждый по 450 000 евро, относятся к самым чувствительным в мире. Они улавливают летучие соединения в концентрации одной триллионной объема воздуха. Каждая проба, взятая докторантом Мартином Гауггом для проекта, содержит в среднем 870 VOC по последним данным. Гаугг уверен, что их значительно больше, просто некоторые вещества не даются в руки исследователей из-за своей ничтожной концентрации: «До сих пор нет таких технических средств, которые могли бы подтвердить это». Из идентифицированных VOC около двухсот одинаковы в дыхании каждого человека. Остаток варьируется. Ведь летучие органические соединения образуются не только в процессе обмена веществ организма. Мы получаем их также из внешнего мира. К большинству эндогенных – присущих организму – соединений принадлежит, например, изопрен, который, вероятно, связан с выработкой холестерина, и ацетон, который встречается не только в средствах для снятия лака, но и как побочный продукт сжигания жира в клетках. Оттуда эти вещества попадают в кровь, через стенки капилляров диффундируют в легочные альвеолы и с потоком воздуха выводятся наружу. Но целый ряд VOC имеют экзогенное происхождение, то есть родом из окружающей среды. «В каждой пробе мы находим, например, фталаты», – говорит Зеноби. Это пластификаторы из пластиковой продукции, которые подозреваются в том, что влияют на гормональную систему: ДЭГФ, ББФ и ДБФ могут влиять на репродуктивную способность. В опытах над животными ДЭГФ повреждала щитовидную железу и гипофиз. Фталаты содержатся в упаковках пищевых продуктов, пластиковых бутылках, игрушках, напольных покрытиях и даже в компьютерах. Под влиянием температуры, света, влажности и кислорода они улетучиваются – а мы вдыхаем. Надеюсь, и полностью выдыхаем? «Сколько их зависает в организме, еще вопрос», – усмехается Зеноби. Гель на волосах таксиста, свежескошенный газон перед лабораторией, новые кроссовки врача, проводящего измерения, – всё оставляет след в нашем дыхании. Из-за этого по сравнению с анализом крови или мочи такой маркер – ненадежный информатор: изменчивый, всегда «проездом».
Возможно, по этой причине первые опыты сотрудничества цюрихских ученых со швейцарской станцией допинг-контроля протекали не столь успешно, как ожидалось. Из шести подвергшихся проверке веществ анализ дыхания выявил только два. Так что не всё, чем тело можно подстегнуть или притормозить, релевантно дыханию. Один студент привел на тестирование в лабораторию Зеноби двадцать своих знакомых, «балующихся травкой». Масс-спектрометр остался слеп к употреблению марихуаны. Неважно, затягивались ли они глубоко или – как тогдашний президент Клинтон: «I did not inhale» – только попыхивали.
Допинг – это, конечно, тема профессиональных спортсменов. Большинство людей, наоборот, были бы счастливы, если хоть чуть-чуть станут заметны результаты их усилий на беговой дорожке, на теннисном корте или на противном тренажере для мышц живота в фитнес-клубе. Одно утешает: кто борется с лишним жирком, не обязательно мучает себя понапрасну. По поводу образующихся в клетках VOC ученые из Цюриха смогли доказать, что сжигание жира не у всех происходит одинаково. Одним нужны большие нагрузки, другим – меньшие, пока дыхание не насытится ацетоном. Ацетон – сигнал того, что жир сжигается. Эффект сжигания, по утверждению многих, примерно одинаков: максимальная потеря жира наступает через три часа после занятий. По дыханию можно прочесть и скорость метаболизма некоторых медикаментов. Эпилептик, справляющийся с приступами медикаментозно, мог бы посредством пробы дыхания точнее определять время приема следующей дозы – и по необходимости увеличивать или сокращать промежуток. Даже наши чувства оставляют свой след в воздухе. Известно, что растения и насекомые предостерегают или привлекают с помощью ароматов. Способны ли на это люди – вопрос спорный. Согласно некоторым исследованиям, новорожденные реагируют на летучие вещества из сосков материнской груди, а запах женских слез снижает уровень тестостерона у мужчин. Правда, еще ни один человеческий феромон не идентифицирован достоверно. В поисках доказательств ученые из химического института Общества Макса Планка и Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце собирали пробы дыхания в кинотеатре. Были выбраны шестнадцать фильмов в разных жанрах: комедии, например «Невероятная жизнь Уолтера Митти», или экшн, вроде трилогии «Хоббит». Пока тестируемые смотрели фильм, исследователи анализировали воздух в зале. Он менял свой состав в наиболее комичных и драматичных сценах. Особенно в «Голодных играх: И вспыхнет пламя». Дважды показатели углекислого газа и изопрена значительно повышались, причем на каждом сеансе: когда загорается платье главной героини Китнисс и когда начинается решающая битва. Эти вещества, выделяющиеся при напряжении или радости, «могут интерпретироваться как эволюционно полезный сигнал тревоги или отбоя, при условии, что его воспринимают другие», – делают вывод ученые из Майнца. Одного они не готовы исключить: среди пациентов может попасться слишком нервный, который невольно повлияет на свой результат в масс-спектрометре. Пока пойманные молекулы и их значение не соотнесены однозначно, медикам проблематично выносить вердикт на основании данных лишь этих измерений.
Ренато Зеноби надеется, что в ближайшие годы научные лакуны будут заполнены и его исследовательской группой, и другими. Так же, как произошло при расшифровке генома человека. Первое секвенирование, технология «прочтения» генетического кода, длилось тринадцать лет и стоило значительно больше двух миллиардов долларов. Сегодня эта услуга предоставляется за пару тысяч, а поверхностный анализ ДНК – меньше чем за сто долларов. И всего за один-два дня. Технология методов секвенирования нового поколения (СНП) позволяет это. Участвующие в Цюрихском проекте инженеры, со своей стороны, вносят вклад в то, чтобы масс-спектрометрия стала доступна в повседневном пользовании: они уменьшают габариты. В виде сенсоров в спортивной одежде мини-прибор однажды сможет сигнализировать на пробежке, оптимально ли сжигание жира или стоит поднажать. Благодаря миниатюрным датчикам мобильные телефоны могут стать портативными масс-спектрометрами, которые будут держать под контролем состояние больного и регулярно отправлять данные напрямую врачу. Один из новейших сенсоров в лаборатории уменьшен до шарика в шариковой ручке, и он показывает, насколько чувствительными могут быть портативные измерительные приборы: каждый раз, когда кто-то входит, на мониторе меняются значения – неожиданный побочный эффект. Однако он навел исследователей на мысль: создать комбинацию из различных сенсоров, которые будут, помимо ацетона, аммиака и изопрена, измерять углекислый газ и влажность – невидимые следы, оставленные нашим дыханием. Жертвам лавин и землетрясений такой прибор может в будущем спасти жизнь.
В 1964 году Уоллес О. Фенн, профессор Рочестерского университета и один из ведущих физиологов своего времени, написал в «Руководстве по физиологии»: «Иногда говорят, мол, дыхательный механизм – настолько нормальный, ординарный процесс, что очень маловероятно извлечь из него какие-либо новые научные выводы. Такие предположения всегда немного рискованны… То, что мы узнáем о дыхании в будущем, может зависеть от творческого потенциала тех, кто им занимается».
Войти с помощью соц. сетей: