Екстремният метод на Джон Скот Холдейн: Ученият, който дишаше въглероден оксид в името на науката

Има учени, които са станали известни благодарение на някой рискован експеримент, проведен върху самите тях. Един от тях е Джон Скот Холдейн — човекът, който е вдишвал отровни газове толкова често, че при изброяването на истинските му открития почти се забравя да се спомене това. Холдейн се е затварял в херметична камера и е дишал въглероден оксид, спускал се е в мините след експлозии, прониквал е в канализацията и се е изкачвал в планините — и всичко това, за да разбере как дишането на човека реагира на различни условия.

Безумните експерименти: как един учен е вдишвал опасни газове и е оцелял Кой е Джон Скот Холдейн и с какво се е занимавал

Холдейн е роден през 1860 г. в Единбург, получил е медицинско образование и е станал физиолог — тоест специалист по функционирането на живите организми. Джон Скот Холдейн е британски физиолог и философ, известен преди всичко с трудовете си по физиология на дишането и с опитите си да разбере как функционират белите дробове при необичайни условия.

Основният му интерес е бил да разбере какво се случва с човека, когато диша въздух с различен състав — с примеси от отровни газове, при недостиг на кислород или под налягане. Звучи академично, но на практика това е засегнало живота на хиляди хора — миньори, водолази, войници. Именно затова Холдейн не е седял в лабораторията, а е отивал там, където е било наистина опасно.

Как въглеродният оксид убива и какво общо има хемоглобинът с това

Една от главните загадки за Холдейн са били смъртните случаи във въглищните мини след експлозии. Хората са загивали не от огъня, а от газ, който е невидим и няма мирис. Холдейн се е заел с изследването на задушаването при миньорите и след като е вдишал няколко токсични газа при опасни експерименти върху себе си, е определил каква е причината за смъртните случаи в дълбините – въглеродният оксид.

Джон Скот Холдейн — рядък пример за човек, който през своите 76 години е постигнал толкова много

За да разбере механизма, той е провеждал експерименти буквално върху собствената си кръв. Холдейн вдишвал въглероден оксид и записвал симптомите, като едновременно с това измервал до каква степен хемоглобинът в кръвта се насища с този газ при различни негови концентрации във въздуха. Хемоглобинът е протеин в еритроцитите, който пренася кислород из организма. Откритието на Холдейн е обяснило всичко: въглеродният оксид се свързва с хемоглобина и не му позволява да изпълнява ролята си на преносител на кислород в тялото.

По-просто казано, молекулите на въглеродния оксид заемат в кръвта местата, предназначени за кислорода — и човекът се задушава, дори когато на пръв поглед уж се намира на чист въздух. Между другото, същият този механизъм е сред научните обяснения за призраците: леко отравяне с въглероден оксид може да предизвика халюцинации и усещане за чуждо присъствие.

Откъде се е взело канарчето в въглищната мина

Най-известната идея на Холдейн е възникнала именно от тези изследвания. Тъй като въглеродният оксид е няма мирис и е невидим, бил е необходим начин да се забележи появата му предварително. Решението се оказало едно малко живо животно в клетка. Холдейн предложил на миньорите да вземат със себе си малки животни — мишки или канарчета. Поради високия си метаболизъм признаците на отравяне при тях се появят по-рано, преди нивото на газа да стане опасно за хората.

Така се появила известната фраза „канарче в мината“ — израз, който отдавна е станал част от ежедневния речник. Канарчето реагира на газа приблизително 20 пъти по-бързо от човека. Ако птицата падне от пръчката, това е ясен сигнал: време е да се махаме.

Но има един трогателен детайл, за който обикновено мълчат. Холдейн е бил добър човек и не е искал просто да убива птиците. Към края на 1890-те години той конструира преносима клетка-реаниматор с малък кислороден баллон и прозорче за наблюдение, за да може загубилата съзнание птица да бъде събудена и върната на поста си. Когато канарчето падало, вратичката се е затваряла, отварял се е клапанът — и кислородът го е връщал към живот.

Клетка-реаниматор за канарчета: затворена вратичка и бутилка с кислород отгоре

Между другото, канарчетата са се задърцали в мините изненадващо дълго. Британските мини са престанали да използват птиците едва през 1987 г., когато са се появили по-ефективни електронни детектори за газ; към онзи момент в въглищните мини на Великобритания е имало около 200 канарчета.

Таблиците за водолази и един от първите противогази

Списъкът с постиженията на Холдейн далеч не се изчерпва с канарчетата. Той се заема сериозно с проучването на това, което се случва с водолазите при изкачването от дълбочина. Когато човек дълго време диша под налягане, в тъканите му се разтваря азот, а при прекалено бързо изплуване той започва да се отделя под формата на мехурчета — така се развива кесонната болест.

Холдейн измислил поетапната декомпресия — метод, при който водолазът не изплува веднага, а с престоява на различни дълбочини, за да може азотът да успее да излезе безопасно от кръвта. Той разработил ключови декомпресионни таблици, които се използват и до днес. По поръчка на Кралския флот неговият модел е бил изготвен още в началото на XX век — и петте изчислителни „тъканни отделения“ на Холдейн са били използвани при изчисленията за декомпресия в продължение на петдесет години.

А по време на Първата световна война Холдейн е бил изпратен на фронта, за да се справи с нов кошмар — химическото оръжие. Когато германците прилагат отравящ газ, Холдейн, по молба на британския военен министър лорд Китчънър, заминава за фронта, за да определи използваните газове. Един от резултатите е изобретяването на първия противогаз. Става дума за защита от хлор, фосген и иприт — газове, които убиват войниците по ужасен начин.

Холдейн се е справил с кесонната болест Най-щурите епизоди от живота на Холдейн

Въпреки цялата сериозност на науката, животът на Холдейн е бил пълен с истории, които днес изглеждат напълно безумни. Холдейн се затварял в херметични камери и вдишвал потенциално смъртоносни газови смеси, като записвал ефекта им върху ума и тялото си. И, което е особено тревожно по днешните мерки, той не смятал за нещо срамно да подлага на такива експерименти собствения си син Джек — бъдещия известен биолог Дж. Б. С. Холдейн.

Има и почти анекдотични истории. След един експеримент на Холдейн полицай в Оксфорд го е взел за силно пиян — и ученият трябвало да обясни, че просто е вдишал газ. А малката му дъщеря Наоми веднъж казала на шестгодишната си приятелка пред къщата нещо от сорта на „Влез. Баща ми иска кръвта ти“, след което момиченцето избягало крещейки.

Имало е и обратни експерименти — не с отровен въздух, а с недостиг на въздух. През 1911 г. Холдейн става ръководител на експедиция до връх Пайкс-Пик в Колорадо, където изучава физиологичното въздействие на ниското атмосферно налягане. Така той съставя цялостна картина: от излишъка на отровни газове в низините до кислородния глад на височина.

Холдейн далеч не е бил последният учен, решил да рискува живота си в името на доказателството. Например, десетилетия по-късно австралийският лекар Бари Маршал е изпил опасни бактерии, за да докаже връзката им с гастрита и язвата на стомаха.

Защо експериментите на Холдейн са важни и до днес

Най-важното, което трябва да се разбере за Холдейн е, че той не е бил ексцентрик, който просто е обичал да рискува. Той искрено е вярвал, че физиологията трябва да помага на хората, а методът му е бил съзнателен. Той е тествал въздействието на газовете върху себе си, за да получи данни, които да могат да се прилагат в мините, на фронта, под вода и в болниците.

И ползата се оказа огромна. Неговите изследвания в областта на височинната физиология, гмуркането, кислородната терапия и отравянето с въглероден оксид доведоха до революция в клиничната медицина и намалиха смъртността в множество опасни ситуации. Стъпаловидната декомпресия спасява водолазите, кислородната терапия се прилага в болниците, а самата идея за „канарчето в мината“ се превърна в универсална метафора за ранният сигнал за опасност.

Днес нито един етичен комитет не би разрешил подобни експерименти — и това е правилно. Но именно благодарение на факта, че Холдейн преди време се затвори в камера с въглероден оксид и хладнокръвно записваше как губи съзнание, милиони хора след него можеха да дишат по-спокойно.