Естествознание и мозг. Сборник главных трудов великого физиолога

Старая методика затруднилась выяснить даже такой, по-видимому, немудреный вопрос: как относятся количества сока к различным количествам одной и той же пищи, т. е. стоят ли эти величины в пропорциональных отношениях друг к другу или в каких других? В самом деле, как можно было решить этот вопрос для желудка, располагая лишь обыкновенной желудочной фистулой? Сока нельзя было получить врозь от пищи и, следовательно, хоть приблизительно измерить. В настоящее время у нас имеются на этот счет точные данные. Понятно, что на собаке с уединенным желудочком задача совершенно проста. Вы даете собаке различные количества одной и той же пищи и получаете соответствующие им количества чистого сока. Из опытов оказалось, что существует почти полная пропорциональность между количеством пищи и массою изливающегося на него желудочного сока; так, в работе доктора Хижина для сырого мяса приведены следующие средние цифры: на 100 г мяса – 26 куб. см, на 200 г – 40 куб. см, на 400 г – 106 куб. см; для смешанной пищи, состоящей из хлеба и мяса, там же указаны следующие отношения: на 300 куб. см молока, 50 г мяса и 50 г хлеба – 42 куб. см, а на двойное количество той же смеси – 83,2 куб. см. Мы вправе вывести из этих цифр, что желудочные железы работают с большою точностью, давая на пищу всякий раз столько, сколько нужно для данного материала по раз установленной норме. Я подчеркиваю, господа, этот результат как весьма поучительный, бесспорно указывающий на точность и аккуратность работы нашего механизма.

Теперь следующий вопрос: как идет отделительная работа? Выливаются ли сразу на весь введенный материал потребные количества соков или доставка соков в пищеварительный канал продолжается все время нахождения пищи в данном отделе канала, приноровляясь каким-нибудь образом к постепенно уменьшающейся и изменяющейся массе пищи?

Этот вопрос о ходе отделения уже давно служил предметом наблюдения, причем оказалось, что доставка соков на пищу продолжается во все время пищеварительного периода и представляет известный ход. Однако, частью вследствие недостаточности методики, частью благодаря самим авторам, не особенно гнавшимся за крайнею точностью (неопределенное количество пищи, неопределенный состав смешанной пищи, разные степени голода животного), полученные данные не поражали особенной закономерностью. Мы при наших исследованиях, ради точного сравнения отделительной работы при различных условиях, с самого начала задавались постановкой опытов в возможно точной форме. И действительно, теперь ход отделения при тождественных условиях становился поистине стереотипным. Сильное впечатление от такой, почти физической, точности в сложном жизненном процессе является одним из приятных развлечений многочасового сидения перед работающими железами. Как свидетельство справедливости моих слов привожу по паре опытов (табл. 1) как для желудочных (из работы д-ра Хижина), так и поджелудочной желез (из работы д-ра Вальтера). То же самое воспроизвожу в виде кривых (рис. 2 и 3), где по горизонтальной линии располагаются часы, на вертикальной – куб. сантиметры сока. Читать кривые следует слева направо.

Таблица 1

Конечно, не все опыты так сходны, как приведенные, но, если такое сходство встречается в двух опытах из пяти или около того, оно, по всей справедливости, не может не считаться ярким доказательством строгой закономерности железистой работы. Имеются все основания думать, что встречающиеся колебания в разных опытах обусловливаются часто просматриваемыми разницами в условиях опыта, т. е. работа желез строго законна и в колебаниях от опыта к опыту. Итак, работа желез, т. е. выделение соков, представляет некоторый определенный ход: сок не течет одинаково скоро с начала до конца, он не течет, однако, и по прямой спускающейся линии, т. е. постепенно затихая после максимального выделения в начале отделительного периода, – он выливается по некоторой особенной кривой, то поднимаясь более или менее быстро, то застаиваясь на некоторых определенных пунктах, то спускаясь отлого, то падая круто. Примеры этому впереди.

Рис. 2. Ход отделения желудочного сока при мясе 3 июля (а) и 5 июля (b)

Рис. 3. Ход отделения панкреатического сока при молоке 14 февраля (а) и 5 марта (b)

Ввиду точности этой кривой и ее стереотипности необходимо признать, что тот или другой ход отделения существует недаром, а нужен, полезен для успешнейшей обработки пищи и наиболее выгоден для всего организма. Однако объяснение кривой – дело нелегкое и в настоящее время даже невозможное. Если падающая часть кривой с ее особенностями более или менее удовлетворительно объясняется из факта также неравномерно уменьшающейся массы пищи в данном отделе пищеварительного канала, то остается совершенно темным, непонятным часто сложный подъем кривой до максимума; например, чем обусловливается он в поздний срок (3-й час после еды), как то видно на вышеприведенной кривой поджелудочного отделения? Вполне научно, т. е. в полном и точном соответствии с действительностью, объяснит эту кривую только исследование по тому методу, о котором упомянуто в первой лекции, т. е. когда науке удастся проследить шаг за шагом за массой и химическими изменениями пищи, вместе с примешанными к ней соками, на всем протяжении пищеварительного канала.

Задаемся дальнейшим вопросом. Если железа в течение пищеварительного периода резко и определенно изменяет напряжение своей работы, что касается массы доставляемого ею сока, то не свойственно ли ей видоизменять также и самые качества выделяемого продукта? Рассуждая теоретически, можно ожидать, что в различных фазах обработки одной и той же пищи понадобится сок различного состава. Вся масса пищи может сразу или постепенно измениться под влиянием первых порций сока в известных химических и физических отношениях и, таким образом, при продолжении обработки нуждаться в других свойствах сока: в большем или в меньшем содержании воды, в большей или меньшей кислотности, щелочности и в том или другом содержании различных ферментов. Все эти отдельные факторы соков, конечно, не без значения, а на основании опытов с пищеварением в химическом стакане мы далеко не отдали себе отчета в смысле всех их. Правда, наука уже давно имеет положительный ответ на вопрос об изменении качеств сока во время отделительного периода. Но, мне кажется, наблюденный факт не был оценен во всем его значении; иначе он должен был бы сделаться неистощимой темой настойчивых исследований: для чего это и как это происходит? Я опять приведу из нашего запаса наблюдений примеры этих в высшей степени любопытных колебаний свойств соков во время одного и того же отделительного периода. Конечно, в этом случае наибольший интерес привязывается по привычке к колебаниям содержания ферментов, хотя, в сущности говоря, одинаково заслуживают точного констатирования и удовлетворяющего объяснения колебания и других свойств соков.

Существующий материал, в особенности относительно желудочного сока, нельзя считать достаточным. Опыты с обыкновенной желудочной фистулой допускали только очень условные заключения, так как относились не к чистому соку, а к смеси сока с пищей. Наблюдения же, поставленные Гейденгайном на уединенном дне желудка, не могли претендовать на приложение их к нормальному пищеварению, так как деятельность уединенного желудочка, вследствие перерезки его секреторных нервов, очевидно, сильно отклонена от нормальной. Только исследование Гейденгайном хода панкреатического отделения на собаках, оперированных по способу, указанному в первой лекции, должно быть признано вполне точным научным материалом. К сожалению, исследование это приводится лишь в очень сокращенном виде в известном энциклопедическом руководстве по физиологии, изданном Германом, не появившись в виде журнальной статьи.

Прежде чем обратиться к нашим фактам, я принужден, хоть на короткое время, занять ваше внимание теми особенными приемами анализа соков, которыми мы пользовались в наших работах. Переваривающая белки сила сока определялась по способу Метта, выработанному и постоянно употребляемому в нашей лаборатории. Способ состоит в том, что в стеклянную палочку диаметра в 1–2 мм втягивается жидкий яичный белок и свертывается там при определенной температуре (95°), затем стеклянная палочка ломается на куски, которые опускаются в 1–2 куб. см испытуемой жидкости. Жидкость с палочками ставят в термостат при температуре в 37–38°, обыкновенно на 10 часов, без какого бы то ни было дальнейшего наблюдения. На концах стеклянной трубки происходит растворение белка. По истечении срока, измеряя под микроскопом с малым увеличением, при помощи миллиметровой линейки, длину стеклянного кусочка и длину оставшегося в нем непереваренным белкового цилиндрика, мы легко определяем величины переваривания в миллиметрах и его долях. Способ не оставляет ничего лучшего желать в отношении удобства, объективности и точности. Специальные опыты (д-ра Самойлова) показали, что переваривание белкового цилиндрика идет строго пропорционально времени, по крайней мере в течение десяти часов, и при таких силах переваривающих жидкостей, которые исследовали мы и которые должны быть признаны вообще наибольшими. Этим исключалось существенное подозрение, что растворение белка на различных глубинах нашего цилиндрика могло происходить с различной быстротой вследствие большего или меньшего застаивания продуктов переваривания в полости трубки. Таким образом, количество миллиметров белка, переваренного за один и тот же период времени порциями разных соков, представляет точную сравнительную меру переваривающей силы этих порций. В исследованиях Борисова над этим методом, произведенных в лаборатории профессора Тарханова, отчетливо выступило правило соотношения между количеством миллиметров переваренного белка и количеством пепсина в сравниваемых растворах, именно: количества пепсина относились как квадраты скоростей переваривания, т. е. как квадраты чисел миллиметров белкового столбика, растворенного за один и тот же срок времени.

Поясним правило примером на числах. Если одна жидкость переварила 2 мм, а другая за то же время – 3 мм, то относительное количество пепсина в этих жидкостях выражается не числами 2 и 3, а их квадратами, т. е. 4 и 9. Разница очевидна: прямо по миллиметрам выходило, что во втором случае фермента в полтора раза больше, а на основании правила, т. е. по квадратам этих чисел, – в два раза с четвертью. Конечно, это правило было выведено на основании сравнения искусственно и точно составленных растворов пепсина. Результат, полученный Борисовым самостоятельно, был уже до него установлен Шюцем путем определения в растворе помощью поляризационного прибора образующихся при переваривании пептонов. Такое совпадение при различных методах составляет вескую гарантию точности правила. Не могу при этом не выразить сожаления, что меттовский метод, предложенный еще в 1889 г., до сих пор все еще не приобрел себе такого распространения, которого он по справедливости заслуживает. Он мог бы легко стать универсальным методом для измерения силы белковых ферментов, так что все исследования над этими ферментами были бы легко сравниваемы между собой. Нельзя отрицать, что это очень и очень желательно. Тогда все наблюдения над соками различных животных и людей, представляя одну и ту же скалу, повели бы к важным заключениям о колебаниях силы ферментов по индивидуумам, родам и видам животных. Нужно прибавить еще, что в меттовском методе диаметр трубки в широких пределах не имеет значения, а куриные яйца в нашем отношении оказываются чрезвычайно постоянного состава. Шюц-борисовское правило оказалось применимо в полной силе и к трипсину.

Определение других ферментов менее совершенно и в наших исследованиях постоянно подвергалось и подвергается видоизменениям. Крахмальный фермент панкреатического сока долгое время определялся в нашей лаборатории путем известного титрования фелинговою жидкостью сахара, получающегося из крахмала при известных и всегда одинаковых условиях ферментного действия. В таком случае число миллиграммов образованного сахара являлось мерою количества крахмального фермента. Метод этот, давая хорошие и точные цифры, требовал, однако, очень значительного времени и был чувствительно тяжел в таких опытах, где надобилось много определений. Поэтому естественно было искать более скорого метода. В последнее время лаборатория в лице докторов Глинского и Вальтера старалась достигнуть этой цели, настаивая вместе с тем на однообразии метода определения обоих ферментов. Тоненькие стеклянные трубочки наполнялись вареным крахмалом, обыкновенно чем-нибудь подкрашенным, и затем в термостате подвергались определенный срок времени (обыкновенно полчаса) действию испытуемой жидкости. Крахмал с концов растворялся, и граница растворения, благодаря окраске, была вполне резка. Как выше при белке, сосчитывались миллиметры растворенного крахмального столбика. Многократные пробы с искусственным раствором фермента (панкреатический сок, разбавленный в 2–3 раза, и т. д.) установили точные соотношения числа миллиметров с содержанием фермента. Здесь также оказалось вполне приложимо правило Шюца и Борисова, т. е. количества фермента относились как квадраты миллиметров. Поэтому в приводимых нами ниже опытах будут встречаться обе указанные меры крахмального фермента: миллиграммы образованного сахара и миллиметры растворенного крахмального цилиндрика.

К сожалению, все усилия свести и определение жирового фермента к методу цилиндрика в стеклянной трубочке до сих пор оставались бесплодными. В конце концов пришлось пользоваться титрованием баритом смеси жира с панкреатическим соком, стоявшей определенное время при определенной температуре и периодически взбалтываемой. Следовательно, число куб. сантиметров баритового титра, истрачиваемого на образующуюся кислоту, является мерою жирового фермента. Конечно, неудачи не должны останавливать дальнейших попыток и здесь добиться успеха, как с другими ферментами. В настоящем своем виде метод нуждается в постоянном внимании со стороны экспериментатора и потому затруднителен при массе определений по часам или в еще более короткие промежутки времени. К тому же метод этот представляет некоторые колебания в результатах. Однако правило Шюца и Борисова оказалось приложимо и здесь. Конечно, в наших дальнейших опытах, строго говоря, имеется только ферментное действие, и речь о количествах и суммах ферментов должна пониматься условно.

Несколько слов об определении щелочности панкреатического сока. С этою целью сжигали на слабом огне твердый остаток от определенной порции сока и, растворив золу в дистиллированной воде, подвергали ее титрованию. Результат рассчитывался на соду и выражался в процентах взятой первоначально массы сока.

Опыты, перед которыми я прервал изложение ради необходимых предварительных методических разъяснений, приведу опять в виде двух пар: одну – для желудочных желез и другую – для поджелудочной, как доказательство и при колебаниях состава сока в течение отделительного периода той же закономерности, с которою мы уже познакомились выше при колебаниях количества сока по часам (табл. 2 и 3).

То же представляю в виде кривых (рис. 4).

Таблица 2

Ход переваривающей силы в часовых порциях желудочного сока при еде 400 г сырого мяса 15 и 16 мая 1895 г.

(из работы д-ра Лобасова)

Таблица 3

Ход ферментных способностей в часовых порциях поджелудочного сока при еде 600 куб. см молока 27 и 28 декабря 1896 г.

(из работы д-ра Вальтера)

То же представляю в виде кривых (рис. 5).

Рис. 4. Ход переваривающей силы в часовых порциях желудочного сока при еде 400 г сырого мяса 15 мая (а) и 16 мая (b) 1895 г.

Рис. 5. Ход ферментных способностей в часовых порциях поджелудочного сока при еде 600 куб. см молока 27 декабря (а) и 28 декабря (b) 1896 г. с – белковый фермент; d – крахмальный фермент

Как видите, опять поражающая точность в работе: то, что раз требуется от железы, воспроизводится постоянно, что называется, в обрез. Итак, перед нами в полной отчетливости важный для работы желез факт, что железа может готовить сок различного состава, с большим или меньшим содержанием ферментов, с различным содержанием различных ферментов, если их, как в панкреатическом соке, – несколько, изменяя также и другие свойства сока, помимо ферментных. Анализ всех имеющихся у нас в этом отношении цифр, сопоставление их с цифрами хода часовых количеств сока, исключает допущение, что сок только меняет свою концентрацию в зависимости от скорости отделения. Имеются самые разнообразные отношения между водой сока и его ферментами: высокая переваривающая сила встречается как при обильном, так и при скудном выделении сока, а факт неоднообразного колебания различных ферментов в одном и том же соке решительно доказывает способность желез с сложною химическою деятельностью, как панкреатическая, вырабатывать в известные периоды отделительного периода то те, то другие фабрикаты. Что сказано относительно ферментов, то может быть отнесено и к солям сока.

Тем интереснее рядом с этим является факт постоянной, как с правом можно думать, кислотности желудочного сока. Хотя клинические наблюдения отделительной желудочной деятельности человека чуть не ежедневно твердят о колебании кислотности, хотя и в наших наблюдениях, где дело идет об абсолютно чистом соке, эти колебания вполне заметны, тем не менее внимательный пересмотр фактов ведет к почти несомненному заключению, что желудочный сок приготовляется железами всегда с одной и той же кислотностью. Ведь и при нашей методике сок не получается прямо из желез, а, выйдя из них, течет по стенкам желудка, которые покрыты щелочной слизью, и, следовательно, неизбежно подвергается нейтрализованию – уменьшению своей кислотности. Что этому обстоятельству следует приписать видимые колебания кислотности желудочного сока, явствует из многих наблюдений. Почти постоянное явление, что кислотность сока и скорость его отделения крайне тесно связаны между собой: чем сильнее отделение, тем выше кислотность, и наоборот. Эта связь легко понимается с точки зрения нашего объяснения. Чем в большем количестве отделяется сок, чем быстрее он проходит по желудочным стенкам, тем, естественно, он меньше нейтрализуется по всей своей массе, тем его кислотность более приближается к подлинной. Доктор Кетчер с целью проверить это объяснение применил несколько форм опытов. Так как при пустом желудке стенки его обыкновенно покрыты значительным слоем слизи, то понятно, что первые порции начинающего вытекать сока, например под влиянием мнимого кормления, обыкновенно бывают самой низкой кислотности. Чем больше и обильнее вытекает сок, тем кислотность его все повышается. При затихании отделения, очевидно благодаря сильному нейтрализованию слизи, уже не получается той высокой кислотности, которая в начале опыта наблюдалась при той же скорости. Повторяя несколько раз такие обильные, так сказать, обмывания стенок желудка соком, можно иногда совсем разорвать связь между быстротой и кислотностью, т. е. сок остается одинаково высококислым при значительной, как и малой, быстроте отделения. С другой стороны, доктор Кетчер, при том же мнимом кормлении, каждые 5 минут попеременно, то собирал сок при открытой все время фистуле, то выливал его из желудка в конце каждых 5 минут. Оказалось, что почти все разом вылитые порции, т. е. остававшиеся в желудке 5 минут, имели отчетливо более низкую кислотность. Понятно, если в чистом соке указанным образом производятся колебания кислотности, то тем скорее они окажутся в желудке при вступлении в него слюны вместе с пищей. Если все это действительно так, то, следовательно, та или другая надобность в кислоте при пищеварении должна покрываться главным образом за счет массы желудочного сока, а не степени его кислотности. Однако возможно, что нейтрализование слизью сока также представляет нарочитый и приспособленный к известной цели процесс. Даже при нормальном желудке совершенно чистый сок может терять до 25 % своей кислотности благодаря нейтрализованию одной слизью. Почем знать, может быть, природа нашла наиболее выгодным в интересах всего организма или процесса обработки пищи изменять кислотность именно таким образом. Ведь факт измененной кислотности остается фактом, как бы он ни произошел.

Вернемся к главной нити нашего изложения. Вы видели на резких примерах, что желудочная и поджелудочная железы в течение периода обработки одной и той же пищи дают сок не однообразного состава, а меняющийся в различных отношениях. В высшей степени любопытная и важная задача – совершенно уяснить: в какой связи находятся эти колебания с ходом пищеварения, с пользой его? Решение этой задачи в целом – дело будущего. Но целесообразность, по крайней мере некоторых пунктов, бросается в глаза и сейчас.

Возьмем первую порцию желудочного сока; она отличается весьма высокой переваривающей силой. Понятно, что это как нельзя более кстати в начале обработки, при наличности всей массы пищи и наибольшей грубости ее внешнего вида. Значит, наисильнейший реактив выливается тогда, когда в нем наибольшая надобность. Объяснение целесообразности изменений в составе панкреатического сока, очевидно, представит большие трудности, так как теперь дело касается позднейшей инстанции завода, где обрабатывается уже измененный и сортированный желудком пищевой материал. К тому же в кишках возникает необходимость создавать благоприятные химические условия для действия поджелудочного сока, изменяя в пищевой массе обстановку желудочного пищеварения, наверное неблагоприятную для поджелудочного. Мы знаем, что пепсин разрушает трипсин, а высокая кислотность вредит проявлению действия трипсина. К затронутым вопросам мы подойдем ближе впоследствии, анализируя подробно механизм возбуждения желез.

Познакомившись со столькими фактами, свидетельствующими о способности желез сообразоваться с каждым моментом пищевой обработки, мы имеем сильное основание ждать, что при разных сортах еды указанная способность должна выступить в полной своей яркости и красоте. Раз пища состоит из различных составных частей, а в пищеварительный канал изливаются различные реактивы, то естественно предполагать, что на известные сорта пищи будут изливаться по преимуществу то те, то другие сока и, ввиду их изменяемости, то с теми, то с другими свойствами. Как же стоит дело на самом деле? Конечно, о такой задаче не могло быть и речи при старых способах исследования, и, обратно, разработка этих вопросов является лучшей рекомендацией, лучшей заслугой новых методов. Теперь действительно можно было убедиться в том, что представлялось вероятным a priori: каждому роду пищи отвечает своя деятельность желез, свои свойства реактивов.

Начнем с желудка. Исследования на собаках с изолированным желудком показали (д-р Хижин), что смешанной пище, молоку, хлебу, мясу и т. д. отвечает всякий раз совершенно особенная работа желудочных желез в отношении качества всего сока, его количества, отделения и продолжительности всего отделительного процесса. Переберем эти элементы по порядку.

Самой высокой переваривающей силой обладает сок, вытекающий на хлеб; будем называть его для краткости хлебным, как и остальные соответственно. Для него в среднем у доктора Хижина значится 6,64 мм. Мясной пище отвечает сок 3,99 мм. Наконец, молочная еда дает сок переваривающей силы 3,26 мм. Воспользуемся правилом Шюца и Борисова для точного сравнения состава всех этих соков. Квадрат хлебного сока – 44, квадрат мясного – 16 и квадрат молочного – 11; следовательно, хлебный сок содержит в себе в 4 раза более фермента, чем молочный, он вчетверо концентрированнее молочного.

Хорошей иллюстрацией к сказанному могут служить следующие опыты (из работы д-ра Хижина).

Влияние разного рода пищи на переваривающую силу сока совершенно очевидно. Однако, чтобы исключить мысль, что на результат мог иметь влияние порядок введения пищи, приводим другой опыт.

Как переваривающая сила, колеблется и кислотность[10] по родам пищи, являясь самой высокой при мясе (0,56 %) и самой низкой при хлебе (0,46 %). Так же различаются количества сока и сроки продолжительности отделения в случае того или другого сорта еды, возьмем ли мы равные весовые количества этих сортов – равные ли по твердому остатку или, что еще поучительнее, равные по азоту, так как мы имели перед собой действие желудочного сока только на белки. Соответственно этому оказываются различными средние часовые количества сока, получаемые делением всей массы сока на число часов отделения, т. е. среднее часовое напряжение желез. На равные весовые количества всего больше выливается сока на мясо и всего меньше на молоко, на эквивалентные по азоту – всего больше на хлеб и всего меньше на мясо; часовое напряжение желез почти одинаково у мяса и молока и резко меньше у хлеба, т. е. по продолжительности обработки выделяется из других сортов еды хлеб, сильно затягивая отделение.