Великие открытия в медицине делались случайно. Вклад врачей в развитие физики

Открытия не рождаются внезапно. Каждой разработке, до того, как о ней узнали СМИ, предшествует долгая и кропотливая работа. И прежде чем тесты и таблетки появятся в аптеке, а в лабораториях - новые методы диагностики, должно пройти время. За последние 30 лет число медицинских исследований увеличилось почти в 4 раза, и они входят в медицинскую практику.

Биохимический анализ крови у вас дома
Скоро биохимический анализ крови, как и тест на беременность, будет занимать пару минут. Нанобиотехнологи МФТИ уместили высокоточный анализ крови в обычную тест-полоску.

Биосенсорная система, основанная на использовании магнитных наночастиц, позволяет точно измерить концентрацию белковых молекул (маркеров, указывающих на развитие различных заболеваний) и максимально упростить процедуру биохимического анализа.

"Традиционно тесты, которые можно проводить не только в лаборатории, но и в полевых условиях, основаны на применении флуоресцентных или окрашенных меток, а результаты определяются "на глаз", либо с помощью видеокамеры. Мы же используем магнитные частицы, у которых есть преимущество: с их помощью можно проводить анализ, даже окунув тест-полоску в полностью непрозрачную жидкость, скажем, определять вещества прямо в цельной крови", - поясняет, Алексей Орлов, научный сотрудник ИОФ РАН и ведущий автор исследования.

Если привычный тест на беременность сообщает либо "да", либо "нет", то эта разработка позволяет точно определить концентрацию белка (то есть на какой стадии развития она находится).

"Численное измерение выполняют только электронным способом с помощью портативного прибора. Ситуации "то ли да, то ли нет" исключены", - утверждает Алексей Орлов. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Biosensors and Bioelectronics, система успешно зарекомендовала себя в диагностике рака предстательной железы, а по некоторым показателям даже превзошла "золотой стандарт" для определения ПСА - иммуноферментный анализ.

Когда тест появится в аптеках, разработчики пока умалчивают. Планируется, что биосенсор кроме прочего сможет проводить экологический мониторинг, анализ продуктов и лекарств, и все это - прямо на месте, без лишних приборов и затрат.

Обучаемые бионические конечности
Сегодняшние бионические руки по функционалу мало чем отличаются от настоящих - они могут шевелить пальцами и брать предметы, но все равно до "оригинала" еще далеко. Чтобы "синхронизировать" человека с машиной, ученые вживляют электроды в мозг, снимают электрические сигналы с мышц и нервов, но процесс трудоемкий и занимает несколько месяцев.

Команда GalvaniBionix, состоящая из студентов и аспирантов МФТИ, нашла способ облегчить обучение и сделать так, чтобы не человек подстраивался под робота, а конечность адаптировалась под человека. Написанная учеными программа с помощью специальных алгоритмов распознает "мышечные команды" каждого пациента.

"Большинство моих однокурсников, обладающих очень крутыми знаниями, уходят в решение финансовых проблем - идут работать в корпорации, создают мобильные приложения. Это не плохо и не хорошо, это просто по-другому. Мне лично хотелось сделать что-то глобальное, в конце концов, чтобы детям было, о чем рассказать. И на Физтехе я нашел единомышленников: все они из различных областей - физиологи, математики, программисты, инженеры - и мы нашли для себя такую задачу", - поделился личным мотивом Алексей Цыганов, член команды GalvaniBionix.

Диагностика рака по ДНК
В Новосибирске разработали сверхточную тест-систему для ранней диагностики рака. По словам научного сотрудника центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" Виталия Кузнецова, его команде удалось создать некий онкомаркер - фермент, который по выделенной из слюны (крови или мочи) ДНК способен обнаружить рак на начальной стадии.

Сейчас аналогичный тест проводят путем анализа специфических белков, которые образует опухоль. Новосибирский подход предлагает смотреть модифицированные ДНК раковой клетки, которые появляются задолго до белков. Соответственно, диагностика позволяет обнаружить болезнь в начальной стадии.

Похожая система уже применяется за рубежом, однако в России она не сертифицирована. Ученым удалось "удешевить" имеющуюся технологию (1,5 рублей против 150 евро - 12 млн рублей). Сотрудники "Вектора" рассчитывают, что скоро их анализ войдет в обязательный список при диспансеризации.

Электронный нос
В Сибирском физико-техническом институте создали "электронный нос". Газоанализатор оценивает качество пищевой, косметической и медицинской продукции, а также способен диагностировать ряд заболеваний по выдыхаемому воздуху.

"Мы исследовали яблоки: контрольную часть положили в холодильник, а остальные оставили в помещении при комнатной температуре", - рассказывает создатель прибора Тимур Муксунов, инженер-исследователь лаборатории "Методы, системы и технологии безопасности" Сибирского физико-технического института.

"Через 12 часов при помощи установки удалось выявить, что вторая часть выделяет газы интенсивнее, чем контрольная. Сейчас на овощных базах прием продукции совершается по органолептическим показателям, а при помощи создаваемого устройства можно будет точнее определять срок годности продукции, что скажется на ее качестве", - сказал он. Муксунов возлагает надежды на программу поддержки стартапов - "нос" полностью готов к серийному производству и ждет финансирования.

Таблетка от депрессии
Ученые из совместно с коллегами из им. Н.Н. Ворожцова разработали новый препарат для лечения депрессии. Таблетка повышает концентрацию серотонина в крови, тем самым помогая справиться с хандрой.

Сейчас антидепрессант под рабочим названием ТС-2153 проходит доклинические испытания. Исследователи надеются, что "он успешно пройдет все остальные и поможет достичь прогресса в лечении целого ряда серьезных психопатологий", пишет"Интерфакс".

Инновации рождаются в научных лабораториях

На протяжении ряда лет сотрудники лаборатории эпигенетики развития ФИЦ "Института цитологии и генетики СО РАН" ведут работы по созданию Биобанка клеточных моделей заболеваний человека, который затем будет использоваться при создании препаратов для лечения наследственных нейродегенеративных и сердечнососудистых заболеваний.

Наночастицы: невидимые и влиятельные

Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут.- Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, - подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.

Новосибирские ученые разработали соединение, которое поможет в борьбе с опухолями

​Исследователи Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН создают соединения-конструкторы на основе белка альбумина, способные эффективно достигать опухолей раковых больных - в будущем эти вещества могут стать основой для лекарств.

Сибирские ученые разработали протез клапана для детских сердец

​Сотрудники Национального медицинского исследовательского центра имени академика Е. Н. Мешалкина создали новый тип биопротеза клапана для детской кардиохирургии. Он менее других подвержен кальцификации, что позволит сократить количество повторных оперативных вмешательств.

Сибирские ингибиторы препаратов против рака проходят доклинические испытания

​Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» нашли эффективные белковые мишени для разработки препаратов против рака прямой кишки, легких и кишечника.

Институты СО РАН помогут ООО «СИБУР» разрабатывать биоразлагаемые пластики

​На VI Международном форуме технологического развития и выставке "Технопром-2018" состоялось подписание соглашений о сотрудничестве между нефтехимической компанией ООО "СИБУР" и двумя новосибирскими научно-исследовательскими организациями: Новосибирским институтом органической химии им.

Достижения медицины

История медицины – это неотъемлемая часть человеческой культуры. Медицина развивалась и формировалась по законам, которые были едиными для всех наук. Но если древние лекари следовали религиозным догмам, то позже развитие медицинской практики проходило уже под знаменем грандиозных открытий науки. Портал Samogo.Net предлагает Вам ознакомиться с самыми значимыми достижениями в мире медицины.

Андреасом Везалием изучалась анатомия человека на основе проводимых им вскрытий. Для 1538 года анализ человеческих трупов был необычным, но Везалий считал, что понятие анатомии очень важно для проведения оперативных вмешательств. Андреас создал анатомические схемы нервной и кровеносной систем, а в 1543 году опубликовал работу, которая стала началом в зарождении анатомии, как науки.

В 1628 году Уильям Харви установил, что сердце – это орган, который отвечает за кровообращение и что кровь циркулирует по человеческому организму. Его очерк про работу сердца и циркуляцию крови у животных стал основой для науки физиологии.

В 1902 году в Австрии, биолог Карл Ландштейнер и его сотрудники обнаружили у человека четыре группы крови, а также разработали классификацию. Знание групп крови имеет большое значение при переливании крови, что широко используется в лечебной практике.

В период с 1842 по 1846 годы некоторые из ученых обнаруживают, что химические вещества можно использовать в анестезии для обезболивания операций. Еще в 19 веке в стоматологии использовали веселящий газ и серный эфир.

Революционные открытия

В 1895 году Вильгельм Рентген, проводя эксперименты с выбросом электронов, случайно обнаружил рентгеновские лучи. Это открытие принесло Рентгену Нобелевскую премию в истории физики в 1901 году и стало революцией в области медицины.

В 1800 году Пастер Луи формулирует теорию и считает, что болезни вызывают разные виды микробов. Пастер поистине считается «отцом» бактериологии и его работа стала толчком для дальнейших исследований в науке.

Ф. Хопкинс и ряд других ученых в 19 веке обнаружили, что недостаток определенных веществ вызывает заболевания. Эти вещества позже назвали витаминами.

В период с 1920 по 1930 годы А. Флеминг случайно открывает плесень и называет ее пенициллином. Позже, Г. Флори и Э. Борис выделяют пенициллин в чистом виде и подтверждают его свойства на мышах, которые имели бактериальную инфекцию. Это дало толчок в развитии антибиотикотерапии.

В 1930 году Г. Домагк выясняет, что оранжево-красный краситель влияет на стрептококковую инфекцию. Это открытие позволяет синтезировать химиотерапевтические препараты.

Дальнейшие исследования

Врач Э. Дженнер, в 1796 году, впервые проводит вакцинацию от оспы и определяет, что эта прививка обеспечивает иммунитет.

Ф. Бантинг и сотрудники в 1920 году выявили инсулин, который помогает уравновесить сахар в крови у людей, которые болеют сахарным диабетом. До открытия этого гормона таким больным нельзя было спасти жизнь.

В 1975 году Г. Вармус и М. Бишоп открыли гены, которые стимулируют развитие опухолевых клеток (онкогены).

Независимо друг от друга в 1980 году ученые Р. Галло и Л. Монтанье открывают новый ретровирус, который позже назвали вирусом иммунодефицита человека. Также эти ученые классифицировали вирус как возбудителя синдрома приобретенного иммунодефицита.

Доктор биологических наук Ю. ПЕТРЕНКО.

Несколько лет назад в Московском государственном университете был открыт факультет фундаментальной медицины, на котором готовят врачей, обладающих широкими знаниями в естественных дисциплинах: математике, физике, химии, молекулярной биологии. Но вопрос о том, насколько необходимы фундаментальные знания врачу, продолжает вызывать острые споры.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Среди символов медицины, изображенных на фронтонах здания библиотеки Российского государственного медицинского университета, - надежда и исцеление.

Настенная роспись в фойе Российского государственного медицинского университета, на которой изображены великие врачи прошлого, сидящие в раздумье за одним длинным столом.

У. Гильберт (1544-1603), придворный врач английской королевы, естествоиспытатель, открывший земной магнетизм.

Т. Юнг (1773-1829), известный английский врач и физик, один из создателей волновой теории света.

Ж.-Б. Л. Фуко (1819-1868), французский врач, увлекавшийся физическими исследованиями. С помощью 67-метрового маятника доказал вращение Земли вокруг оси и сделал много открытий в области оптики и магнетизма.

Ю. Р. Майер (1814-1878), немецкий врач, установивший основные принципы закона сохранения энергии.

Г. Гельмгольц (1821-1894), немецкий врач, занимался физиологической оптикой и акустикой, сформулировал теорию свободной энергии.

Надо ли преподавать физику будущим врачам? В последнее время этот вопрос волнует многих, и не только тех, кто готовит профессионалов в области медицины. Как обычно, существуют и сталкиваются два крайних мнения. Те, кто "за", рисуют мрачную картину, которая явилась плодом пренебрежительного отношения к базисным дисциплинам в образовании. Те, кто "против", считают, что в медицине должен доминировать гуманитарный подход и врач прежде всего должен быть психологом.

КРИЗИС МЕДИЦИНЫ И КРИЗИС ОБЩЕСТВА

Современная теоретическая и практическая медицина достигла больших успехов, и физические знания ей сильно в этом помогли. Но в научных статьях и публицистике не перестают звучать голоса о кризисе медицины вообще и медицинского образования в частности. Факты, свидетельствующие о кризисе, определенно есть - это и появление "божественных" целителей, и возрождение экзотических методов врачевания. Заклинания типа "абракадабры" и амулеты вроде лягушачьей лапки вновь в ходу, как в доисторические времена. Приобретает популярность неовитализм, один из основоположников которого, Ханс Дриш, считал, что сущность жизненных явлений составляет энтелехия (своего рода душа), действующая вне времени и пространства, и что живое не может сводиться к совокупности физико-химических явлений. Признание энтелехии в качестве жизненной силы отрицает значение физико-химических дисциплин для медицины.

Можно привести множество примеров того, как псевдонаучные представления подменяют и вытесняют подлинно научные знания. Почему так происходит? По мнению нобелевского лауреата, открывателя структуры ДНК Фрэнсиса Крика, когда общество становится очень богатым, молодежь проявляет нежелание работать: она предпочитает жить легкой жизнью и заниматься пустяками, вроде астрологии. Это справедливо не только для богатых стран.

Что касается кризиса в медицине, то преодолеть его можно, только повышая уровень фундаментальности. Обычно считают, что фундаментальность - это более высокий уровень обобщения научных представлений, в данном случае - представлений о природе человека. Но и на этом пути можно дойти до парадоксов, например, рассматривать человека как квантовый объект, полностью абстрагируясь от физико-химических процессов, протекающих в организме.

ВРАЧ-МЫСЛИТЕЛЬ ИЛИ ВРАЧ-ГУРУ?

Никто не отрицает, что вера больного в исцеление играет важную, иногда даже решающую роль (вспомним эффект плацебо). Так какой же врач нужен больному? Уверенно произносящий: "Ты будешь здоров" или же долго раздумывающий, какое лекарство выбрать, чтобы получить максимальный эффект и при этом не навредить?

По воспоминаниям современников, знаменитый английский ученый, мыслитель и врач Томас Юнг (1773-1829) нередко застывал в нерешительности у постели больного, колебался в установлении диагноза, часто и надолго умолкал, погружаясь в себя. Он честно и мучительно искал истину в сложнейшем и запутанном предмете, о котором писал так: "Нет науки, сложностью превосходящей медицину. Она выходит за пределы человеческого разума".

С точки зрения психологии врач-мыслитель мало соответствует образу идеального врача. Ему недостает смелости, самонадеянности, безапелляционности, нередко свойственных именно невеждам. Наверное, такова природа человека: заболев, уповать на быстрые и энергичные действия врачующего, а не на размышления. Но, как сказал Гёте, "нет ничего страшнее деятельного невежества". Юнг как врач большой популярности у больных не приобрел, а вот среди коллег его авторитет был высоким.

ФИЗИКУ СОЗДАВАЛИ ВРАЧИ

Познай самого себя, и ты познаешь весь мир. Первым занимается медицина, вторым - физика. Изначально связь между медициной и физикой была тесной, недаром совместные съезды естествоиспытателей и врачей проходили вплоть до начала XX века. И между прочим, физику во многом создали врачи, а к исследованиям их часто побуждали вопросы, которые ставила медицина.

Врачи-мыслители древности первыми задумались над вопросом, что есть теплота. Они знали, что здоровье человека связано с теплотой его тела. Великий Гален (II век н.э.) ввел в обиход понятия "температура" и "градус", ставшие основополагающими для физики и других дисциплин. Так что врачи древности заложили основы науки о тепле и изобрели первые термометры.

Уильям Гильберт (1544-1603), лейб-медик английской королевы, изучал свойства магнитов. Он назвал Землю большим магнитом, доказал это экспериментально и придумал модель для описания земного магнетизма.

Томас Юнг, о котором уже упоминалось, был практикующим врачом, но при этом сделал великие открытия во многих областях физики. Он по праву считается, вместе с Френелем, создателем волновой оптики. Кстати, именно Юнг открыл один из дефектов зрения - дальтонизм (неспособность различать красный и зеленый цвета). По иронии судьбы это открытие обессмертило в медицине имя не врача Юнга, а физика Дальтона, который оказался первым, у кого обнаружился этот дефект.

Юлиус Роберт Майер (1814-1878), внесший огромный вклад в открытие закона сохранения энергии, служил врачом на голландском корабле "Ява". Он лечил матросов кровопусканием, которое считалось в то время средством от всех болезней. По этому поводу даже острили, что врачи выпустили больше человеческой крови, чем ее было пролито на полях сражений за всю историю человечества. Майер обратил внимание, что, когда корабль находится в тропиках, при кровопускании венозная кровь почти такая же светлая, как артериальная (обычно венозная кровь темнее). Он предположил, что человеческий организм, подобно паровой машине, в тропиках, при высокой температуре воздуха, потребляет меньше "топлива", а потому и "дыма" выделяет меньше, вот венозная кровь и светлеет. Кроме того, задумавшись над словами одного штурмана о том, что во время штормов вода в море нагревается, Майер пришел к выводу, что всюду должно существовать определенное соотношение между работой и теплотой. Он высказал положения, которые легли по существу в основу закона сохранения энергии.

Выдающийся немецкий ученый Герман Гельмгольц (1821-1894), тоже врач, независимо от Майера сформулировал закон сохранения энергии и выразил его в современной математической форме, которой до настоящего времени пользуются все, кто изучает и использует физику. Помимо этого Гельмгольц сделал великие открытия в области электромагнитных явлений, термодинамике, оптике, акустике, а также в физиологии зрения, слуха, нервных и мышечных систем, изобрел ряд важных приборов. Получив медицинское образование и будучи профессиональным медиком, он пытался применить физику и математику к физиологическим исследованиям. В 50 лет профессиональный врач стал профессором физики, а в 1888 году - директором физико-математического института в Берлине.

Французский врач Жан-Луи Пуазейль (1799-1869) экспериментально изучал мощность сердца как насоса, качающего кровь, и исследовал законы движения крови в венах и капиллярах. Обобщив полученные результаты, он вывел формулу, оказавшуюся чрезвычайно важной для физики. За заслуги перед физикой его именем названа единица динамической вязкости - пуаз.

Картина, показывающая вклад медицины в развитие физики, выглядит достаточно убедительной, но можно добавить к ней еще несколько штрихов. Любой автомобилист слышал о карданном вале, передающем вращательное движение под разными углами, но мало кто знает, что изобрел его итальянский врач Джероламо Кардано (1501-1576). Знаменитый маятник Фуко, сохраняющий плоскость колебаний, носит имя французского ученого Жан-Бернара-Леона Фуко (1819-1868), врача по образованию. Знаменитый русский врач Иван Михайлович Сеченов (1829-1905), чье имя носит Московская государственная медицинская академия, занимался физической химией и установил важный физико-химический закон, описывающий изменение растворимости газов в водной среде в зависимости от присутствия в ней электролитов. Этот закон и сейчас изучают студенты, причем не только в медицинских вузах.

"НАМ ФОРМУЛ НЕ ПОНЯТЬ!"

В отличие от врачей прошлого многие современные студенты-медики попросту не понимают, зачем им преподают естественно-научные дисциплины. Вспоминается одна история из моей практики. Напряженная тишина, второкурсники факультета фундаментальной медицины МГУ пишут контрольную. Тема - фотобиология и ее применение в медицине. Заметим, что фотобиологические подходы, основанные на физических и химических принципах действия света на вещество, признаются сейчас самыми перспективными для лечения онкологических заболеваний. Незнание этого раздела, его основ - серьезный ущерб в медицинском образовании. Вопросы не слишком сложные, все в рамках материала лекционных и семинарских занятий. Но итог неутешителен: почти половина студентов получили двойки. И для всех, кто не справился с заданием, характерно одно - в школе физику не учили или учили спустя рукава. На некоторых этот предмет наводит самый настоящий ужас. В стопке контрольных работ мне попался листок со стихами. Студентка, не сумевшая ответить на вопросы, в поэтической форме жаловалась, что ей приходится зубрить не латынь (вечное мучение студентов-медиков), а физику, и в конце восклицала: "Что делать? Ведь мы - медики, нам формул не понять!" Юная поэтесса, назвавшая в своих стихах контрольную "судным днем", испытания физикой не выдержала и в конце концов перевелась на гуманитарный факультет.

Когда студенты, будущие медики, оперируют крысу, никому и в голову не придет спрашивать, зачем это надо, хотя организмы человека и крысы различаются довольно сильно. Зачем будущим врачам физика - не так очевидно. Но сможет ли врач, не понимающий основных физических законов, грамотно работать со сложнейшим диагностическим оборудованием, которым "напичканы" современные клиники? Кстати, многие студенты, преодолев первые неудачи, начинают с увлечением заниматься биофизикой. В конце учебного года, когда были изучены такие темы, как "Молекулярные системы и их хаотические состояния", "Новые аналитические принципы рН-метрии", "Физическая природа химических превращений веществ", "Антиоксидантное регулирование процессов перекисного окисления липидов", второкурсники написали: "Мы открывали фундаментальные законы, определяющие основу живого и, возможно, мироздания. Открывали их не на основе умозрительных теоретических построений, а в реальном объективном эксперименте. Нам было тяжело, но интересно". Возможно, среди этих ребят есть будущие Федоровы, Илизаровы, Шумаковы.

"Лучший способ изучить что-либо - это открыть самому, - утверждал немецкий физик и писатель Георг Лихтенберг. - То, что вы были принуждены открыть сами, оставляет в вашем уме дорожку, которой вы сможете снова воспользоваться, когда в том возникнет необходимость". Этот самый эффективный принцип обучения стар как мир. Он лежит в основе "метода Сократа" и носит название принципа активного обучения. Именно на этом принципе построено обучение биофизике на факультете фундаментальной медицины.

РАЗВИВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНОСТЬ

Фундаментальность для медицины - залог ее сегодняшней состоятельности и будущего развития. По-настоящему достичь цели можно, рассматривая организм как систему систем и идя путем более углубленного ее физико-химического осмысления. А как быть с медицинским образованием? Ответ ясен: повышать уровень знаний студентов в области физики и химии. В 1992 году в МГУ создан факультет фундаментальной медицины. Цель состояла в том, чтобы не только вернуть в университет медицину, но и, не снижая качества врачебной подготовки, резко усилить естественно-научную базу знаний будущих врачей. Такая задача требует интенсивной работы и преподавателей и студентов. Предполагается, что студенты сознательно выбирают фундаментальную медицину, а не обычную.

Еще раньше серьезной попыткой в этом направлении стало создание медико-биологического факультета в Российском государственном медицинском университете. За 30 лет работы факультета подготовлено большое число врачей-специалистов: биофизиков, биохимиков и кибернетиков. Но проблема этого факультета в том, что до сих пор его выпускники могли заниматься только медицинскими научными исследованиями, не имея права лечить больных. Сейчас эта проблема решается - в РГМУ совместно с Институтом повышения квалификации врачей создан учебно-научный комплекс, который позволяет студентам старших курсов пройти дополнительную врачебную подготовку.

Доктор биологических наук Ю. ПЕТРЕНКО.

Невероятные факты

Человеческое здоровье напрямую касается каждого из нас.

Средства массовой информации изобилуют рассказами о нашем здоровье и теле, начиная созданием новых лекарственных препаратов и заканчивая открытиями уникальных методов хирургии, которые дают надежду инвалидам.

Ниже мы расскажем о самых свежих достижениях современной медицины.

Последние достижения медицины

10. Учёные идентифицировали новую часть тела

Ещё в 1879 году французский хирург по имени Пол Сегон (Paul Segond) описал в одном из своих исследований "жемчужную, устойчивую волокнистую ткань", проходящую вдоль связок в колене человека.

Об этом исследовании благополучно забыли до 2013 года, когда учёные обнаружили переднебоковую связку, коленную связку , которая часто повреждается при возникновении травм и других проблем.

Учитывая, как часто сканируется колено человека, открытие было сделано очень поздно. Оно описано в журнале "Анатомия" и опубликовано он-лайн в августе 2013 года.

9. Интерфейс мозг-компьютер

Учёные, работающие в Корейском университете и Технологическом университете Германии, разработали новый интерфейс, который даёт возможность пользователю управлять экзоскелетом нижних конечностей.

Он работает с помощью декодирования конкретных мозговых сигналов. Результаты исследования были опубликованы в августе 2015 года в журнале "Нейронная инженерия".

Участники эксперимента носили электроэнцефалограммовый головной убор и управляли экзоскелетом, просто смотря на один из пяти светодиодов, установленных на интерфейсе. Это заставляло экзоскелет двигаться вперёд, поворачивать направо или налево, а также сидеть или стоять.

Пока система была протестирована лишь на здоровых добровольцах, но есть надежда, что в конечном итоге её можно будет использовать, чтобы помочь инвалидам.

Соавтор исследования Клаус Мюллер (Klaus Muller) объяснил, что "люди с боковым амиотрофическим склерозом или с травмами спинного мозга часто сталкиваются с трудностями в общении и в контролировании своих конечностей; расшифровка их мозговых сигналов такой системой предлагает решение обеих проблем".

Достижения науки в медицине

8. Устройство, которое может двигать парализованную конечность силой мысли

В 2010 году Яна Беркхарта (Ian Burkhart) парализовало, когда во время несчастного случая в бассейне он сломал себе шею. В 2013 году благодаря совместным усилиям специалистов университета штата Огайо и Баттелль, мужчина стал первым в мире человеком, который теперь может обойти свой спинной мозг и двигать конечностью, используя только силу мысли.

Прорыв случился благодаря использованию нового вида электронного нервного байпаса, устройства размером с горошину, которое имплантируется в моторную кору головного мозга человека.

Чип интерпретирует сигналы мозга и передаёт их на компьютер. Компьютер считывает сигналы и посылает их на специальный рукав, который носит пациент. Таким образом, нужные мышцы приводятся в действие.

Весь процесс занимает доли секунды. Однако, чтобы добиться такого результата, команде пришлось изрядно потрудиться. Команда технологов сначала выяснила точную последовательность электродов, которая позволяла Беркхарту двигать рукой.

Затем мужчине пришлось проходить несколько месяцев терапию для восстановления атрофированных мышц. Конечным результатом является то, что теперь он может вращать рукой, сжимать её в кулак, а также на ощупь определять, что перед ним находится.

7. Бактерия, которая питается никотином и помогает курильщикам завязать с пагубной привычкой

Бросить курить – это чрезвычайно трудная задача. Любой, кто пытался это сделать, подтвердит сказанное. Почти 80 процентов тех, кто пробовал это совершить с помощью аптечных препаратов, претерпел неудачу.

В 2015 году учёные из научно-исследовательского института Скриппса дают новую надежду желающим бросить. Им удалось выявить бактериальный фермент, который поедает никотин ещё до того, как он успевает добраться до мозга.

Фермент принадлежит бактерии Pseudomonas putida. Данный фермент не является новейшим открытием, однако, его только недавно удалось вывести в лабораторных условиях.

Исследователи планируют использовать этот фермент для создания новых методов отказа от курения. Блокируя никотин прежде, чем он достигнет мозга и вызовет производство допамина, они надеются, что они смогут отбить у курильщика желание взять в рот сигарету.

Чтобы стать работоспособной, любая терапия должна быть достаточно стабильной, не вызывая во время активности дополнительных проблем. В настоящее время произведенный в лабораторных условиях фермент ведёт себя стабильно в течение более трёх недель , находясь в буферном растворе.

Тесты с участием лабораторных мышей не показали никаких побочных эффектов. Учёные опубликовали результаты своего исследования в он-лайн версии августовского номера журнала "Американское химическое сообщество".

6. Универсальная вакцина против гриппа

Пептиды – это короткие цепочки аминокислот, которые существует в клеточной структуре. Они выступают в качестве основного строительного блока для белков. В 2012 году учёным, работавшим в университете Саутгемптона, Оксфордском университете и лаборатории вирусологии Ретроскин, удалось выявить новый набор пептидов, найденных у вируса гриппа.

Это может привести к созданию универсальной вакцины против всех штаммов вируса. Результаты были опубликованы в журнале Nature Medicine.

В случае гриппа пептиды на внешней поверхности вируса очень быстро мутируют, что делает их почти недосягаемыми для вакцин и лекарств. Недавно обнаруженные пептиды живут во внутренней структуре клетки и мутируют довольно медленно.

Более того, эти внутренние структуры можно обнаружить в каждом штамме гриппа, начиная от классического и заканчивая птичьим. Для разработки современной вакцины от гриппа требуется около шести месяцев, однако, она не обеспечивает иммунитетом на долгое время.

Тем не менее, возможно, сориентировав усилия на работе внутренних пептидов, создать универсальную вакцину, которая даст долговременную защиту.

Грипп – это вирусное заболевание верхних дыхательных путей, которое поражает нос, горло и лёгкие. Оно может быть смертельно опасным, особенно если заразился ребёнок или пожилой человек.

Штаммы гриппа ответственны за несколько пандемий на протяжении всей истории, самая страшная из которых, - пандемия 1918 года. Никто не знает наверняка, сколько людей погибло от этой болезни, но по некоторым оценкам, 30-50 миллионов человек во всем мире.

Новейшие медицинские достижения

5. Возможное лечение болезни Паркинсона

В 2014 году учёные взяли искусственные, но полностью функционирующие человеческие нейроны и успешно привили их в мозг мышам. У нейронов есть потенциал для лечения и даже вылечивания таких заболеваний, как болезнь Паркинсона.

Нейроны были созданы группой специалистов из института Макса Планка, университетской клиники Мюнстера и университета Билефельда. Учёным удалось создать стабильную нервную ткань из нейронов, перепрограммированных из клеток кожи.

Другими словами, они индуцировали нейронные стволовые клетки. Это метод, который увеличивает совместимость новых нейронов. Спустя шесть месяцев у мышей не развилось никаких побочных эффектов, а имплантированные нейроны отлично интегрировались с их мозгом.

Грызуны продемонстрировали нормальную мозговую деятельность, в результате которой сформировались новые синапсы.

У новой методики есть потенциал, который может дать нейрологам возможность заменить больные, поврежденные нейроны здоровыми клетками, которые в один прекрасный день смогут справиться с болезнью Паркинсона. Из-за неё нейроны, поставляющие допамин, умирают.

На сегодняшний день никакого лечения от этого заболевания нет, но симптомы поддаются лечению. Болезнь, как правило, развивается у людей в возрасте 50-60 лет. При этом мышцы становятся жёсткими, происходят изменения в речи, меняется походка и появляется тремор.

4. Первый в мире бионический глаз

Пигментный ретинит является наиболее распространённым среди наследственных заболеваний глаз. Он приводит к частичной потере зрения, а зачастую и к полной слепоте. К ранним симптомам относится потеря ночного видения и трудности с периферийным зрением.

В 2013 году была создана система протезирования сетчатки Argus II, первый в мире бионический глаз, предназначенный для лечения запущенной стадии пигментного ретинита.

Система Argus II – это пара наружных стёкол, оснащённых камерой. Изображения преобразуются в электрические импульсы, которые передаются электродам, имплантированным в сетчатку глаза пациента.

Эти изображения головным мозгом воспринимаются как световые шаблоны. Человек учится интерпретировать эти паттерны, постепенно восстанавливая зрительное восприятие.

В настоящее время система Argus II пока доступна только на территории США и Канады, но есть планы по её внедрению во всём мире.

Новые достижения в области медицины

3. Обезболивающее, которое работает только за счёт света

Сильную боль традиционно лечат опиоидными препаратами. Основной недостаток в том, что многие такие препараты могут вызывать привыкание, поэтому потенциал для злоупотреблений у них огромен.

А что если учёные смогли бы останавливать боль не используя ничего, кроме света?

В апреле 2015 года неврологи Вашингтонской медицинской школы при университете в Сент-Луисе объявили, что им удалось это сделать.

Путём соединения свето-чувствительного белка с опиоидными рецепторами в пробирке, они смогли активировать опиоидные рецепторы также, как это делают опиаты, но только с помощью света.

Есть надежда, что эксперты смогут разработать способы использования света для облегчения боли при применении лекарств с меньшими побочными эффектами. Согласно исследованиям Эдварда Сиуда (Edward R. Siuda), вполне вероятно, что после дополнительных экспериментов, свет сможет полностью заменить лекарства.

Для тестирования нового рецептора светодиодный чип размером примерно с человеческий волос был имплантирован в мозг мыши, который после этого связали с рецептором. Мышей помещали в камеру, где их рецепторы стимулировали на выработку допамина.

Если мыши уходили из специальной отведённой зоны, то свет выключали и стимулирование останавливалось. Грызуны быстро возвращались на место.

2. Искусственные рибосомы

Рибосома – это молекулярная машина, состоящая из двух субъединиц, которые используют аминокислоты из клеток, чтобы создавать белки.

Каждая из субъединиц рибосом синтезируется в ядре ячейки, а затем экспортируется в цитоплазму.

В 2015 году исследователи Александр Мэнкин (Alexander Mankin) и Майкл Джеветт (Michael Jewett) смогли создать первую в мире искусственную рибосому. Благодаря этому у человечества появился шанс узнать новые подробности о работе этой молекулярной машины.

04/05/2017

Современные клиники и госпитали оснащены сложнейшей диагностической аппаратурой, с помощью которой удается установить точный диагноз заболевания, без чего, как известно, любая фармакотерапия становится не только бессмысленной, но и вредной. Значительный прогресс наблюдается и в физиотерапевтических процедурах, где соответствующие приборы показывают высокую эффективность. Такие достижения стали возможными благодаря усилиям физиков-конструкторов, которые, как шутят ученые, «возвращают долг» медицине, ведь на заре становления физики как науки весьма весомый вклад в нее сделали многие врачи

Уильям Гильберт: у истоков науки об электричестве и магнетизме

Основоположником науки об электричестве и магнетизме по сути является Уильям Гильберт (1544–1603) - выпускник колледжа святого Джона в Кембридже. Этот человек благодаря своим незаурядным способностям сделал головокружительную карьеру: через два года после окончания колледжа он становится бакалавром, через четыре - магистром, через пять - доктором медицины и, наконец, получает пост лейб-медика королевы Елизаветы.

Несмотря на занятость, Гильберт начал изучать магнетизм. По всей видимости, толчком к этому послужил тот факт, что толченый магнит в средние века считался лекарством. В результате он создал первую теорию магнитных явлений, установив, что любые магниты имеют два полюса, при этом разноименные полюсы притягиваются, а одноименные - отталкиваются. Проводя опыт с железным шаром, который взаимодействовал с магнитной стрелкой, ученый впервые высказал предположение о том, что Земля является гигантским магнитом, а оба магнитных полюса Земли могут совпадать с географическими полюсами планеты.

Гильберт открыл, что при нагревании магнита выше определенной температуры его магнитные свойства исчезают. Впоследствии это явление было исследовано Пьером Кюри и названо «точка Кюри».

Гильберт также изучал электрические явления. Поскольку некоторые минералы при натирании о шерсть приобретали свойство притягивать легкие тела, а наибольший эффект наблюдался у янтаря, ученый ввел в науку новый термин, назвав подобные явления электрическими (от лат. ēlectricus - «янтарный»). Он также изобрел прибор для обнаружения заряда - электроскоп.

В честь Уильяма Гильберта названа единица измерения магнитодвижущей силы в СГС - гильберт.

Жан Луи Пуазейль: один из пионеров реологии

Член Французской медицинской академии Жан Луи Пуазейль (1799–1869) в современных энциклопедиях и справочниках числится не только как врач, но и как физик. И это справедливо, поскольку, занимаясь вопросами кровообращения и дыхания животных и людей, он сформулировал законы движения крови в сосудах в виде важных физических формул. В 1828 г. ученый впервые применил ртутный манометр для измерения артериального давления у животных. В процессе исследования проблем кровообращения Пуазейлю пришлось заняться гидравлическими экспериментами, в которых он экспериментально установил закон истечения жидкости через тонкую цилиндрическую трубку. Данный тип ламинарного течения получил название «течение Пуазейля», а в современной науке о течении жидкостей - реологии - его именем названа также единица динамической вязкости - пуаз.

Жан-Бернар Леон Фуко: наглядный опыт

Свое имя Жан-Бернар Леон Фуко (1819–1868), врач по образованию, обессмертил отнюдь не достижениями в медицине, а прежде всего тем, что сконструировал тот самый маятник, названный в его честь и известный ныне каждому школьнику, с помощью которого было наглядно доказано вращение Земли вокруг своей оси. В 1851 г., когда Фуко впервые продемонстрировал свой опыт, об этом заговорили повсюду. Всем хотелось своими глазами увидеть вращение Земли. Дело дошло до того, что президент Франции принц Луи-Наполеон лично разрешил поставить этот опыт в поистине гигантских масштабах, чтобы демонстрировать его публично. Фуко было предоставлено здание парижского Пантеона, высота купола которого составляет 83 м, поскольку в этих условиях отклонение плоскости качания маятника было намного заметней.

Кроме этого, Фуко сумел определить скорость света в воздухе и воде, изобрел гироскоп, первым обратил внимание на нагревание металлических масс при быстром вращении их в магнитном поле (токи Фуко), а также сделал много других открытий, изобретений и усовершенствований в области физики. В современных энциклопедиях Фуко числится не как врач, а как французский физик, механик и астроном, член Парижской Академии наук и других престижных академий.

Юлиус Роберт фон Майер: опередивший свое время

Немецкий ученый Юлиус Роберт фон Майер - сын аптекаря, окончивший медицинский факультет Тюбингенского университета и впоследствии получивший степень доктора медицины, оставил свой след в науке и как врач, и как физик. В 1840–1841 гг. он принимал участие в плавании на остров Яву в качестве корабельного врача. Во время плавания Майер заметил, что у матросов цвет венозной крови в тропиках значительно светлее, чем в северных широтах. Это привело его к мысли, что в жарких странах для поддержания нормальной температуры тела должно окисляться («сгорать») меньше пищевых продуктов, чем в холодных, то есть существует связь между потреблением еды и образованием тепла.

Он также установил, что количество окисляемых продуктов в организме человека возрастает по мере увеличения объема выполняемой им работы. Все это дало Майеру основание допустить, что теплота и механическая работа способны к взаимопревращению. Результаты своих исследований он изложил в нескольких научных работах, где впервые четко сформулировал закон сохранения энергии и теоретически рассчитал численное значение механического эквивалента теплоты.

«Природа» на греческом «physis», а в английском языке до сих пор врач - «physician», поэтому на шутку о «долге» физиков перед врачами можно ответить другой шуткой: «Никакого долга нет, просто название профессии обязывало»

По представлениям Майера, движение, теплота, электричество и т.п. - качественно различные формы «сил» (так Майер называл энергию), превращающихся друг в друга в равных количественных соотношениях. Он рассмотрел также этот закон применительно к процессам, происходящим в живых организмах, утверждая, что аккумулятором солнечной энергии на Земле являются растения, в других же организмах происходят лишь превращения веществ и «сил», но не их создание. Идеи Майера не были поняты современниками. Это обстоятельство, а также травля в связи с оспариванием приоритета в открытии закона сохранения энергии привели его к тяжелому нервному расстройству.

Томас Юнг: удивительное многообразие интересов

Среди выдающихся представителей науки ХІХ в. особое место принадлежит англичанину Томасу Юнгу (1773-1829), отличавшемуся многообразием интересов, среди которых были не только медицина, но и физика, искусство, музыка и даже египтология.

С ранних лет он обнаружил необыкновенные способности и феноменальную память. Уже в два года бегло читал, в четыре знал напамять много сочинений английских поэтов, к 14 годам познакомился с дифференциальным исчислением (по Ньютону), владел 10 языками, включая персидский и арабский. Позже научился играть почти на всех музыкальных инструментах того времени. А еще выступал в цирке как гимнаст и наездник!

С 1792 по 1803 г. Томас Юнг изучал медицину в Лондоне, Эдинбурге, Геттингене, Кембридже, но потом увлекся физикой, в частности оптикой и акустикой. В 21 год стал членом Королевского общества, а с 1802 по 1829 г. был его секретарем. Получил степень доктора медицины.

Исследования Юнга в области оптики позволили объяснить природу аккомодации, астигматизма и цветового зрения. Он также является одним из создателей волновой теории света, впервые указал на усиление и ослабление звука при наложении звуковых волн и предложил принцип суперпозиции волн. В теории упругости Юнгу принадлежат исследования деформации сдвига. Он же ввел характеристику упругости - модуль растяжения (модуль Юнга).

И все же главным занятием Юнга оставалась медицина: с 1811 г. и до конца жизни он работал врачом в больнице св. Георгия в Лондоне. Его интересовали проблемы лечения туберкулеза, он изучал функционирование сердца, работал над созданием системы классификации болезней.

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц: в «свободное от медицины время»

Среди самых знаменитых физиков XIX в. Германа Людвига Фердинанда фон Гельмгольца (1821–1894) считают в Германии национальным достоянием. Первоначально он получил медицинское образование и защитил диссертацию, посвященную строению нервной системы. В 1849 г. Гельмгольц стал профессором кафедры физиологии Кенигсбергского университета. Физикой он увлекался в свободное от медицины время, но очень быстро его работы по закону сохранения энергии стали известны физикам всего мира.

Книга ученого «Физиологическая оптика» стала основой всей современной физиологии зрения. С именем врача, математика, психолога, профессора физиологии и физики Гельмгольца, изобретателя глазного зеркала, в XIX в. неразрывно связана коренная реконструкция физиологических представлений. Блестящий знаток высшей математики и теоретической физики, он поставил эти науки на службу физиологии и добился выдающихся результатов.