Корнель Хейманс, Нобелевская премия 1938 года (присуждена в 1939 году)

Корнель Хейманс – бельгийский физиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1938 года «за открытие роли синусного и аортального механизмов в регуляции дыхания».

Образование, степени, звания и работа

Среднее образование Корнель Хейманс получил в колледжах Св. Ливенса (Гент), Св. Юзефа (Тюрнхаут) и Св. Варвары (Гент).

1921 год. Корнель Хейманс получил степень доктора медицины в Университете Гента. После окончания университета он работал в Колледж де Франс в Париже, университете Лозанны, Венском университете, Лондонском университетском колледже и в Медицинской школе Вестерн-резерв университета в Кливленде (ныне это Университет Кейс-Вестерн-Резерв).

1922 год. Хейманс получил должность преподавателя фармакодинамики в Гентском университете.

1930 год. Хейманс стал профессором фармакологии в Университете Гента, сменив на этом посту своего отца. (Его отец – Дж. Ф. Хейманс – был не только профессором фармакологии, но и ректором Гентского университета. Он основал Институт фармакологии и терапии, позже названный в его честь, и вместе с сыном проводил здесь многие исследования). Корнель Хейманс был назначен заведующим кафедрой фармакологии, фармакодинамики и токсикологии. В это же время он стал директором Института Дж. Ф. Хейманса.

1934 год. Хейманс читал курс лекций в Нью-Йоркском университете.

1937 год. Хейманс был преподавателем Фонда Данэма в Гарвардском университете, лектором Фонда Ханны в Вестерн-резерв университета в Кливленде.

1939 год. Хейманс стал преподавателем Мемориального фонда Персера в Тринити-колледже Дублинского университета.

С 1945 по 1962 год Хейманс читал лекции в университетах Европы, Северной и Южной Америки, Африки и Азии.

По поручению правительства Бельгии, Международного союза физиологических наук и Всемирной организации здравоохранения Хейманс совершал поездки в Иран и Индию (1953 г.), Египет (1955 г.), Бельгийское Конго (1957 г.), Латинскую Америку (1958 г.), Китай (1959 г.), Японию (1960 г.), Ирак (1962 г.), Тунис (1963 г.), Камерун (1963 г.).

Хейманс был президентом Международного союза физиологических наук (International Union of Physiological Sciences, IUPS) и Международного совета фармакологов (с 2006 Международный союз общей и клинической фармакологии, International Union of Basic and Clinical Pharmacology, IUPHAR), а также председательствовал на 20-м Международном конгрессе физиологов, проходившем в Брюсселе в 1956 году. Его обширные знания в области фармакологии позволили ему стать членом Комитета экспертов Международной фармакопеи Всемирной организации здравоохранения.

В Бельгии Хейманс занимал пост вице-президента Национального совета по научной политике.

Хейманс являлся членом или почетным членом большого количества ведущих научных обществ, занимающихся физиологией и медициной в Европе, Северной и Южной Америке, включая Pontificia Academia Scientiarum, Королевское общество искусств Великобритании, Парижскую академию наук, Парижскую медицинскую академию, Гейдельбергскую академию наук и Нью-Йоркскую академию наук. Он был назначен почетным профессором Университета Монтевидео и почетным доктором университетов Утрехта, Лувена, Монпелье, Турина, Сантьяго-де-Чили, Лимы, Боготы, Рио-де-Жанейро, Алжира, Парижа, Монпелье, Мюнстера, Бордо, Тулузы и Джорджтаунского университета в Вашингтоне.

Помимо Нобелевской премии, его научные награды включают премию Альваренги Королевской медицинской академии Бельгии, пятилетнюю премию (1931-1935) по медицине правительства Бельгии, премию выпускников по медицине Фонда Бельгийского университета, премию Парижской медицинской академии (1930), Монтионовскую премию Института Франции (1934), премию Пия XI Папской академии наук (1938), премию Бернского университета и премию Болонского университета (1931) и др.

Хейманс — кавалер Ордена Короны, ордена Полярной звезды, кавалер ордена Леопольда, кавалер ордена Святого Сильвестра (Ватикан), кавалер рыцарского ордена, ордена Гроба Господня в Иерусалиме. Во время Первой мировой войны Хейманс служил офицером полевой артиллерии и получил боевые награды: Военный крест, Гражданский крест, Пожарный крест с восемью пряжками, а также Военный крест Франции.

Основные научные достижения

Свои научные исследования Хейманс проводил в Институте Хейманса. Они были направлены на изучение патофизиологии сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в частности, влияния рефлексов первой сигнальной системы на ритм и частоту сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление (АД) и частоту дыхания. Многие из этих экспериментов были выполнены Хеймансом совместно с отцом, который разработал экспериментальные методы для изолирования нервных волокон и изучения нервных рефлексов, участвующих в регуляции дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Эти исследования привели, в частности, к открытию хеморецепторов, расположенных в области кардиоаорты и каротидного синуса, а также к вкладу в проприоцептивную регуляцию артериального давления и гипертонии. Открытие рефлексогенной роли кардиоаортальной зоны и зоны каротидного синуса в регуляции дыхания принесло К. Хеймансу Нобелевскую премию.

В серии экспериментов Хейманса всегда участвовали две собаки, находящиеся под наркозом. Одна из них была донором, другая — реципиентом. Кровообращение головы собаки В (реципиента) изолировали от кровообращения в органах грудной клетки, брюшной полости и конечностей. Кровь к голове собаки-реципиента (В) от собаки А (донора) подводили с помощью пластмассовых трубок, соединявших сонные артерии собаки B и собаки A, а кровь от головы собаки В отводили через яремные вены к яремным венам собаки А. Нервные волокна между головой и туловищем собаки-реципиента либо оставались нетронутыми, либо частично разрезались скальпелем – это зависело от задачи, которую ставили перед собой ученые.

Схема соединения кровообращения собак Хейманса

(1) изолированная голова собаки B (реципиента); (2) изолированное туловище собаки B (реципиента); (3) трахеальная канюля; (4) правый блуждающий нерв собаки В (реципиента); (4’) левый блуждающий нерв собаки В (реципиента); (5) анастомоз между головным концом наружной яремной вены собаки В (реципиента) и сердечным концом наружной яремной вены собаки А (донора) (правая сторона); (5’) анастомоз между головным концом наружной яремной вены собаки В (реципиента) и сердечным концом из наружной яремной вены собаки А (донора) (левая сторона); (полоса 6’) анастомоз между головным концом общей сонной артерии собаки В (реципиента) и сердечным концом общей сонной артерии собаки А (донора) (правая сторона); анастомоз между головным концом общей сонной артерии собаки В (реципиента) и сердечным концом общей сонной артерии собаки А (донора) (левая сторона); (7) кровяное давление в бедре у собаки В (реципиента); (7’) давление крови у собаки А (донора); (8) дыхательные движения в изолированной голове собаки B (реципиента).

© Корнель Хейманс. Нобелевская лекция

До исследований Хейманса ученые считали, что сердечно-сосудистый и дыхательный центр в продолговатом мозге (нижнем отделе ствола мозга) регулируют скорость кровотока, уровень артериального давления и концентрацию дыхательных газов в крови, и что эти процессы происходят в соответствии с физиологическими потребностями организма и без участия рефлексов нервной системы. В 1924-1927 годах Хейманс и его коллеги продемонстрировали, что частота дыхания регулируется рефлексами нервной системы, передаваемыми через блуждающий и депрессорный нервы. Блуждающий нерв, относящийся к 10-й паре черепно-мозговых нервов, иннервирует органы шеи, грудной клетки, брюшной полости и связан с автономной нервной системой. Депрессорный нерв образован афферентными волокнами, идущими от барорецепторов, расположенными в дуге аорты. Проводя одни эксперименты, исследователи снижали артериальное давление у собаки-реципиента (В), дыхательный центр в продолговатом мозге возбуждался, что вело к увеличению частоты дыхания; при увеличении артериального давления за счет введения адреналина, наоборот, активность дыхательного центра снижалась и частота дыхания уменьшалась. При значимом повышении артериального давления происходила остановка дыхания (апноэ). Проводя другие эксперименты Хейманс и коллеги перерезали все нервы туловища собаки-реципиента (В), кроме волокон, выходящих из рефлексогенной зоны аорты и расположенных в стенке аорты вблизи выхода сонных артерий. Результаты экспериментов совпали, что доказывало участие нервных рефлексов, берущих начало в рефлексогенной аортальной зоне, в ответной реакции дыхательной системы на изменения артериального давления.

Хейманс изучал существование нервных рефлексов между каротидным синусом и сосудодвигательным и дыхательным центрами в продолговатом мозге. Каротидный синус состоит из сети специализированных клеток, нервов и сосудов в стенке сонной артерии вблизи места ее раздвоения на внутреннюю и наружную ветви. Хейманс и его отец обнаружили, что в каротидном синусе находятся рецепторы, чувствительные к изменениям артериального давления (барорецепторы). Более того, при повышении артериального давления увеличивается частота нервных импульсов от рецепторов каротидного синуса к сосудодвигательному и дыхательному центрам в продолговатом мозге, в результате чего частота дыхания, ЧСС и АД снижаются. А при падении давления частота нервных импульсов от барорецепторов к центрам продолговатого мозга снижается, при этом частота дыхания, ЧСС и АД увеличиваются.

В 1926 году Хейманс и его коллеги показали, что в каротидном синусе и аортальных зонах находятся химические рецепторы (хеморецепторы), которые структурно схожи с барорецепторами и чувствительны к некоторым раздражителям. Затем они продемонстрировали, что концентрации дыхательных газов и ионов водорода поддерживаются в равновесии рефлексами нервной системы, объединяющими сосудистые хеморецепторы, дыхательный центр в продолговатом мозге и легкие. Ученые заметили, что при падении парциального давления кислорода парциальное давление углекислого газа увеличивается, а при снижении концентрации ионов водорода нервные импульсы от сосудистых хеморецепторов к продолговатому мозгу рефлекторно стимулируют частоту дыхания. Во время этого процесса изменение концентрации дыхательных газов и кислотно-щелочного равновесия корректируется. Когда наблюдается обратное явление, нервные импульсы от хеморецепторов к продолговатому мозгу рефлекторно снижают частоту дыхания, что ведет к коррекции отклонений дыхательных газов и кислотно-щелочного равновесия.

Исследования, проводимые Хеймансом, доказали, что именно парциальное давление кислорода (а не содержание кислорода в гемоглобине) стимулирует сосудистые хеморецепторы. Это дало объяснение тому, что при анемии и отравлении окисью углерода частота дыхания остаются неизменными. При анемии содержание гемоглобина крайне низкое; при отравлении окисью углерода происходит вытеснение кислорода из гемоглобина и снижается уровень оксигемоглобина.

Хейманс и его коллеги исследовали физиологию мозгового кровообращения и физиопатологию артериальной гипертензии нервного и почечного происхождения, а также особенности кровообращения при нагрузке на мышцы. Их интересовали физиологические процессы у животных, подвергшихся полной симпатэктомии (симпатэктомия – наложение клипс на ганглии симпатического нервного столба); они изучали выживание и восстановление различных нервных центров после остановки кровообращения.

Начиная с 1920 года Хейманс опубликовал около 800 статей в различных периодических изданиях. Одной из наиболее значимых считается работа 1926 года, созданная совместно с его отцом Жаном Франсуа Хеймансом и демонстрирующая, что химические изменения в периферической крови вызывают рефлекторные изменения в центральном дыхательном ритме.

Хейманс и сам был издателем и главным редактором «Международного архива фармакологии и терапии», основанного в 1895 году его отцом и профессором Э. Глеем в Париже.

Хейманс внес свой фундаментальный вклад, используя удивительно простое оборудование: два операционных стола, кимограф, ртутные манометры, дыхательную капсулу, насос для искусственного дыхания, газоаналитический аппарат Холдейна, раствор хлоралозы, канюли для сосудистых анастомозов, специально разработанную спинномозговую дробилку и птичье перо для удаления тромбов из соединительной стеклянной канюли, используемой для измерения артериального давления.

Немногие ученые внесли такой большой вклад в понимание основных механизмов управления сердечно-сосудистой и дыхательной системами как Корнель-Жан-Франсуа Хейманс.

Литература:

1. Нобелевские лауреаты по литературе, медицине, химии, физике, экономике и мира с 1901 по 2016 год
2. www.nobelprize.org (Электронный ресурс)
3. www.britannica.com (Электронный ресурс)
4. Shampo MA, Kyle RA. Belgian Nobel Laureate Corneille-Jean-François Heymans. Mayo Clin Proc. 1989 Apr;64(4):482. doi: 10.1016/s0025-6196(12)65749-8. PMID: 2654503.
5. Raju TN. The Nobel chronicles. 1938: Corneille Jean François Heymans (1892-1968). Lancet. 1999 Feb 13;353(9152):598. doi: 10.1016/s0140-6736(05)75665-8. PMID: 10029019.