52 упрямые женщины: Ученые, которые изменили мир

Элси Уиддоусон
1906–2000
диетолог

Пристроив левую руку на подушку, лежащую на коленях, Элси Уиддоусон ввела себе в вену иглу и впрыснула коктейль из железа, кальция и магния. Начиная этот эксперимент, Уиддоусон и ее партнер по исследованиям Роберт МакКанс предполагали, что железо будет выводиться из организма, однако по результатам эксперимента 1934 г. пришли к выводу, что оно усваивается.

В 1933 г., когда Уиддоусон начала изучать диетологию, эта область знания лишь формировалась. Она занялась ею по совету научного руководителя через несколько лет после того, как стала доктором наук. Уиддоусон работала на факультете физиологии растений Имперского колледжа в Лондоне, где наблюдала за изменениями углеводов в яблоках. По работе она должна была дважды в месяц ездить за яблоками в Кент, графство к юго-востоку от Лондона, и имела возможность изучать химический состав фруктов на разных стадиях жизненного цикла, от завязи до хранения на плодовой базе.

По окончании исследования Уиддоусон какое-то время занималась биохимией в Институте Курто при Миддлсекской больнице. Не то чтобы ей не нравились яблоки, но хотелось исследовать что-то, приносящее непосредственную пользу человеку. В 1933 г. она устроилась на постоянную работу в больницу лондонского Королевского колледжа.

О МакКансе она слышала еще до знакомства с ним. Этот ученый исследовал химический состав мяса. Уиддоусон и МакКанс в прошлом оба изучали фрукты. Когда наконец состоялся первый разговор, Уиддоусон сообщила МакКансу, что тот серьезно ошибся в одном из своих предположений. Поскольку он не учел изменение концентрации фруктозы, его оценка содержания углеводов была заниженной; все исследование – ошибка. МакКанс предложил объединить усилия. Они работали вместе до смерти МакКанса в 1993 г.

МакКанс уже неплохо продвинулся, проанализировав несколько важнейших групп пищевых продуктов; он практически собрал информацию о питательной ценности мяса, рыбы, фруктов и овощей. В 1934 г. Уиддоусон озарило. Да, это важные категории, но зачем останавливаться на них? Нужно изучить все: сладости, молочные продукты, крупы, безалкогольные напитки – все без исключения!

Книга «Химический состав и энергетическая ценность пищевых продуктов» (The Chemical Composition of Foods) вышла в 1940 г. Она содержала 15 000 показателей и была первым исчерпывающим собранием информации о питательной ценности приготовленной и сырой пищи… первым и единственным^[30].

Между тем Уиддоусон и МакКанс занимались и другими проектами. В диетологии середины 1930-х оставалось еще очень много неизвестного. Так, ученые решили узнать, как влияет на организм недостаток соли. Они собрали здоровых (но сомневающихся) испытуемых и на две недели посадили их на бессолевую диету. Каждый участник согласился проводить два часа в день в продолговатой капсуле с подогревом, вызывавшей потоотделение. После этих процедур Уиддоусон в длинном лабораторном халате и со своей фирменной прической – косами, уложенными, как у принцессы Леи, – мыла из шланга испытуемых и створки пластмассовых капсул. Ученые анализировали содержание соли в поте. Хорошенько обессоленные, ослабевшие участники эксперимента прошли серию тестов, чтобы проверить работу внутренних органов, прежде всего почек.

Уиддоусон и МакКанс первыми показали, насколько важны для организма жидкость и соль. Сегодня в больницах внимательно следят за их уровнями, особенно в случае заболеваний почек, сердечного приступа и диабета.

Значительная часть работы Уиддоусон в 1940-х гг. была продиктована нехваткой еды во время и после Второй мировой войны. В эти годы они с МакКансом удостоились звания создателей «современной буханки»^[31] – хлеба, обогащенного кальцием. В условиях дефицита мяса, сахара и молочных продуктов британское правительство озаботилось вопросом разработки для граждан питательного рациона. Уиддоусон и МакКанси предположили, что их соплеменники будут нормально себя чувствовать, питаясь всего несколькими продуктами, в которых не было недостатка: капуста, картофель и хлеб. Чтобы проверить свою гипотезу, Уиддоусон и ее коллеги три месяца жили на этом простом однообразном рационе. Исследование завершилось изматывающим двухнедельным походом по британскому Озерному краю. МакКанс крутил педали велосипеда – его путешествие продлилось на два дня дольше, – а Уиддоусон шагала с остальными. Они совершали ежедневные переходы и записывали, как себя чувствуют. В один из дней МакКанс проехал 58 км практически на одних только капусте, картофеле и хлебе. Простой рацион оказался полноценным, если не считать небольшого недостатка кальция, который компенсировался добавлением толченого мела в муку. В период Второй мировой войны, когда было введено нормирование питания, правительство обеспечило предложенной учеными простой диете широкую рекламу. Хотя еды было мало, никогда в истории Англии население не придерживалось более здорового питания.

После войны Уиддоусон отправилась бороться с недоеданием в Германию. Особый интерес снова представлял хлеб. В разгар зимы Элси объезжала сиротские приюты, подбирая место для исследования, в ходе которого предполагалось сравнить, как влияет на детский организм употребление хлеба из муки разной степени очистки. В течение восемнадцати месяцев она записывала рост и вес детей-сирот и соотносила результаты с рецептом хлеба, который они ели. От степени обогащения хлебной муки ничего не зависело, однако в ходе этого исследования Уиддоусон заметила существенные изменения веса и роста детей, вроде бы не связанные с хлебом. В одном приюте темп роста воспитанников резко замедлился примерно в то же время, когда сироты в другом приюте вдруг заметно прибавили в весе. Задумавшись о причине, Элси стала искать внешний фактор. Метод исключения указал на жестокую воспитательницу, которая перевелась из второго приюта в первый. В ее присутствии дети переставали расти и набирать вес. Уиддоусон сделала вывод: «Нежная забота о детях и бережное отношение к животным могут предопределить успешный результат тщательно спланированного эксперимента»^[32].

Ее практический подход к исследованиям обернулся скверно лишь несколько раз. Когда они с МакКансом сами себе делали инъекции из очередного экспериментального курса, то свалились на пол с лихорадкой, судорогами и болью в теле. Коллеге пришлось доставить их к себе домой и выхаживать там. Вскоре они продолжили экспериментировать и проводить анализы, несмотря на приступы лихорадки, решив, что это «лишь мелкая случайность»^[33].

Уиддоусон нравилось решать проблемы самостоятельно – грузить ли в багажник мертвого детеныша тюленя и мчаться из Шотландии в Кембридж, чтобы сделать анализ содержания жира в его теле, или проходить туда-сюда через металлодетектор в аэропорту, чтобы выяснить, отчего он пищит. В итоге любопытство Элси пошло на пользу нашему здоровью.

Вирджиния Апгар
1909–1974
врач

Чем бы ни занималась Вирджиния Апгар – каталась на велосипеде с ребенком коллеги, болела за бейсбольную команду или училась управлять самолетом, – она всегда имела при себе перочинный нож, эндотрахеальную трубку и ларингоскоп на случай, если кому-нибудь потребуется экстренная трахеотомия. Даже в нерабочее время она оставалась на дежурстве: «Никто, ни один человек не перестанет дышать, если я рядом»^[34].

Апгар стала одним из первых врачей-анестезиологов. Она быстро говорила и быстро думала, энергия била в ней ключом. Вирджиния выросла в Нью-Джерси с отцом, изобретателем-любителем и ученым, и хронически больным братом и иронизировала, что ее семья «ни минуты не сидела спокойно»^[35]. В колледже отличница и будущий зоолог Апгар строчила статьи в студенческую газету, входила в семь спортивных команд, выступала на сцене студенческого театра и играла на скрипке в оркестре. Биржевой крах 1929 г. серьезно ударил по ее семье, и Апгар перепробовала множество самых необычных подработок, в том числе ловила бездомных кошек для зоологической лаборатории. «Честно говоря, не понимаю, как Вирджинии это удается!»^[36] – удивлялся редактор ее выпускного альбома. Этот вопрос возникает по поводу многих сторон жизни нашей героини.

Правда, Апгар никогда не хватало времени на бюрократию, которой она пренебрегала, если видела, что бумажная волокита мешает ей помочь пациенту или поступить правильно. Если ребенок боялся лифта, Вирджиния брала его на руки и поднималась с ним по лестнице. Во время обучения в медицинской школе Апгар однажды заподозрила, что совершила ошибку, которая стала одной из причин смерти пациента. Она попросила сделать вскрытие, но ей было отказано. Потребность узнать правду стала неодолимой, и Апгар прокралась в морг и самостоятельно разрезала хирургический шов. О своей ошибке она немедленно сообщила куратору.

Вирджиния не терпела лицемерия и очковтирательства. Ее собственная открытость – способность как признавать промахи, так и быстро реагировать на изменения в сфере анестезиологии – повлияла на развитие этой области и сделала Вирджинию анестезиологом.

В 1933 г., став хирургом-интерном Колумбийского университета, Апгар оказалась одной из немногих женщин в стране, изучавших хирургию. Она работала под руководством главы департамента хирургии, который и посоветовал ей переключиться на новую область, анестезиологию, в то время даже не считавшейся медицинской специализацией. Научный руководитель преследовал собственные интересы: признавая способности Вирджинии, он в то же время удовлетворял насущную необходимость. В те годы, если пациенту требовалась анестезия, этим занималась медсестра, но операции усложнялись, и руководитель Апгар понимал, что анестезиология также не должна остаться без высокопрофессиональных специалистов, достаточно талантливых и увлеченных, чтобы проложить себе путь в быстроразвивающейся области.

Апгар на год покинула Колумбийский университет, чтобы обучиться новому делу. Вернувшись в 1937 г., она выложила перед начальством план функционирования отделения анестезии хирургического отделения Пресвитерианского госпиталя. Вирджиния запросила себе должность директора, предложила организационную структуру и объяснила, как создать врачебную резидентуру и привлечь больше специалистов, не смещая уже работающих медсестер. Одиннадцать лет Апгар возглавляла отделение анестезии, обучая студентов, нанимая ординаторов и проводя исследования. Она сыграла основную роль в развитии этой специальности, но, когда отделение расширили, главой назначили ее коллегу-мужчину.

Апгар переключилась на новорожденных и обнаружила, что данных о них удивительно мало. Статистика, которая все-таки имелась, озадачивала. Благодаря больничным родам выживало больше матерей и младенцев, но для новорожденных первые 24 часа жизни оставались очень опасными.

Апгар обнаружила поразительный факт: младенцев не осматривали сразу после рождения. Не проводя немедленную оценку их состояния, врачи упускали признаки того, что ребенок, скажем, испытывает кислородное голодание, которое является основной причиной половины смертей новорожденных. Более того, Апгар поняла, что не существует набора стандартных процедур для оценки состояния младенцев. Если во время схваток мать получала какие-либо лекарства, то иногда младенец делал первый вдох, но не делал второго в течение нескольких минут. Что это – наличие или отсутствие дыхания? Решение оставалось на усмотрение врача-акушера. Апгар сформулировала то, что сегодня кажется очевидным: опасное состояние для жизни младенца имеет явные признаки и всех новорожденных необходимо осматривать на предмет наличия этих сигналов.

«Как провести быструю стандартизованную оценку состояния новорожденного?» – спросил Апгар ординатор. «Это легко, – ответила она и схватила подвернувшийся под руку лист бумаги. – Смотрите»^[37].

Балльная система охватывала пять основных областей, требующих внимания врача: сердечный ритм, дыхание, рефлекторную возбудимость, мышечный тонус и цвет кожных покровов. Каждый показатель оценивался по шкале от 0 до 2. Почти сразу Апгар и некоторые ее коллеги применили систему, чтобы узнать, имеется ли связь между баллами и здоровьем новорожденного. Как оказалось, низкие баллы свидетельствовали о проблемах с содержанием углекислого газа в крови и ее кислотностью^[38]. Если совокупный балл был 3 или ниже, ребенок почти неизбежно требовал реанимации.

Баллы одного ребенка были очень информативны, но эффект изучения данных по тысячам детей был сопоставим с тем, как если бы целое поле опавших листьев вдруг распределилось по цветам: фрагменты отсортированной информации, объединившись вместе, открыли свое общее происхождение. Низкие баллы коррелировали с определенными методами родовспоможения и видами анестезии, получаемой матерью. Пока не было емкой и наглядной балльной системы, врачи попросту не видели этих связей – или не имели достаточно систематизированных данных, чтобы доказать корреляцию. Балльная система стала основой усовершенствованных статистических моделей здоровья населения и начала распространяться из Нью-Йорка по больницам всей страны.

Добравшись до Денвера, шкала наконец получила свое общеизвестное название. В 1961 г., через девять лет после ее первого применения на практике, каждый врач-ординатор заучивал мнемоническое правило:

А (Appearance) – внешний вид (цвет кожных покровов);

P (Pulse) – частота сердечных сокращений;

G (Grimace) – рефлекторная возбудимость;

A (Activity) – мышечный тонус;

R (Respiration) – дыхание.

Это и есть шкала Апгар. Анестезиологу Апгар она очень нравилась.

Тем временем данные накапливались, и Апгар видела, что ей не хватает возможностей, чтобы полноценно их обработать. Неизменно открытая для любых методов совершенствования своих врачебных навыков, Апгар перервала работу в больнице и решила получить степень магистра в области общественного здравоохранения. Благотворительный фонд «Марш гривенников»^[39] воспользовался возможностью и предложил ей сотрудничество.

Как всегда, ее решением управляло любопытство. Захваченная мыслью о том, чтобы сменить стезю в середине жизненного пути, Апгар доучилась, получила степень и с жаром принялась за новую работу на посту главы только что созданного фондом отделения врожденных пороков развития.

Четырнадцать лет Апгар летала по стране, распространяя информацию о репродуктивном процессе и пытаясь снять клеймо позора с врожденных дефектов. Живость и остроумие сделали ее любимицей телеведущих и пациентов. Она была, как говорится, «народным врачом»^[40], одинаково охотно идущим на контакт со всеми, с кем сводила ее жизнь. Один из работавших с Вирджинией волонтеров сказал: «Ее теплота и заинтересованность создают ощущение, что она обнимает вас, хотя она к вам и не прикасалась»^[41]. Фонд удвоил свой доход в период, когда Апгар была одним из его руководителей.

Апгар работала с людьми, летала на самолетах и поддерживала любимую бейсбольную команду (во главе группы коллег и подруг), пока позволяло здоровье. Она умерла в 1974 г., но ее шкала используется до сих пор. Благодаря ей новорожденных всего мира спасали на протяжении большей часть минувшего века, спасают и сейчас.

Дороти Кроуфут-Ходжкин
1910–1994
биохимик

В похожих на пещеры помещениях цокольного этажа Музея Оксфордского университета электрические кабели свисали с потолка, как высоковольтная сеть рождественских гирлянд. Единственное готическое окно облагораживало пространство лаборатории, но находилось так высоко, что нужна была лестница, чтобы увидеть дневной свет. За двадцать четыре года, что Дороти Ходжкин руководила лабораторией рентгеноструктурного анализа, по крайней мере один человек получил удар тока в 60 000 вольт, к счастью не смертельный. Лаборатория недофинансировалась, а саму Ходжкин слишком мало ценили, но она продолжала работать. Несмотря на нищенские условия, блестящие способности Дороти вознесли ее на вершину в своей области знания.

Рентгеноструктурный анализ получил статус научного метода в 1912 г., когда Макс фон Лауэ обнаружил, что дифракционная картина рентгеновских лучей может немало рассказать ученым об атомной структуре молекулы. Начнем с того, что молекулы образуют структуру с единым повторяющимся рисунком, которую мы называем кристаллом. Если направить на кристалл рентгеновские лучи, то они подвергнутся дифракции и получающийся рисунок отобразится на фотопластине. Изображение полно подсказок, позволяющих ученым судить о трехмерной структуре молекулы. Их расшифровка до появления компьютеров была настоящей головоломкой, требующей долгих лет вычислительной практики и исключительного терпения. Дороти была асом в этом деле.

В начале 1930-х гг., в первые годы ее карьеры, расшифровка кода даже простейшего кристалла требовала десятков тысяч математических вычислений, выполнявшихся на ручной счетной машине. С помощью уравнений составлялась так называемая карта распределения электронной плотности, напоминавшая топографическую. Она показывала, где электроны кристалла особенно густо сконцентрированы. Весь процесс, от рентгеновского излучения до определения структуры, мог занимать месяцы и даже годы.

В 1936 г. вычисления стали немного проще, поскольку Ходжкин стала счастливой обладательницей двух ящиков, заполненных тонкими листами бумаги в количестве 8400 штук. Так называемые штрипсы Биверса – Липсона служили кристаллографам своеобразной картотекой. Карточки были сверху донизу заполнены дотошно упорядоченными тригонометрическими величинами, сократившими время работы Ходжкин над расчетами.

В конце 1930-х гг., когда она начала расшифровку молекулы холестерина, большинство ее коллег утверждали, что эта задача неразрешима методами кристаллографии. Однако Ходжкин, получившая от друга прозвище «тихий гений»^[42], облучила кристалл холестерина рентгеновским излучением и уселась за вычислительную машину. Там, где представители традиционной химии потерпели крах, кристаллограф добилась успеха.

Слухи о ее выдающихся способностях к построению карт распределения электронной плотности распространились, и Ходжкин стала магнитом для неразгаданных кристаллических структур. Когда кому-то нужно было выяснить структуру молекулы, образец кристалла высылался ей. За годы работы она получила их десятки, в том числе кристалл пенициллина.

К 1941 г. пенициллин уже показал свою способность предотвращать бактериальные инфекции у людей – громадное преимущество в годы войны. Ученые надеялись, что понимание его структуры позволит производителям лекарств наладить массовый выпуск препарата. Однако структуру молекулы пенициллина никак не удавалось расшифровать. Во-первых, американские и британские кристаллографы работали над кристаллами разной формы, даже не подозревая об этом. Никто не знал, что кристалл пенициллина имеет несколько разновидностей. Во-вторых, из-за особенностей строения молекулы фотопластина не давала ясной картины.

Наконец, словно мало было этих проблем, Ходжкин и ее оксфордский аспирант решили расшифровать структуру молекулы пенициллина, ничего не зная о его радикалах. Дороти шутила, что эта задача казалась им «в самый раз для новичка»^[43].

Работа Ходжкин по расшифровке показала, что части молекулы пенициллина связаны друг с другом крайне необычным образом. Один химик был так ошеломлен, что поставил всю свою карьеру на то, что она ошибается, поклявшись, что займется выращиванием грибов, если ее предположения окажутся правильными. (Несмотря на подтвержденные результаты, скептик обещание не сдержал.) В 1946 г., когда Ходжкин поняла, что проблема с пенициллином наконец решена, то запрыгала по комнате, радуясь, как ребенок. Работа отняла у нее четыре года. Открытие вылилось в появление новых полусинтетических пенициллинов и их повсеместную разработку.

Однако пройдет еще одиннадцать лет, прежде чем Оксфорд сделает ее своим штатным профессором. Переоснащения лаборатории пришлось ждать двенадцать лет.

В следующей молекулярной головоломке было в шесть раз больше атомов, не являющихся атомами водорода, чем вообще всех атомов в молекуле пенициллина. Хотя другие ученые заявили, что В12 не по зубам рентгеновской кристаллографии, Ходжкин взялась за дело.

За шесть лет она со своей командой сделала около 2500 фотографий кристаллов В12 в рентгеновских лучах. Обработка изображений выходила далеко за рамки возможностей штрипсов Биверса – Липсона. К счастью, Ходжкин помогала компьютерная программа. Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе только что обзавелся новым компьютером для выполнения кристаллографических вычислений, и студент-программист, химик, по счастливому совпадению провел лето в лаборатории Ходжкин в Оксфорде. Когда студент вернулся в Калифорнийский университет, она стала отправлять ему по почте массу информации по В12, а он отсылал ей результаты компьютерной обработки. Это была долгая и тяжелая работа. В случае ошибок (например, если атом казался в десять раз больше своего реального размера) Ходжкин просила своего программиста в Южной Калифорнии не унывать. В течение всего этого времени он ни разу не видел, чтобы она утратила самообладание.

Через восемь лет после начала работы над В12 Ходжкин сумела построить трехмерную модель молекулы. По словам британского химика, если ее работа по пенициллину сродни «преодолению звукового барьера»^[44], то расшифровка В12 является «не больше и не меньше чем великолепной – совершенно потрясающей!»

«За результаты применения рентгеновского метода изучения структур важных биохимических субстанций»^[45] Ходжкин была удостоена Нобелевской премии по химии в 1964 г.

Дороти всегда была доброй и великодушной, но при необходимости умела проявить твердость. Даже в преклонном возрасте она продолжала удивлять. Несмотря на мучительный ревматоидный артрит и перелом тазовой кости, она продолжала летать по всему миру, в том числе в Москву, для участия в научных и миротворческих конференциях.