środa, 7 listopada 2018

Trzej książęta Serendypii czyli rola przypadku w nauce


Kiedy zapytano pewnego laureata Nagrody Nobla z dziedziny medycyny i fizjologii, jaka jest droga do tego najważniejszego w nauce wyróżnienia, odrzekł mniej więcej tak: "To bardzo proste. Trzeba przez czterdzieści lat codziennie chodzić do laboratorium, robić doświadczenia, publikować w najlepszych periodykach i może dadzą... ". Zapewne tak jest, ale wydaje się, że zapomniał o jednym słowie. Przypadek. Jak definiuje ów rzeczownik "Słowik języka Polskiego" PWN?
      Zdarzenie lub zjawisko, których nie da się przewidzieć
      Pojedyncze zdarzenie lub pojedyncza sytuacja
      Jedna z postaci choroby spośród wielu podobnych
      Osoba lub grupa osób reprezentująca jakieś zjawisko lub charakteryzująca się jakąś cechą
Jeśli "przypadek" jest szczęśliwy, często używamy określenia "fart". Słowo pochodzi z języka niemieckiego, a konkretnie od  fahrt - jazda, czyli ogół sprzyjających okoliczności.  Ale uwaga, to samo w języku angielskim znaczy coś zupełnie innego!
Teraz musimy cofnąć się do wieku XVIII, a dokładnie do 28.01 1754. Tego dnia Horacy Walpole, angielski poeta i prozaik, syn pierwszego premiera tego kraju, w liście do przyjaciela po raz pierwszy użył słowa "serendipity". Czytał on podówczas baśń "The Three Princes of Serendip". Opisuje ona dzieje trzech braci, książąt Serendipu czyli obecnej Sri Lanki. Nazwa ta w sanskrycie oznacza "tam gdzie mieszkają lwy". Książęta podróżują aby zdobyć miłość, sławę i pieniądze, a zawsze przydarza się im coś innego. W owym czasie sam Walpole, także poszukiwał bodaj cennej książki, a znalazł obraz. Połączył owo wydarzenie z przygodami bohaterów baśni i ukuł nowe słowo. Archetypicznym przykładem serendipity jest odkrycie Ameryki. Kolumb płynie do Indii, po drodze odkrywając nowy kontynent. Legenda głosi, że pewnego dnia Izaak Newton  odpoczywał pod jabłonką i nagle na głowę spadło mu jabłko. Uczony zaczął się zastanawiać, jaka siła powoduje to, że przedmioty spadają, a nie unoszą się lub lecą w bok. Nie wiadomo czy istotnie tak było. Jednak miliardy ludzi przed Newtonem obserwowały to samo. Nikt jednak, nie pomyślał o naukowej podstawie zjawiska.  Ludwik Pasteur, słynny biolog francuski ujął to tak: "W dziejach eksperymentów przypadek pomaga dobrze przygotowanym umysłom". Tak więc do serendipity, niczym do przysłowiowego tanga, trzeba dwojga. Przypadku i kogoś, kto nie przejdzie obojętnie.
Genialny Grek, Archimedes mieszkał w Syrakuzach na Sycylii. Oddał wielkie zasługi dla miasta, konstruując machiny do walki z oblegającymi je wrogami. Był pionierem broni opartej na skupionych promieniach słonecznych, paląc za ich pomocą statki rzymskie. Jak głosi legenda pewnego dnia mieszkańcy Syrakuz ujrzeli go, biegnącego nago i wykrzykującego słowo :"Eureka". Co tak ucieszyło naukowca? Otóż rozwiązał pewien problem. Władca owego polis, tyran  Hieron II, powziął podejrzenie, że złotnik któremu powierzył wykonanie korony ze szczerego złota, oszukał go zastępując część kruszcu srebrem.  Korona była piękna i nie sposób było sprawdzić  podejrzenia bez jej zniszczenia     (z domieszką srebra złoto staje się twardsze). Wezwał więc Archimedesa i kazał  ustalić jak jest naprawdę,  ale bez ingerencji w strukturę korony-arcydzieła. Zadanie wydawało się niemożliwe do wykonania. Zmęczony wielodniowymi rozmyślaniami uczony, postanowił zażyć kąpieli. Kiedy zanurzył się zauważył, że jego ciało w wodzie jest znacznie lżejsze niż w powietrzu. Odkrył prawo nazwane później jego imieniem. Nasunęło mu to rozwiązanie problemu korony (choć z wykorzystaniem innego zjawiska fizycznego). Udał się do Hierona i poprosił o bryłę złota o ciężarze korony. Następnie zanurzył ją w wodzi, po chwili uczyniwszy to samo z koroną. Ta ostatnia wyparła więcej cieczy. Złotnik podstępnie dodał srebro aby  uzyskać tę samą wagę, zapomniał jednak, że objętość dzieła będzie wtedy większa. Tyran skazał złotnika na śmierć. Niestety wiele lat później, jego syn otworzył tajną bramę przed wojskami Rzymu oblegającymi Syrakuzy. Archimedes akurat rozwiązywał problem geometryczny, rysując na piasku koła. Kiedy ujrzał rzymskiego legionistę zamierzającego się na niego mieczem, nim zginął,  rzekł:  "Noli trubare circulos meos[1]".  
A jak rzeczy maja się w medycynie? Ano podobnie.
Ambroży Pare (1510-1950)  był, jednym z najwybitniejszych chirurgów doby Renesansu. Projektował narzędzia chirurgiczne i protezy kończyn, wprowadził leczenie złamań  wyciągiem.  Będąc nadwornym chirurgiem kilku królów Francji, głównie zajmował się chirurgią wojskową, a właściwie rzecz ujmując amputacjami. Doszedł do perfekcji wykonując zabieg w kilka minut. Podówczas jako hemostazę i zabezpieczenie ran przez infekcją, stosowano przyżeganie rozpalonym żelazem i zalewanie gorącym olejem. W czasie jednej z bitew operacji było tyle, że... zabrakło oleju. Niektórym rannym nie zalano zatem kikutów owym "antyseptykiem". Pare był pewien, że umrą wkrótce w męczarniach. Jakież było jego zdumienie, gdy okazało się, że czują się znacznie lepiej od tych, dla których oleju starczyło. Wkrótce genialny Francuz skrytykował stare metody i wynalazł kleszczyki hemostatyczne do podwiązywania tętnic i żył, podobne do stosowanych współcześnie.
Sprzedawanie wina, także może przyczynić się do postępu w medycynie. Nie chodzi tu bynajmniej o resweratrol. Ojciec Johanna Leopold Auenbruggera  prowadził w austriackim Gratzu oberżę o nieco tautologicznej nazwie - "Pod Czarnym Murzynem". Syn obserwował jak pracownicy ojca, chcąc sprawdzić czy beczki są pełne i czy dostawcy nie oszukują, opukiwali je, wyznaczając poziom cieczy. Kiedy został lekarzem zauważył podobieństwo kształtu klatki piersiowej i beczki. Zaczął zatem opukiwać narządy ukryte pod żebrami. Swoje spostrzeżenia zawarł w dziele "Nowy wynalazek odkrywania ukrytych chorób wewnętrznych piersi poprzez opukiwanie " (Inventium novum ex percussione thoracis humani ut signo abstrusos interni pectoris morbos detergendi). Leopold był także literatem i napisał libretto do śpiewogry Salieriego (tak, tak, ten od Amadeusza) pt. "Der Rauchfangkehrer" z roku 1781.
Dziś umiejętność opukiwania niestety zanika. Narządy klatki piersiowej diagnozują urządzenia oparte na promieniach Roentgena. Ich odkrycie także jest dziełem przypadku. Wilhelm Conrad Röntgen  fizyk z Würzburga,  eksperymentował z odkrytym nieco wcześniej promieniowaniem katodowym, czyli strumieniem elektronów w próżni. Kiedy elektrony uderzały w płytkę wolframową, emitowała ona inny rodzaj promieniowanie, który rozjarzał ekran fluorescencyjny, a nade wszystko bez trudu przenikał przez wiele substancji. Co więcej, na kliszy fotograficznej powstawał obraz przedmiotów, "stojących na drodze" promieni. Jedną z pierwszych fotografii był szkielet dłoni żony genialnego fizyka. W następnych latach, dzięki zastosowaniu kontrastów, oraz skonstruowaniu wielu urządzeń w tym tomografu promienie X,  na stałe zagościły w naszych szpitalach.
Nie tylko wybitni naukowcy odznaczali się zmysłem obserwacji i wyciągania wniosków z przypadkowych  zdarzeń.  Vincenz Priessnitz, prosty rolnik i analfabeta z terenów obecnych Czech, jako młody człowiek doznał urazu klatki piersiowej. Z braku pieniędzy na fachową pomoc lekarską, leczył się sam stosując opatrunki nasączone wodą. Ponoć pomysł ten przyszedł mu do głowy, na podstawie obserwacji rannej w nogę sarny, która codziennie przychodziła do strumyka, płukać ową ranę. Wkrótce założył zakład, gdzie podstawowym środkiem leczniczym była woda. Dorobił się ogromnego majątku, a wodolecznictwo, do dziś stanowi ważny element wielu kuracji. W języku angielskim uzdrowisko to "spa" , czyli z łacińskiego sana per aquam  (zdrowie przez wodę). Słowo prysznic, także pochodzi od pana Vincenta.
Sporo "serendypnych" odkryć pojawiło się na przestrzeni dziejów w mikrobiologii. Aleksander Fleming, szkocki mikrobiolog, zasłynął jako odkrywca penicyliny. Sam mawiał: "To natura wyprodukowała penicylinę, ja ją tylko odkryłem". Już wcześniej odkrył lizozym, białko odgrywające wielką rolę w odporności nieswoistej.  Ponoć był bałaganiarzem i pewnego razy "odstawił w kąt" jakąś szalkę Petriego z hodowlą bakteryjną. Kiedy ją "odnalazł" zauważył, że jest zanieczyszczona pleśnią. Nie było w tym nic szczególnego poza jednym faktem. Wokół pleśni nie rosły bakterie. Fleming skojarzył to z działaniem lizozymu. Postanowił sprawdzić co znajduje się w grzybku zwanym Penicillinum notatum. Po kilkunastu laty, z pomocą innych naukowców otrzymał krystaliczną formę nowego leku, pierwszego antybiotyku. Nagrodą była wizyta w dniu 10.12. 1945 w Sztokholmie.
Prawie czterdzieści lat później w dalekiej Australii, patolog i mikrobiolog chcieli  odpowiedzieć na pytanie, czy choroby żołądka mogą być spowodowane infekcją. Próbowali zatem wyhodować coś z zawartości żołądków. Oficjalna teoria głosiła, że żaden drobnoustrój nie przeżyje w środowisku kwasu solnego, jakie tam występuje. Istotnie, wiele eksperymentów zdawało się potwierdzać teorię. Zbliżała się Wielkanoc i związana z nią przerwa w pracy. Podobnie jak w laboratorium Fleminga jakaś hodowla nieco się zawieruszyła i czekała na powrót uczonych. Jakież było ich zdziwienie, gdy coś wyrosło na agarze. Później okazało się, że to H. pylori, przyczyna stanów zapalnych i owrzodzeń żołądka i dwunastnicy. Ta bakteria, po prostu potrzebowała dłuższej hodowli. Odkrycie zrewolucjonizowało gastroenterologię, a odkrywcy także, śladami Fleminga, pojechali do Sztokholmu.
Czy gotując rosół można dowiedzieć się jak działa organizm? Okazuje się że tak. Żona XVIII-wiecznego włoskiego fizyka Luigiego Galvani, zaniemogła. Troskliwy mąż, postanowił ugotować jej rosół z żabich udek. Jak to fizyk, robił to w swym laboratorium, gdzie miedzy innymi stała machina produkująca prąd. Kiedy jedno z udek zostało przypadkiem dotknięte przez elektrodę, choć "nieżywe" skurczyło się. Dokładniejsze badania wykazały, że to właśnie zjawiska elektryczne odpowiadają za przewodnictwo nerwowe i pracę mięśni.
 Ból jest jednym z najgorszych odczuć w życiu człowieka, zarówno ten fizyczny związany z urazem czy chorobą ale też i ten niematerialny, duchowy czy psychiczny. W 1939, Velpeau, chirurg francuski wieszczył, że nigdy skalpel i ból nie pojawią się oddzielnie. Mylił się . Już kilka lat później, przeprowadzano zabiegi w znieczuleniu. Amerykański dentysta, Horacy Wells,  pewnego dnia wybrał się do cyrku. Pokazywano tam działanie "gazu rozweselającego". Istotnie poddany inhalacjom osobnik , zachowywał się jak człowiek uradowany, beztroski. W pewnym momencie pokazu skaleczył się w goleń i nawet nie poczuł tego. Wtedy Horacy, pomyślał czy nie zastosować tego gazu u swoich pacjentów. Pierwsze próby, jakie wykonał w zaciszu gabinetu, były zachęcające. Chorzy nie czyli bólu ekstrakcji i innych zabiegów. Nadszedł zatem dzień pokazu nowej metody szerszemu gronu specjalistów. Niestety, wybrany pacjent i dziś byłby "zagwozdką" dla anestezjologów. Otyły z POChP. Eksperyment nie powiódł się. Horacy wyśmiany i upokorzony zaczął popadać w obłęd. Eksperymentował z innymi środkami, między innymi chloroformem, również na sobie. Doznawał halucynacji i w ich skutek oblał na ulicy kobietę kwasem solnym. Aresztowany, popełnił samobójstwo w wiezieniu. Idea "gazowego" znieczulenie jednak  przetrwała. Kilka lat później, Morton użył oparów eteru z doskonałym skutkiem. Narkoza eterowa stosowna była do lat 60-tych XX w. Do łask wrócił też "rozweselacz" czyli podtlenek azotu, do dziś będący składnikiem mieszaniny gazów anestetycznych. Wkrótce dołączono środki znieczulenia miejscowego. Ból opuścił salę operacyjną. Pierwsza brama do wielkiej chirurgii stanęła otworem. 
W pewnym miasteczku w Walii przeprowadzano badanie kliniczne, podwójnie ślepą próbę , dotyczącą leku mającego poprawić krążenie wieńcowe. Preparat nazywał się Sildenafil. Jak wiadomo z założenia takich badań, połowa uczestników otrzymywała lek, zaś połowa placebo. Po jakimś czasie, mniej więcej właśnie połowa badanych, zaczęła poufnie prosić prowadzących eksperyment o... dodatkowe tabletki. Przyciśnięci do muru wyznali, że owe tabletki wzmacniają nie tylko serce, ale ich zdolności do spełniania "obowiązków małżeńskich". Badacze zainteresowali się owym "efektem ubocznym" i na rynku pojawiła się tabletka sildenafilu, bardziej znana jako Viagra.
Leczenie chorób to praca lekarzy, ale czyż lepiej nie zapobiegać im? Z całą pewnością. Wielu ludzi strawiło życie na poszukiwaniu eliksiru zdrowia i młodości. Stare porzekadło mówi jednak : "contra vim mortis non est medicamen in hortis". A jednak trochę tych lekarstw znaleziono. Przeciw chorobom, bo śmierć jest poza zasięgiem, choć "odganiamy" ją od łóżka chorego, coraz skuteczniej i na coraz dłużej. Czy są zatem ludzie, których nie imają się choroby? Okazało się, że tak. Edward Jenner, dowiedział się, że osoby pracujące z krowami (dojarki) nie chorują na ospę prawdziwą, która wówczas dziesiątkowała ludność. Dotyczyło to też tych, którzy przechorowali tzw. "krowiankę". Wcześniej stosowano tzw. wariolizację czyli podawanie poprzez skaryfikacje wydzieliny z krost chorych na ospę prawdziwą. Metoda była jednak niepewna i niebezpieczna.  Jenner założył zatem, że jeśli celowo podamy człowiekowi  wydzielinę z pęcherzy na wymionach chorych krów, zabezpieczy to przed ospą prawdziwą. Tak też się stało. Trzeba było jednak 200 lat, aby ospa przeszła do historii. Jego tropem podążył Ludwik Pasteur. Szczepionki weszły do armamentarium medycyny.
W dawnych prosektoriach można było przeczytać: "HIC MORTUI DOCENT VIVOS" ("Tutaj umarli uczą żywych"). W dziewiętnastowiecznym Budapeszcie, słowo stało się ciałem. Ignacy Semmelweis był ordynatorem oddziału ginekologiczno-położniczego. Śmiertelność okołoporodowa (gorączka połogowa)  w jego klinice była przerażająca. Tymczasem w budynku obok, na oddziale prowadzonym przez zakonnice, o rząd wielkości mniejsza. Oddział Semmelweisa odpowiadał dzisiejszej klinice uniwersyteckiej. Nie było jeszcze wydzielonej specjalności anatomopatologa, stąd sami lekarze klinicyści wykonywali sekcję zmarłych pacjentek. Po sekcjach wracali do kliniki, badali zdrowe kobiety tuż po porodzie, następnie chore i znowu zdrowe. Nie myli rąk, pomiędzy sekcją a badaniem i między badaniami. W oddziale klasztornym nie było sekcji... .  Pewnego dnia, jeden z kolegów Ignacego zaciął sie nożem sekcyjnym w czasie autopsji.  Po kilku dniach zmarł, mając takie same objawy, jak kobiety w gorączce połogowej. Wtedy Semmelweis z przerażeniem odkrył, że na rękach lekarzy przenoszona była śmierć. Nakazał ich mycie po każdej czynności. Dezynfekcję w roztworach chemikaliów. Wyśmiano go i wyszydzono. Nikt nie widział żadnych czynników zakażenia. Mówiono: bzdury, chore idee wariata. Semmelweis pogrążał się w szaleństwie. Czuł winę za śmierć setek kobiet. W końcu zamknięto go w oddziale psychiatrycznym, gdzie w czasie kolejnego ataku szału, został pobity przez sanitariuszy. Zmarł wskutek zakażenie ran jakie wtedy odniósł. Jednak ziarno jakie zasiał, zakiełkowało i wydało owoc aseptyki i antyseptyki. Lister, angielski chirurg pojął geniusz budapeszteńczyka i nakazał wprowadzenie owych zasad w swoim oddziale. Druga brama do wielkiej chirurgii stanęła otworem.
Ból fizyczny jest do pokonania. Nieco gorzej z tym drugim dotyczącym "duszy". Już od czasów pierwotnych, ludzie uciekali do świata wizji i fantazji, chcąc czy to kontaktować się z bogami, czy po prostu mniej cierpieć z powodu trudów tego świata.  Liczba środków stosowanych do tego celu, jest olbrzymia. Albert Hoffman, badając pochodne kwasu lizerginowego w roku 1938 po raz pierwszy zsyntetyzował  LSD-25. Głównym celem syntezy było otrzymanie stymulatora oddechowo-krążeniowego. Naukowiec zawiesił badania i postanowił zająć się nimi ponownie dopiero pięć lat później, dokładnie 16 kwietnia 1943 r. Podczas resyntezy LSD wchłonął prawdopodobnie niewielką ilość substancji i zanim opuścił laboratorium poczuł, że wszystko wkoło faluje. Wsiadł na rower i pojechał do domu (trwała wojna w Europie i były ograniczenia w dystrybucji benzyny, nawet w Szwajcarii). W pewnym momencie zauważył, że gonią go diabły. Na szczęście, po jakimś czasie halucynacje ustały. Jednak dzień 16.04, na pamiątkę owej rowerowej eskapady z udziałem czartów, miłośnicy LSD czczą jako "bicycle day". Hoffman, żył 102 lata, jednak nie należy chyba łączyć tego faktu, z przyjęciem LSD.
"Serendypnych " wynalazków i odkryć są  dziesiątki.  Korzystamy od stuleci z czegoś, czasami nie wiedząc, jak ludzie doszli do tego odkrycia. Wiele łączy radar z kuchenką mikrofalową i roztopionym batonikiem Precy'ego Spencera, a co patelnie z protezą naczyniową.  Co miał wspólnego słodki mocz psów po wycięciu trzustki z insuliną?  Czy szukając ultra-mocnego kleju można odkryć słabiutki ale użyteczny? Czy warto trzymać błony fotograficzne w szufladzie z solami radu? Albo jak używając pieca zrobić przez przypadek gumę. Kto ciekaw, niech sprawdzi.
Książęta Serendypii są nieśmiertelni. Podróżują po całym świecie  do dzisiaj i może kiedyś jakiś młody naukowiec o otwartym umyśle, spotka ich i odkryje coś, co zmieni dzieje ludzkości. Oby na dobre.


[1] Nie niszcz moich kół