Пенни Лекутер, Джей Берресон «Пуговицы Наполеона»
Молекулы всякие нужны, молекулы всякие важны – но некоторые молекулы оказали на историю человечества особое влияние. О них химики Пенни Лекутер и Джей Берресон рассказывают в научно-популярном труде «Пуговицы Наполеона», который скоро выйдет в издательстве Corpus. Мир был бы совсем другим, если бы пуговицы наполеоновских солдат не делали из олова, Магеллан знал об аскорбиновой кислоте, а Джозеф Листер не пользовался фенолом…
Первый искусственный полимер появился за двадцать пять лет до нейлона, выпущенного компанией «Дюпон» Это был материал со случайно расположенными перекрестными сшивками, соединяющими молекулы, химическая структура которых напоминает структуру некоторых молекул пряностей. С молекулами пряностей мы связываем начало эпохи Великих географических открытий, с фенолом — начало эпохи пластмасс. Фенолы, применяющиеся в столь разных областях, как хирургия, охрана животных, фотография и выращивание орхидей, являются основой многих достижений, изменивших современный мир.
Первый искусственный полимер появился за двадцать пять лет до нейлона, выпущенного компанией «Дюпон» Это был материал со случайно расположенными перекрестными сшивками, соединяющими молекулы, химическая структура которых напоминает структуру некоторых молекул пряностей. С молекулами пряностей мы связываем начало эпохи Великих географических открытий, с фенолом — начало эпохи пластмасс. Фенолы, применяющиеся в столь разных областях, как хирургия, охрана животных, фотография и выращивание орхидей, являются основой многих достижений, изменивших современный мир.
Безопасная хирургия
До 60-х годов XIX века люди соглашались ложиться в больницу, а тем более подвергаться хирургической операции, только в самом крайнем случае. В больницах было темно, грязно и душно. Новых пациентов обычно укладывали на то же белье, что осталось от предыдущих пациентов (вполне возможно, покойных). Хирургические отделения источали ужасное зловоние — результат гангрены и сепсиса. Таким же ужасным был показатель смертности от бактериальных инфекций. Не менее 40 % пациентов, перенесших ампутацию конечностей, умирали от так называемых больничных инфекций. В армии этот показатель достигал 70 %.
Хотя в конце 1864 года врачи стали пользоваться анестетиками, многие пациенты по-прежнему не соглашались на проведение операций. Раны после хирургических операций всегда оказывались инфицированными. По этой причине после закрытия раны хирурги предпочитали оставлять длинные куски ниток, свисавшие до земли, так что гной мог по ним вытекать из раны. Вытекание гноя считалось хорошим знаком, так как означало, что инфекция локализована в ране, а не охватила весь организм.
Теперь мы знаем, почему больничные инфекции были столь частыми и столь опасными. Это группа бактериальных заболеваний, которые легко передаются от пациента к пациенту или даже нескольким пациентам от врача при несоблюдении санитарных условий. Если больничные инфекции возникали особенно часто, врачи просто закрывали свое отделение и отсылали пациентов в другие места. Помещение после этого дезинфицировали серными свечами, стены белили известкой и скоблили полы. На какое-то время после этого инфекций становилось меньше — до следующей вспышки.
Некоторые врачи особенно тщательно следили за чистотой и использовали в работе большое количество кипятка. Другие придерживались теории о том, что все болезни происходят от миазмов — зловонных испарений канализационных стоков. Если какой-то пациент оказывался зараженным, он передавал инфекцию через воздух другим пациентам. Возможно, в те времена это звучало достаточно убедительно. Зловоние больничных канализационных стоков было не лучше запаха гниющей плоти в хирургических отделениях, что также объясняет, почему пациентам, лечившимся дома, а не в больнице, иногда удавалось избежать инфекции. Для устранения неприятных запахов существовало несколько средств, включая тимол, салициловую кислоту, углекислый газ, горькие настойки, сырую морковь, сульфат цинка и борную кислоту. Заметим, что многие из этих средств были совершенно бесполезны.
Вот в таких условиях работал английский врач Джозеф Листер. Он родился в 1827 году в семье квакеров из Йоркшира. Листер получил медицинское образование в Университетском колледже Лондона и в начале 60-х годов работал хирургом в Королевском госпитале Глазго, а также преподавал медицину в тамошнем университете. Хотя во время работы Листера в госпитале было открыто новое хирургическое отделение, проблема больничных инфекций стояла там не менее остро, чем в других местах.
Листер считал, что причиной инфекции может быть не газ, а что-то другое, находяееся в воздухе, микроскопическое, неразличимое человеческим глазом. Прочитав статью «Микробная теория болезней», он понял, что она подтверждает его собственную идею. Статья была написана Луи Пастером — профессором химии из Лилля (северо-восток Франции) и руководителем того самого Шардонне, который прославился созданием искусственного шелка. В 1864 году в Сорбонне Пастер представил собранию ученых результаты исследования процессов сбраживания вина и молока. Пастер считал, что невидимые глазом микроорганизмы присутствуют повсюду. Он показал, что удалить эти микроорганизмы можно с помощью кипячения (это открытие привело к пастеризации молока и других пищевых продуктов).
Поскольку кипятить пациентов и врачей не представлялось возможным, Листер решил найти другой путь безопасного удаления микроорганизмов со всех поверхностей. Он остановил свой выбор на карболовой кислоте, продукте переработки каменноугольной смолы, которую успешно использовали для обработки зловонных городских стоков, но которую не удавалось применить для обработки ран. Листер упорствовал и добился хорошего результата при лечении 11-летнего мальчика, у которого был открытый перелом ноги. В те времена открытый перелом был ужасной бедой. При простом переломе кости могли срастись без операции, однако при открытом переломе, когда острые обломки кости прорвали кожу, опасность заражения раны была очень высока и человек мог погибнуть даже при успешном соединении костей хирургом. Обычно такие переломы заканчивались ампутацией конечности, опять-таки с высокой вероятностью смерти от инфекции.
Листер тщательно обработал ногу бинтом, смоченным в карболовой кислоте. Затем он приготовил повязку из нескольких слоев льна, смоченного карболовой кислотой, и закрыл ногу металлической фольгой, чтобы предотвратить испарение карболовой кислоты. Вскоре образовалась корка, под которой рана затянулась без нагноения.
И раньше случалось, что пациентам удавалось перебороть больничные инфекции, но в данном случае инфекцию удалось предотвратить. Листер еще несколько раз успешно провел лечение открытых переломов и убедился в эффективности карболовой кислоты. С августа 1867 года он использовал карболовую кислоту в качестве антисептика при всех хирургических процедурах, а не только в составе послеоперационных повязок. Впоследствии он усовершенствовал свое антисептическое средство и постепенно убедил многих хирургов, которые отказывались верить в микробную теорию инфекции и утверждали: «Того, что нельзя увидеть, не существует».
Каменноугольную смолу, из которой Листер получал карболовую кислоту, в XIX веке было легко достать, поскольку она была побочным продуктом производства газа, использовавшегося для освещения домов и улиц. Впервые Национальная компания освещения и отопления установила газовые светильники в 1814 году в лондонском районе Вестминстер. Вскоре освещение появилось на улицах многих других городов. Каменноугольный газ получали путем нагревания угля до высокой температуры. Это была легко воспламеняющаяся смесь, которая содержала примерно 50% водорода, 35% метана, а также небольшое количество окиси углерода, этилена, ацетилена и других органических соединений. Газ по трубам поступал в дома, на фабрики и в уличные фонари. Спрос на каменноугольный газ рос, и одновременно усиливалась проблема утилизации отходов газификации угля.
Каменноугольная смола представляет собой вязкую черную жидкость с едким запахом и, как выяснилось, является источником множества важных ароматических соединений. Ее производство прекратилось только в начале XX века, когда были открыты месторождения природного газа, состоящего главным образом из метана. Грубый препарат карболовой кислоты, которым пользовался Листер, представлял собой смесь, отгоняемую из смолы при температуре 170–230°С. Это была темная маслянистая жидкость с резким запахом, которая обжигала кожу. В итоге Листеру удалось выделить из этой жидкости основной компонент — карболовую кислоту, или фенол, который в чистом виде образует белые кристаллы.
Фенол — простая ароматическая молекула, состоящая из бензольного кольца, к которому присоединена гидроксильная группа (OH-группа):
Фенол до некоторой степени растворяется в воде и очень хорошо растворяется в масле. Листер использовал эти свойства и создал смесь, состоящую из фенола, льняного масла и белил. Полученную таким образом пасту на подложке из оловянной фольги помещали на рану, и она действовала как корка, препятствующая проникновению бактерий. Менее концентрированный раствор фенола в воде, обычно содержавший одну часть фенола на 20–40 частей воды, использовали для обработки кожи вокруг раны, хирургических инструментов и рук хирурга, а также им опрыскивали разрез во время операции.
Несмотря на эффективность подобных мер (о чем можно судить по количеству выздоравливавших пациентов), Листер не был уверен в том, что смог достичь полностью асептических условий проведения операции. Он подозревал, что микроорганизмы содержатся в каждой частичке пыли, находящейся в воздухе, и чтобы предотвратить заражение от этого воздушного источника инфекции, он создал машину, которая постоянно распыляла мельчайшие брызги раствора карболовой кислоты в воздухе. На самом деле микроорганизмы, находящиеся в воздухе, представляют собой гораздо меньшую опасность, чем думал Листер. Реальную угрозу несут микроорганизмы, спрятавшиеся в одежде, волосах, на коже, во рту и в носу самих хирургов или других врачей и студентов, которые традиционно присутствовали при проведении операции, не предпринимая никаких мер предосторожности. В современной операционной для поддержания стерильных условий предусмотрены маски, хирургические халаты, колпаки или шапочки, простыни и латексные перчатки.
Машина, распыляющая карболовую кислоту, по-видимому, помогала предотвратить заражение микроорганизмами, однако подобная процедура вредила здоровью самих врачей и обслуживающего персонала. Фенол токсичен, и даже в разбавленных растворах он вызывает обесцвечивание, растрескивание и омертвение кожи. Вдыхание частиц фенола может привести к болезни. Поэтому некоторые врачи отказывались работать в присутствии машины Листера. Несмотря на эти недостатки, антисептические методы хирургической практики Листера были настолько эффективными, а результаты настолько очевидными, что в 1878 году такая техника работы была принята во всем мире. Сегодня фенол редко используют в качестве антисептика. Вред для кожи и токсичность делают го гораздо менее удобным в употреблении, чем многочисленные новые антисептические средства.
Перевод с английского Татьяны Мосоловой
Хотя в конце 1864 года врачи стали пользоваться анестетиками, многие пациенты по-прежнему не соглашались на проведение операций. Раны после хирургических операций всегда оказывались инфицированными. По этой причине после закрытия раны хирурги предпочитали оставлять длинные куски ниток, свисавшие до земли, так что гной мог по ним вытекать из раны. Вытекание гноя считалось хорошим знаком, так как означало, что инфекция локализована в ране, а не охватила весь организм.
Теперь мы знаем, почему больничные инфекции были столь частыми и столь опасными. Это группа бактериальных заболеваний, которые легко передаются от пациента к пациенту или даже нескольким пациентам от врача при несоблюдении санитарных условий. Если больничные инфекции возникали особенно часто, врачи просто закрывали свое отделение и отсылали пациентов в другие места. Помещение после этого дезинфицировали серными свечами, стены белили известкой и скоблили полы. На какое-то время после этого инфекций становилось меньше — до следующей вспышки.
Некоторые врачи особенно тщательно следили за чистотой и использовали в работе большое количество кипятка. Другие придерживались теории о том, что все болезни происходят от миазмов — зловонных испарений канализационных стоков. Если какой-то пациент оказывался зараженным, он передавал инфекцию через воздух другим пациентам. Возможно, в те времена это звучало достаточно убедительно. Зловоние больничных канализационных стоков было не лучше запаха гниющей плоти в хирургических отделениях, что также объясняет, почему пациентам, лечившимся дома, а не в больнице, иногда удавалось избежать инфекции. Для устранения неприятных запахов существовало несколько средств, включая тимол, салициловую кислоту, углекислый газ, горькие настойки, сырую морковь, сульфат цинка и борную кислоту. Заметим, что многие из этих средств были совершенно бесполезны.
Вот в таких условиях работал английский врач Джозеф Листер. Он родился в 1827 году в семье квакеров из Йоркшира. Листер получил медицинское образование в Университетском колледже Лондона и в начале 60-х годов работал хирургом в Королевском госпитале Глазго, а также преподавал медицину в тамошнем университете. Хотя во время работы Листера в госпитале было открыто новое хирургическое отделение, проблема больничных инфекций стояла там не менее остро, чем в других местах.
Листер считал, что причиной инфекции может быть не газ, а что-то другое, находяееся в воздухе, микроскопическое, неразличимое человеческим глазом. Прочитав статью «Микробная теория болезней», он понял, что она подтверждает его собственную идею. Статья была написана Луи Пастером — профессором химии из Лилля (северо-восток Франции) и руководителем того самого Шардонне, который прославился созданием искусственного шелка. В 1864 году в Сорбонне Пастер представил собранию ученых результаты исследования процессов сбраживания вина и молока. Пастер считал, что невидимые глазом микроорганизмы присутствуют повсюду. Он показал, что удалить эти микроорганизмы можно с помощью кипячения (это открытие привело к пастеризации молока и других пищевых продуктов).
Поскольку кипятить пациентов и врачей не представлялось возможным, Листер решил найти другой путь безопасного удаления микроорганизмов со всех поверхностей. Он остановил свой выбор на карболовой кислоте, продукте переработки каменноугольной смолы, которую успешно использовали для обработки зловонных городских стоков, но которую не удавалось применить для обработки ран. Листер упорствовал и добился хорошего результата при лечении 11-летнего мальчика, у которого был открытый перелом ноги. В те времена открытый перелом был ужасной бедой. При простом переломе кости могли срастись без операции, однако при открытом переломе, когда острые обломки кости прорвали кожу, опасность заражения раны была очень высока и человек мог погибнуть даже при успешном соединении костей хирургом. Обычно такие переломы заканчивались ампутацией конечности, опять-таки с высокой вероятностью смерти от инфекции.
Листер тщательно обработал ногу бинтом, смоченным в карболовой кислоте. Затем он приготовил повязку из нескольких слоев льна, смоченного карболовой кислотой, и закрыл ногу металлической фольгой, чтобы предотвратить испарение карболовой кислоты. Вскоре образовалась корка, под которой рана затянулась без нагноения.
И раньше случалось, что пациентам удавалось перебороть больничные инфекции, но в данном случае инфекцию удалось предотвратить. Листер еще несколько раз успешно провел лечение открытых переломов и убедился в эффективности карболовой кислоты. С августа 1867 года он использовал карболовую кислоту в качестве антисептика при всех хирургических процедурах, а не только в составе послеоперационных повязок. Впоследствии он усовершенствовал свое антисептическое средство и постепенно убедил многих хирургов, которые отказывались верить в микробную теорию инфекции и утверждали: «Того, что нельзя увидеть, не существует».
Каменноугольную смолу, из которой Листер получал карболовую кислоту, в XIX веке было легко достать, поскольку она была побочным продуктом производства газа, использовавшегося для освещения домов и улиц. Впервые Национальная компания освещения и отопления установила газовые светильники в 1814 году в лондонском районе Вестминстер. Вскоре освещение появилось на улицах многих других городов. Каменноугольный газ получали путем нагревания угля до высокой температуры. Это была легко воспламеняющаяся смесь, которая содержала примерно 50% водорода, 35% метана, а также небольшое количество окиси углерода, этилена, ацетилена и других органических соединений. Газ по трубам поступал в дома, на фабрики и в уличные фонари. Спрос на каменноугольный газ рос, и одновременно усиливалась проблема утилизации отходов газификации угля.
Каменноугольная смола представляет собой вязкую черную жидкость с едким запахом и, как выяснилось, является источником множества важных ароматических соединений. Ее производство прекратилось только в начале XX века, когда были открыты месторождения природного газа, состоящего главным образом из метана. Грубый препарат карболовой кислоты, которым пользовался Листер, представлял собой смесь, отгоняемую из смолы при температуре 170–230°С. Это была темная маслянистая жидкость с резким запахом, которая обжигала кожу. В итоге Листеру удалось выделить из этой жидкости основной компонент — карболовую кислоту, или фенол, который в чистом виде образует белые кристаллы.
Фенол — простая ароматическая молекула, состоящая из бензольного кольца, к которому присоединена гидроксильная группа (OH-группа):
Фенол до некоторой степени растворяется в воде и очень хорошо растворяется в масле. Листер использовал эти свойства и создал смесь, состоящую из фенола, льняного масла и белил. Полученную таким образом пасту на подложке из оловянной фольги помещали на рану, и она действовала как корка, препятствующая проникновению бактерий. Менее концентрированный раствор фенола в воде, обычно содержавший одну часть фенола на 20–40 частей воды, использовали для обработки кожи вокруг раны, хирургических инструментов и рук хирурга, а также им опрыскивали разрез во время операции.
Несмотря на эффективность подобных мер (о чем можно судить по количеству выздоравливавших пациентов), Листер не был уверен в том, что смог достичь полностью асептических условий проведения операции. Он подозревал, что микроорганизмы содержатся в каждой частичке пыли, находящейся в воздухе, и чтобы предотвратить заражение от этого воздушного источника инфекции, он создал машину, которая постоянно распыляла мельчайшие брызги раствора карболовой кислоты в воздухе. На самом деле микроорганизмы, находящиеся в воздухе, представляют собой гораздо меньшую опасность, чем думал Листер. Реальную угрозу несут микроорганизмы, спрятавшиеся в одежде, волосах, на коже, во рту и в носу самих хирургов или других врачей и студентов, которые традиционно присутствовали при проведении операции, не предпринимая никаких мер предосторожности. В современной операционной для поддержания стерильных условий предусмотрены маски, хирургические халаты, колпаки или шапочки, простыни и латексные перчатки.
Машина, распыляющая карболовую кислоту, по-видимому, помогала предотвратить заражение микроорганизмами, однако подобная процедура вредила здоровью самих врачей и обслуживающего персонала. Фенол токсичен, и даже в разбавленных растворах он вызывает обесцвечивание, растрескивание и омертвение кожи. Вдыхание частиц фенола может привести к болезни. Поэтому некоторые врачи отказывались работать в присутствии машины Листера. Несмотря на эти недостатки, антисептические методы хирургической практики Листера были настолько эффективными, а результаты настолько очевидными, что в 1878 году такая техника работы была принята во всем мире. Сегодня фенол редко используют в качестве антисептика. Вред для кожи и токсичность делают го гораздо менее удобным в употреблении, чем многочисленные новые антисептические средства.
Перевод с английского Татьяны Мосоловой
