Η Φυσιολογία και οι συναφείς επιστήμες κατά τον 20ο αιώνα*

Διάλεξη του ΙΩΑΝΝΗ ΧΑΤΖΗΜΗΝΑ, Καθηγητή Πειραματικής Φυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Αθηνών

Αγαπητοί συνάδελφοι, κυρίες και κύριοι,

Πριν προχωρήσω στην ανάγνωση αυτής της διάλεξης, νομίζω ότι οφείλω μιαν εξήγηση γι’ αυτό που θα επακολουθήσει. Αρχικά, όταν ανέλαβα αυτό το έργο, είχα αρχίσει να μαζεύω υλικό που θα μου ήταν χρήσιμο για την  κατά γράμμα απεικόνιση, έκθεση και  ερμηνεία όλων αυτών των κατακτήσεων που επετεύχθησαν  στον τομέα της Φυσιολογίας και των συναφών επιστημών κατά τον 20ό αιώνα.

* * * * *

Η Φυσιολογία είναι η Επιστήμη που αφορά  την αποκάλυψη, τη  μελέτη,  τη διερεύνηση και την ερμηνεία  όλων των φυσικών και χημικών  διεργασιών  που επιτελούνται στο ζωντανό οργανισμό,  αποτελεί  δε τον έναν από τους δυο γενικούς κλάδους στους οποίους υποδιαιρείται η Βιολογία. Αυτή η τελευταία,     περιλαμβάνει τη μελέτη του συνολικού φαινομένου της Ζωής και  διακρίνεται σε Μορφολογία  (η οποία, όσον αφορά τον άνθρωπο και τα ζώα, μπορεί να διακρίνεται σε Ανατομική  και Ιστολογία), και σε Φυσιολογία, η οποία γενικά ασχολείται με το σύνολο των  βιολογικών λειτουργιών που επιτελούνται στον  οργανισμό.

Ως συναφείς προς τη  Φυσιολογία επιστήμες και μέθοδοι μπορεί να θεωρούνται η Βιολογική χημεία, η Φαρμακολογία, η Γενετική, η Μικροβιολογία,   η Ιατρική Φυσική, οι διάφορες απεικονιστικές τεχνικές όπως είναι η αξονική και η μαγνητική τομογραφία, η υπερηχογραφία, η σπινθηρογράφηση, η ηλεκτροκαρδιογραφία, η ηλεκτροεγκεφαλογραφία,  καθώς  και πολλές άλλες  μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση των πολλαπλών λειτουργιών του σώματος, τόσο για διαγνωστικούς όσο και για πειραματικούς σκοπούς.

Η Φυσιολογία σαν η επιστήμη της διερεύνησης των λειτουργιών του σώματος του ζώντος οργανισμού με μεθόδους της Φυσικής και της Χημείας άρχισε να διαμορφώνεται και  να συγκροτείται  σε  ιδιαίτερη Επιστήμη μόνο από τον 19ο αιώνα. Εντύπωση προκαλεί το γεγονός  ότι, κατά την αρχαιότητα, και μέχρι και τον 17ο αιώνα μ.Χ., η πρόοδος και γενικά η έρευνα για την αποκάλυψη των σχετικών γνώσεων υπήρξε ασήμαντη, αποσπασματική και με εσφαλμένο υπόβαθρο και παραπλανητικό προσανατολισμό, με αποτέλεσμα η σχετική προσπάθεια να οδηγεί σε εσφαλμένα συμπεράσματα, σε διατύπωση απίθανα απλοϊκών θεωριών που δεν  έχουν καμιά απολύτως  σχέση  με την πραγματικότητα, σε απίθανα αδιέξοδα, και σε πλήρη σύγχυση  και στασιμότητα ιδεών. Καμιά ουσιαστική πρόοδος και ανακάλυψη στον τομέα της Φυσιολογίας δεν ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί όταν, ακόμα και οι  μεγάλες διάνοιες της εποχής εκείνης, πίστευαν ότι τα χημικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται η Φύση ήταν τέσσερα, η Γη, ο αέρας, η φωτιά  και το νερό.

Εξάλλου, η πειραματική διερεύνηση της λειτουργίας των διαφόρων οργάνων και συστημάτων στο ζωντανό οργανισμό, η οποία απετέλεσε και αποτελεί και σήμερα τον ακρογωνιαίο λίθο της ερευνητικής προσπάθειας στον τομέα της Φυσιολογίας, πρακτικά ήταν άγνωστη. Πράγματι, κατά την αρχαιότητα, η σχετική ερευνητική προσπάθεια γινόταν σχεδόν αποκλειστικά σε πτώματα, με προσανατολισμό μάλλον προς την αποκάλυψη, τη διερεύνηση και τη διευκρίνιση της αδρής δομής των διαφόρων οργάνων,  δηλαδή με κατεύθυνση  προς την ανατομία μάλλον παρά προς τη φυσιολογία.

Πράγματι, οι λειτουργίες του οργανισμού των ζώων και του ανθρώπου δεν  ήταν ποτέ δυνατό να μελετηθούν κατά τρόπον αποδοτικό, και να κατανοηθούν,  έστω και  στοιχειωδώς, εφόσον επικρατούσε  παντελής άγνοια αναφορικά με την κυτταρική δομή του οργανισμού, την κυκλοφορία του αίματος, την πραγματική σημασία των αναπνευστικών κινήσεων, καθώς και  την αντλητική λειτουργία της καρδίας. Όλα αυτά κατέστη δυνατόν να ανακαλυφθούν  μετά την κατασκευή των πρώτων μικροσκοπίων, και τη χρησιμοποίησή τους στις σχετικές  έρευνες κατά τον 17ο αιώνα.

Παρά ταύτα, εντύπωση μου προκαλούν οι στίχοι 438 ως και 444  από τη Ραψωδία Ν  της Ιλιάδας, όπου ο Όμηρος περιγράφει το φόνο του Αλκάθοου, αντρείου γιου του Αισυϊτη, από τον Ιδομενέα, μέσα στην αντάρα της μάχης.  Σε ελεύθερη μετάφραση αφηγείται: «…τον χτύπησε στη μέση του στήθους  με το δόρυ του ο αντρείος Ιδομενέας και του  διέρρηξε το χάλκινο θώρακα, που προστάτευε το σώμα του από τον όλεθρο… Κι’ εκείνος έπεσε με βρόντο ανάσκελα, όταν το κοντάρι σφηνώθηκε στην καρδιά του. Κι’ έτσι που αυτή σπαρταρούσε, κουνιόταν η ουρά του κονταριού…»

Αυτή η πράγματι εκπληκτική για το ρεαλισμό της περιγραφή διατυπώθηκε, κατά τα φαινόμενα, πριν από περίπου  δυο χιλιάδες  εφτακόσια χρόνια, και υποδηλώνει με τον πλέον κατηγορηματικό τρόπο το γεγονός ότι η λειτουργία της καρδίας, ως οργάνου  που εκτελεί  αλλεπάλληλες, ρυθμικές συστολές εφ΄ όρου ζωής, και μάλιστα με δύναμη ικανή να προσδίδει κίνηση στο κοντάρι του δόρατος που σφηνώθηκε πάνω της, ήταν ήδη γνωστή.  Παρά ταύτα, η λειτουργία της καρδίας ως καταθλιπτικής, αλλά και ως αναρροφητικής  αντλίας, που επιτελεί τη διακίνηση του αίματος μέσα στο αγγειακό σύστημα, με τον καταπληκτικό ρυθμό των πέντε ως και  τριάντα ακόμα λίτρων ανά πρώτο λεπτό έπρεπε να αναμένει περί τις δυο χιλιάδες τριακόσια χρόνια από τότε  για να ανακαλυφθεί και περιγραφεί, για πρώτη φορά,  από  τον William Harvey, το 1616 μ.Χ.

Βέβαια αυτό οφείλετο στο γεγονός ότι κανένας δεν μπορούσε να φανταστεί την παρουσία του καταπληκτικού σε έκταση δικτύου των  αόρατων  με γυμνό οφθαλμό τριχοειδών που παρεμβάλλεται μεταξύ του πέρατος των αρτηριδίων  και της αρχής των φλεβιδίων!! Και εφόσον αυτή η επικοινωνία δεν ήταν, εκ των πραγμάτων, δυνατό να τεκμηριωθεί, δεν μπορούσε, με κανένα τρόπο να καταστεί γνωστό ότι το κυκλοφορικό σύστημα ήταν ένα συνεχές κλειστό κύκλωμα αγγείων μέσα στο οποίο κυκλοφορούσε μια μάλλον μικρή ποσότητα αίματος, με κινούσα δύναμη την αντλητική λειτουργία της καρδίας.    Το μικροσκόπιο, καθώς και η χρησιμοποίηση της πειραματικής μεθόδου, έμελλαν να αποκαλύψουν  τη λύση σ’ αυτό το αίνιγμα!

Και τώρα στο προκείμενο. Κατά το δεύτερο και το  τρίτο τέταρτο του 19ου αιώνα, στο στερέωμα της επιστήμης κυριαρχούσε η λαμπρή μορφή του Γάλλου Φυσιολόγου Claude Bernard. Πράγματι,  ο Claude Bernard  μπορεί, και πρέπει να θεωρείται ως ο ιδρυτής, ή  ο πατέρας της Φυσιολογίας, όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Αυτός ήταν ο πρώτος που πλαισίωσε  την Επιστήμη με το Πειραματικό Εργαστήριο ή αν θέλετε αυτός ήταν που κατέστησε  τη Φυσιολογία Πειραματική Επιστήμη. Σύμφωνα με τη γραμμή που ακολούθησε  στη ζωή του,  τίποτε, καμιά ιδέα, καμιά ερμηνεία, κανένα συμπέρασμα, καμιά θεωρία  δεν μπορεί να ληφθεί ως δεδομένο, να εδραιωθεί και να θεωρηθεί ως κτήμα της Επιστήμης,  εάν προηγουμένως δεν έχει περάσει από τον πειραματικό έλεγχο και δεν αποδειχθεί, πέρα από κάθε αμφιβολία, η γνησιότητα και η επαναληψιμότητά του!

Από το τεράστιο σε όγκο αλλά και πλουσιότατο σε θεματολογία έργο του   θα ξεχωρίσω τη βασική έννοια που πρώτος διατύπωσε και επέβαλε στην Επιστήμη: την έννοια του «εσωτερικού περιβάλλοντος» του οργανισμού (milieu interieur), η οποία έμελλε να αποτελέσει τον ακρογωνιαίο λίθο πάνω στον οποίο θεμελιώθηκε, ανδρώθηκε και μεγαλούργησε με την  περαιτέρω πορεία  της η Επιστήμη της Φυσιολογίας.

Έτσι, στον 20ό αιώνα εισερχόμαστε με κατοχυρωμένη και πλήρως εμπεδωμένη αυτή τη  έννοια  του «εσωτερικού περιβάλλοντος» του οργανισμού, η οποία, με όλα όσα έχουν μεσολαβήσει από τότε μέχρι σήμερα  έχει διαμορφωθεί ως εξής:

Κάποτε ήταν η εποχή που η ζωντανή μάζα  στον πλανήτη μας αποτελείτο αποκλειστικά από μονοκύτταρα  μικροσκοπικά  οντάρια  – τους προγόνους αυτών που  σήμερα ονομάζουμε μικρόβια – σε αφάνταστους αριθμούς και άπειρες ποικιλίες. Μέσα σε ολόκληρο τον αρχέγονο ωκεανό, τις λίμνες και τα ποτάμια, τα στάσιμα και τα τρεχούμενα   νερά, τα υπόγεια και τα επίγεια, σ’ ένα τοπίο γυμνό και άγονο, δίχως ίχνος από βλάστηση, δεν υπήρχε ούτε μια σταγόνα νερού που να μην περιείχε εκατομμύρια από αυτά τα μικροσκοπικά ζωντανά όντα.

Ολόκληρος ο χώρος που καταλαμβάνεται από το υγρό στοιχείο, αποτελούσε ένα πραγματικά  τεράστιο οικουμενικό «οργανισμό,» ένα απίθανο γιγαντιαίο «μεγαζώο,» τον πριν από τρία και μισό  περίπου δισεκατομμύρια χρόνια …προ-προπάππο μας!  Μέσα σε αυτή τη γιγάντια  σε μέγεθος  και ποικιλία  βιομάζα διαμορφωνόταν, μάλλον με τη άτεγκτη διεργασία της φυσικής επιλογής, μέσα σε χρονική κλίμακα που εκτείνονταν σε πολλές εκατοντάδες  εκατομμύρια χρόνια, το προσχέδιο του DNA, που, πολύ αργότερα θα έφτανε σ’ εμάς, μέσα από μια καταπληκτική  σε μέγεθος και διάρκεια  σειρά από  ζώντες οργανισμούς!

Το καθένα από αυτά τα πρωτόγονα  ζωύφια διέγραφε τον κύκλο της ζωής του μέσα στο απέραντο υγρό στοιχείο, και με το μεταβολισμό του,  με ενεργειοδότηση που εξασφαλίζονταν  από το ηλιακό φως,  αλλά και με δομικά υλικά που βρίσκονταν  διαλυμένα στο άμεσο περιβάλλον του, πολλαπλασιάζονταν και τελικά  κατέληγε  στο βυθό του ωκεανού. Εκεί, με την πάροδο των χιλιάδων αιώνων πραγματοποιήθηκε η ενσωμάτωση  της οργανικής αυτής ύλης  μέσα στα ιζηματογενή πετρώματα  και η μετατροπή της σε πετρέλαιο.

Από εκεί και πέρα η ιστορία είναι  μάλλον γνωστή και τετριμμένη! Εκείνο όμως που έχει σημασία είναι το γεγονός ότι όλος αυτός ο ζωικός κόσμος αναπτύχθηκε, διαμορφώθηκε  και …μεγαλούργησε κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες του περιβάλλοντος της εποχής εκείνης, και ανέπτυξε ένα ιδιαίτερο τρόπο διαβίωσης, που προσαρμόζονταν  απόλυτα  προς αυτές ακριβώς τις συνθήκες.

Ολόκληρο το γενετικό υλικό  που κληροδοτήθηκε  από γενεά σε γενεά έφερε αποτυπωμένες  και κωδικοποιημένες όλες τις προσαρμογές αυτών των ζωικών μορφών προς τις συνθήκες του πρωταρχικού, αρχέγονου και ιδιότυπου αυτού περιβάλλοντος  του πλανήτη. Όλες αυτές οι εγγραφές, μαζί  με αρκετά άλλα δισεκατομμύρια παρόμοια κωδικοποιημένα σήματα, βρίσκονται σήμερα ενσωματωμένες σε καίρια και αποφασιστικής σημασίας σημεία του γενετικού μας υλικού, δηλαδή μέσα στο γιγαντομόριο του DNA, (της γενώμης μας),  μέσα σε κάθε κύτταρο του  σώματός μας.

Με αυτό λοιπόν το υλικό ξεκίνησε η απίστευτη περιπέτεια της δημιουργίας των πολυκύτταρων οργανισμών, κάπου πριν από δυόμισυ δισεκατομμύρια χρόνια, πάνω σ΄ αυτό τον κόκκο άμμου  που λέγεται πλανήτης Γη, κάπου 30.000 έτη φωτός  από το κέντρο του Γαλαξία, σε απροσδιόριστο σημείο του Σύμπαντος, που, τελικά εξελίχθηκε  στη χλωρίδα και την πανίδα που οργιάζει σήμερα γύρω μας και μέσα μας!

Με την έναρξη  της διαμόρφωσης των ποικιλιών ζωής από πολλά μαζί συσσωρευμένα κύτταρα, που διαφοροποιούνται σε διάφορους ιστούς και όργανα, παρουσιάζεται αμέσως η ανάγκη  για τη δημιουργία ενός άμεσου περιβάλλοντος  των «συνεταιριστικών»  αυτών κυττάρων, που να είναι σε θέση να ανταποκρίνεται προς τις ανάγκες της διαβίωσής τους. Αυτό  το περιορισμένο πλέον σε μέγεθος «ατομικό» μικροπεριβάλλον  υποκαθιστά το προηγούμενο απέραντο περιβάλλον του ωκεανού, της λίμνης, του ποταμού και της θάλασσας, και οφείλει, όπως και εκείνο, να διατηρείται σε μια μάλλον  σταθερή και ισορροπημένη κατάσταση όσον αφορά  τη φυσική του σύσταση,  τη θερμοκρασία, την περιεκτικότητα στα διάφορα μεταλλικά και άλλα στοιχεία και άλατα, καθώς και τις άλλες θρεπτικές ουσίες. Και έτσι φτάσαμε κάποτε στη έννοια  του «υγρού των ιστών» των πολυκύτταρων οργανισμών. Πολύ ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι  η σύσταση αυτού του υγρού, όσον αφορά την περιεκτικότητά του σε ανόργανους ηλεκτρολύτες, και κατά συνέπεια και όσον αφορά την ωσμωτική του πίεση και το pH, φαίνεται ότι ταυτίζονται με το υγρό περιβάλλον του αρχέγονου ωκεανού ο οποίος αποτέλεσε την κοιτίδα των μονοκύτταρων προγόνων τους. Την ανάμνηση αυτού του αρχέγονου περιβάλλοντος,  όλοι οι σύγχρονοι πολυκύτταροι οργανισμοί,  διατηρούν με …θρησκευτική ευλάβεια!

Αυτά όλα διαπιστώθηκαν και κωδικοποιήθηκαν με την εργασία χιλιάδων ερευνητών καθ’ όλο το πρώτο μισό του 20ού αιώνα, με προεξάρχοντα τον Αμερικανό Καθηγητή της Φυσιολογίας Walter Cannon,  ο οποίος  για πρώτη φορά, το 1932 διατύπωσε την έννοια της «ομοιόστασης» για να συμπεριλάβει και για να εκφράσει το σύνολο των λειτουργιών με τις οποίες ο οργανισμός κατορθώνει να διατηρεί αυτό το υγρό των ιστών σε μια σταθερή κατάσταση όσον αφορά τη χημική του σύσταση, τη θερμοκρασία και το pH του, καθώς επίσης και το ποσό του. Έτσι διαπιστώθηκε και καταγράφηκε και μελετήθηκε  η παρουσία και η λειτουργία χιλιάδων λειτουργικών συστημάτων αρνητικής ανατροφοδότησης, πού ο ζωικός  οργανισμός διαθέτει σήμερα για την πραγματοποίηση και τη συντήρηση αυτής της ομοιόστασης.

Βέβαια, για την επίτευξη αυτού του κολοσσιαίου  έργου, που σήμερα μπορεί να θεωρείται ως το  λαμπρότερο αριστούργημα μιας λογικής και  ισορροπημένης σύνθεσης, που αντανακλά και εκφράζει την επιστημονική θεώρηση του φαινομένου της ζωής, συνέβαλαν με τη σειρά τους ένα πλήθος από ανακαλύψεις και γνώσεις που αποκτήθηκαν με την εφαρμογή της πειραματικής μεθόδου, καθ’ όλη τη διάρκεια του 20ού αιώνα.

Και αρχικά, κατά τα πρώτα τρία τέταρτα  του 20ού αιώνα, μελετήθηκε,  και διευκρινίστηκε από τους   Starling, Cannon  και Folkow  όλος αυτός ο περίπλοκος, αλλά θαυμάσιος μηχανισμός,  με τον οποίο διατηρείται  η ισορροπία μεταξύ αυτού του υγρού των ιστών και του αίματος, και παράλληλα εξασφαλίζεται η συνεχής ανανέωσή του, με την ελεγχόμενη διακίνησή του στο επίπεδο των τριχοειδών μεταξύ των δυο αυτών διαμερισμάτων του σώματος. Η διακίνηση αυτή ελέγχεται με απίστευτη ακρίβεια  με την τροποποίηση της διαβατότητας του τοιχώματος των τριχοειδών προς τα λευκώματα του πλάσματος του αίματος, τις διακυμάνσεις της περιεκτικότητας του πλάσματος σε λεύκωμα (ογκωτική πίεση), και τις μεταβολές του τόνου των προτριχοειδικών σφιγκτήρων, που αποτελούνται από λείες μυϊκές ίνες, που ελέγχονται με την επίδραση νευρικών και ορμονικών παραγόντων (με μεταβολές της ενδοτριχοειδικής υδροστατικής πίεσης).   Επιπρόσθετα, ανακαλύφθηκε και μελετήθηκε σε βάθος, κατά κύριο λόγο από το δάσκαλό μου στο Εργαστήριο Φυσιολογίας στο Goteborg,  Καθηγητή Bjorn   Folkow, η αδιάκοπη μεταβολή της χωρητικότητας των διαφόρων περιοχών του κυκλοφορικού συστήματος, και η προσαρμογή τους, ανάλογα με τις διάφορες συνθήκες περιβάλλοντος  και  λειτουργικές   καταστάσεις στις  οποίες μπορεί να βρίσκεται ο οργανισμός, τόσο σε φυσιολογικές καταστάσεις,  όσο και σε περιπτώσεις νόσου.

Μολαταύτα, όλες αυτές οι θεμελιώδους σημασίας πρόοδοι  και κατακτήσεις της επιστήμης δεν μπορούσαν να είχαν  επιτευχθεί χωρίς την  παράλληλη ανακάλυψη της παρουσίας και της λειτουργίας των διαφόρων ενδοκρινικών εκκριμάτων που ονομάσθηκαν ορμόνες. Η πρώτη ένδειξη για την παρουσία στον οργανισμό ουσιών που παράγονται από κάποιο όργανο, και στη συνέχεια κυκλοφορούνται στο αίμα και επιδρούν κατά πολλούς και διαφόρους τρόπους σε άλλα κύτταρα,  ιστούς και όργανα αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά πέντε περίπου χρόνια πριν από το τέλος του 19ου αιώνα, από τον  Άγγλο φυσιολόγο  Sir Edward Albert Sharpley-Schafer,   ο οποίος παρατήρησε  ότι το εκχύλισμα επινεφριδίων,  μετά από ενδοφλέβια ένεσή του προκαλούσε αύξηση της αρτηριακής πίεσης. Βέβαια η δραστική ουσία ήταν η αδρεναλίνη, η οποία όμως ανακαλύφθηκε αρκετά χρόνια μετά.

Την 16η Ιανουαρίου  του 1902 ανακαλύφθηκε  η πρώτη ουσία η οποία αργότερα χαρακτηρίστηκε ως  «ορμόνη,» από το Ελληνικό ρήμα «ορμώμαι.» Η ανακάλυψη έγινε από τους William Bayliss  και Ernest  Starling κατά τη διάρκεια απλού πειράματος στο Εργαστήριο της Φυσιολογίας  στο University College στο Λονδίνο, στα πλαίσια της διαμάχης των δυο αυτών επιστημόνων  με τον διάσημο Ρώσσο φυσιολόγο Pavlov σχετικά με τη σημασία του φυτικού νευρικού συστήματος στη ρύθμιση της λειτουργίας του πεπτικού συστήματος. Κατά τη διάρκεια αυτού του πειράματος ο Starling    αφαίρεσε ένα τμήμα της νήστιδας του πειραματοζώου, απέξυσε το βλεννογόνο, τον λειοτρίβησε με αραιό υδροχλωρικό οξύ, διήθησε το διάλυμα και τροποποίησε το pH του, και στη συνέχεια χορήγησε αυτό το διήθημα στη σφαγίτιδα φλέβα του πειραματόζωου. Μετά πάροδο λίγων μόνο δευτερολέπτων, από τον διασωληνωμένο παγκρεατικό πόρο του πειραματόζωου άρχισε να ρέει  άφθονο υδαρές παγκρεατικό υγρό!

Η τότε υποθετική ουσία, η οποία περιείχετο στο ενεθέν διήθημα, και η οποία προκάλεσε αυτή την έκκριση, ονομάσθηκε secretin (εκκριματίνη). Σήμερα γνωρίζουμε ότι η εκκριματίνη παράγεται από κύτταρα του βλεννογόνου του άνω τμήματος του λεπτού εντέρου, και κατά κύριο λόγο του 12δακτύλου, κατόπιν της επίδρασης οξέος (π.χ. του υδροχλωρικού οξέος του γαστρικού υγρού).  Αποδίδεται προς το αίμα, με το οποίο κυκλοφορείται σε ολόκληρο το σώμα, και επιδρά εκλεκτικά, κατά κύριο λόγο στα κυψελόκεντρα κύτταρα των αδενοκυψελών  της εξωκρινούς μοίρας του παγκρέατος και προκαλεί την έκκριση του υδαρούς παγκρεατικού υγρού, που περιέχει άφθονο διττανθαρακικό νάτριο. Πρόκειται για πολυπεπτίδιο, που αποτελείται από τα υπολείμματα  27 αμινοξέων, σήμερα δε μπορούμε  να την παρασκευάζουμε με συνθετική διαδικασία   στο Εργαστήριο.

Έτσι λοιπόν δόθηκε το εναρκτήριο λάκτισμα για τον ενδιαφέροντα  και συναρπαστικό  αυτόν  αγώνα που ακολούθησε, για τη διερεύνηση του σημαντικού αυτού τομέα της Φυσιολογίας, που αφορά το σύνολο των ορμονών που επενεργούν στον οργανισμό, και ο οποίος κράτησε για ολόκληρο τον 20ό αιώνα και συνεχίζεται, πάντοτε   με εκπληκτικές και συναρπαστικές αποκαλύψεις.

Σημαντικό σταθμό σ’ αυτή την πορεία αποτελεί η ανακάλυψη της ινσουλίνης από τους Bantimg  και  Best  το 1921. Αξίζει να σημειωθεί ότι η ινσουλίνη αποτελεί  την πρώτη πρωτεϊνη της οποίας η μοριακή δομή έγινε γνωστή, από τον Frederick Sanger το 1955, αποτελεί δε επίσης και την πρώτη πρωτεϊνη που κατέστη δυνατό να συντεθεί  στο εργαστήριο, δέκα χρόνια αργότερα, το 1965. Τέλος, η ίδια αυτή πρωτεϊνη, από το 1981   κατέστη δυνατό να παράγεται από ειδικά γενετικά τροποποιημένα μικρόβια, στα οποία εισήχθη το συγκεκριμένο γονίδιο από τη γενώμη του ανθρώπου.

Σήμερα, είναι γνωστές περισσότερες από πενήντα  ουσίες που χαρακτηρίζονται ως ορμόνες, ο δε αριθμός τους φαίνεται ότι σύντομα  θα ξεπεράσει τις εκατό. Σημειώνεται ότι σημαντικός αριθμός ορμονικών παραγόντων προέρχονται από διάφορες περιοχές του εγκεφάλου, γεγονός που υποδηλώνει ότι το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα  εξασκεί αυστηρότερο, αν όχι και πλήρη και λεπτομερειακό  έλεγχο, σε όλες τις λειτουργίες των υπολοίπων ιστών και οργάνων του σώματος, όχι μόνο με την επίδραση των νεύρων αλλά και με τις πολλαπλές επιδράσεις ορμονικών παραγόντων που προέρχονται από αυτό.

Στο σημείο αυτό πρέπει να σημειωθεί η σημαντική  ανακάλυψη των προσταγλαδινών, κατά το τελευταίο ένα τρίτο του αιώνα. Η ανακάλυψη των ουσιών αυτών,  εκτός των άλλων, μας βοήθησε να καταλάβουμε ένα τουλάχιστον από τους μηχανισμούς  με τους οποίους εξασκεί τις επιδράσεις της το καταπληκτικό αυτό φάρμακο της εποχής μας που ονομάζεται ακετυλο-σαλικυλικό οξύ, δηλαδή η κοινή ασπιρίνη!!

Κατά την αρχή του 20ού αιώνα, η για πρακτικούς λόγους (όπως είναι οι μεταγγίσεις αίματος)  συστηματική μελέτη του αίματος όσον αφορά τις διαφορές που εμφανίζει  μεταξύ των διαφόρων ατόμων, οδήγησε αρχικά στην αποκάλυψη των διαφόρων ομάδων του αίματος, ανάλογα με τα συγκολλητινογόνα και τις συγκολλητίνες που εντοπίζονται αντίστοιχα στα ερυθροκύτταρα και στο πλάσμα του αίματος.  Οι αποκαλύψεις  όμως αυτές, που πραγματοποιήθηκαν από τον Αυστριακό Landsteiner  αποτέλεσαν το έναυσμα για τον ορθό προσανατολισμό  της μελέτης του ανοσοποιητικού μας συστήματος, με αποτέλεσμα τη διευκρίνιση του βασικού τρόπου της συγκρότησης και της λειτουργίας του ουσιώδους, ζωτικής σημασίας  και απαραίτητου αυτού συστήματος για  την άμυνα του οργανισμού έναντι των βλαπτικών παραγόντων του εσωτερικού και του εξωτερικού  περιβάλλοντος. Βέβαια πολλά απομένουν ακόμα να διευκρινισθούν όσον αφορά αυτό τον τομέα, αλλά η πραγματικότητα είναι ότι ήδη βρισκόμαστε στον ορθό δρόμο και η πρόοδος  είναι ήδη εξασφαλισμένη.

Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, που αρχικά κατασκευάσθηκε από τον Ruska το 1932    και τελειοποιήθηκε από τον James Hillier to 1937 και μετά, αποτέλεσε απαραίτητο και ουσιαστικό παράγοντα σε ό,τι αφορά τη μελέτη και τη διευκρίνιση πολλών στοιχείων που αφορούν τη  δομή και τον τρόπο λειτουργίας, μεταξύ άλλων  και του μυϊκού συστήματος και της καρδίας. Οι βιοχημικές μελέτες που  έχουν γίνει, όπως είναι η ανακάλυψη από τον Βρετανό Sir Hans Adolf Krebs το 1937, του  Κύκλου του Krebs (ή του Κιτρικού οξέος), σε συνδυασμό με τις εικόνες που έχουν ληφθεί με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, αποτέλεσαν τη βάση για την αποκάλυψη και τη διευκρίνιση της λειτουργίας της καταπληκτικής αυτής βιολογικής  μηχανής με την οποία η χημική ενέργεια που περιλαμβάνεται στα συστατικά της τροφής μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, που χρησιμοποιείται από τον οργανισμό για την παραγωγή μηχανικού έργου. Αυτή η μηχανή δεν είναι άλλη από το σύστημα ακτίνης – μυοσίνης με το οποίο επιτυγχάνεται η οποιαδήποτε κίνηση και  μετακίνηση είτε και η εξάσκηση μηχανικής δύναμης, τόσο στο εσωτερικό όλων των κυττάρων του σώματος, όσο και ειδικά, τόσο στις λείες όσο και στις γραμμωτές μυϊκές ίνες και στο μυοκάρδιο.

Η μελέτη επίσης των διαφόρων κυττάρων του σώματος με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το οποίο με τη σημερινή του μορφή μπορεί να επιτυγχάνει μεγεθύνσεις μέχρι και δυο εκατομμύρια φορές, παράλληλα με τις κατάλληλες  βιοχημικές μελέτες, αποκάλυψε πολλά ουσιωδέστατα  στοιχεία από το θαυμαστό, αλλά και αφάνταστα οργανωμένο αυτό συγκρότημα που αποκαλούμε  κύτταρο, αναφορικά με τη δομή και τη λειτουργία των διαφόρων οργανυλλίων  του, όπως είναι τα μιτοχόνδρια, τα ριβοσώματα, το ενδοπλασματικό δίκτυο, η συσκευή του Golgi,  και πολλά  άλλα.

Προς το  τέλος της τρίτης δεκαετίας του αιώνα, το 1928, σε ένα μικρό και ασήμαντο Μικροβιολογικό Εργαστήριο, που στεγαζόταν σε δωμάτιο 4 x 3 μέτρα,  στο 2ο όροφο του νοσοκομείου St Mary’s  στο Λονδίνο,  ένα τυχαίο γεγονός αποτέλεσε το αίτιο για την ανακάλυψη του πρώτου αντιμικροβιακού φαρμάκου, από τον Sir Alexander Fleming. Πρόκειται για την πενικιλίνη, του πρώτου φαρμάκου που χαρακτηρίσθηκε ως  αντιβιοτικό. Η παρασκευή της σε τέτοια κλίμακα ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κλινική πράξη επιτεύχθηκε 14 χρόνια αργότερα.

Έκτοτε, η ανακάλυψη, η παραγωγή και η χρησιμοποίηση στην κλινική πράξη ενός πλήθους από αντιβιοτικά, φυσικά και συνθετικά,  επέφερε πραγματική επανάσταση στην ιατρική πράξη και άλλαξε την πορεία της θεραπευτικής κατά τρόπο πράγματι δραματικό, σε σημείο που το δεύτερο μισό του 20ού  αιώνα να χαρακτηρίζεται ως η εποχή των αντιβιοτικών.

Παράλληλα, κατά τον 20ό αιώνα, ανακαλύφθηκαν, η μια μετά την άλλη, οι βιταμίνες, με τη μελέτη των οποίων αποκαλύφθηκε η παρουσία και ο μηχανισμός λειτουργίας  πάρα πολλών, υψίστης σημασίας μεταβολικών οδών, και διευκρινίσθηκε ο ρόλος των συνενζύμων στο διάμεσο μεταβολισμό.

Αναφορικά με το νευρικό σύστημα, μια κεφαλαιώδους σημασίας επίτευξη στη διερεύνηση και την κατανόηση της λειτουργίας του, υπήρξε η διατύπωση της θεωρίας των νευράδων ως των ανεξαρτήτων μονάδων από τις οποίες αποτελείται το νευρικό σύστημα, και οι οποίες επικοινωνούν μεταξύ τους με τις συνάψεις,   η οποία διατυπώθηκε ως συμπέρασμα των ανακαλύψεων του Ramon y Cajal, ακολούθησε δε, κατά το πρώτο τρίτο του αιώνα  η διατύπωση της έννοιας της διέγερσης και της αναστολής σε κυκλώματα του νευρικού συστήματος, από τον Sherrington. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε  η διαπίστωση της μετάδοσης των διεγέρσεων από νευράδα σε νευράδα με την απελευθέρωση  από τις προσυναπτικές απολήξεις, ορισμένων ουσιών – που απεκλήθησαν νευροδιαβιβαστικές ουσίες – οι οποίες επιδρούν σε δενδρίτες είτε και στο σώμα του  μετασυναπτικού κυττάρου, όπου και προκαλούν αύξηση της διεγερσιμότητας είτε και διέγερση, ενώ σε άλλες περιπτώσεις, άλλες ουσίες προκαλούν   ελάττωση είτε και πλήρη  αναστολή της διεγερσιμότητάς  του. Εξάλλου, τα ίδια ακριβώς διαπιστώθηκε ότι συμβαίνουν και στις συνάψεις μεταξύ των τελικών απολήξεων των νευρικών ινών και  των εκτελεστικών οργάνων, όπως είναι οι μυϊκές ίνες και τα αδενικά κύτταρα.

Στο σημείο αυτό δεν πρέπει επίσης να παραλείψω τη μεγάλη και ουσιαστική ανακάλυψη  των Hodgkin και Huxley που αφορά το μηχανισμό της αγωγής των νευρικών ώσεων κατά μήκος των νευρικών ινών, καθώς και της αντλίας νατρίου – καλίου, που λειτουργεί στην κυτταρική μεμβράνη  όλων των κυττάρων του σώματος. Η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία αυτής της αντλίας αποδεικνύεται ότι αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιείται στον  οργανισμό για αυτό που ονομάζουμε βασικό μεταβολισμό. Εξάλλου, η ανακάλυψη αυτής της ιοντικής αντλίας  αποτέλεσε το έναυσμα για την ανακάλυψη πολλών άλλων ειδικών αντλιών που χρησιμοποιούνται για τη διακίνηση ιόντων, καθώς  και άλλων ειδικών ουσιών μέσα από μεμβράνες των κυττάρων.  Επίσης νομίζω ότι εδώ θα πρέπει να αναφέρω και τη σημαντική αποκάλυψη και διευκρίνηση της λειτουργίας των β-υποδοχέων,  το σχεδιασμό και την παραγωγή των αναστολέων τους,  καθώς  την ανακάλυψη    του Gunter Blobel, σύμφωνα με την οποία οι πρωτεϊνες που συντίθενται στα ριβοσώματα των κυττάρων, με εντολές που προέρχονται  από τα  αντίστοιχα γονίδια,  διαθέτουν και τα κατάλληλα σήματα με τα οποία καθορίζεται επακριβώς  η μεταφορά και η εντόπισή τους στις διάφορες θέσεις όπου και θα επιτελέσουν το συγκεκριμένο έργο τους. Πολύ σημαντικές υπήρξαν  επίσης  και οι ανακαλύψεις του Robert Furchgott  και των συνεργατών του σχετικά με το ρόλο του οξειδίου του αζώτου (ΝΟ) αναφορικά με τη  ρύθμιση του τόνου του αγγείων στο κυκλοφορικό σύστημα. Έτσι λύθηκε  ένας ακόμα γρίφος που αφορούσε τον τρόπο λειτουργίας της νιτρογλυκερίνης ως αγγειοδιασταλτικής ουσίας στα  στεφανιαία και σε άλλα αγγεία.

Εδώ όμως νομίζω ότι έφτασε η στιγμή   να ασχοληθούμε με  ένα γεγονός που αποτελεί την κορύφωση όλων ανεξαιρέτως των επιτευγμάτων του ανθρώπου από την εμφάνισή του στον πλανήτη μέχρι και τη  σημερινή εποχή.  Πράγματι, πριν από μισό περίπου αιώνα, το 1953, σε Εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο  του Cambridge συντελέσθηκε  το σημαντικότερο γνωσιολογικό γεγονός  που έζησε  η ανθρωπότητα, κατά  τη διάρκεια  ολόκληρης της παρουσίας της στη Γη.  Εκεί, ο Crick  (37 ετών) και ο Watson  (25 ετών)  ανακάλυψαν  τη δομή  και διατύπωσαν  τον πιθανό τρόπο λειτουργίας του γενετικού υλικού, που από καιρό υπήρχε η υποψία  ότι κρύβονταν μέσα στα  χρωμόσωμα των κυττάρων μας, και βέβαια  και μέσα στα χρωμόσωμα των κυττάρων όλων των άλλων εμβίων όντων, τόσο του ζωικού όσο και του φυτικού βασιλείου. Με κρυσταλλογραφικές έρευνες και  με μια  πράγματι μεγαλοφυή, «φτερωτή» φαντασία, αποσαφήνισαν, διευκρίνισαν, και κατέγραψαν  τη μορφή  και τη δομή του Δεσοξυ Ριβοζο Νουκλεϊκού Οξέος, του περίφημου πια DNA, και από τη μελέτη  αυτού του μορίου διατύπωσαν τα συμπεράσματά τους όσον αφορά  τον μηχανισμό της κληρονομικότητας σε μοριακό επίπεδο.

Η εργασία αυτή δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, στο τεύχος  με Αριθ. 4356 της 25ης   Απριλίου 1953, και καταλαμβάνει  μια μόνο σελίδα (με αριθμό 737),  με μοναδική παρατήρηση προς το τέλος της σελίδας δυο αράδες, ως εξής: «Δεν μας διαφεύγει το γεγονός ότι η ειδική αυτή διαμόρφωση  του μορίου την οποία προτείνουμε,  υποδηλώνει την παρουσία ενός μηχανισμού αντιγραφής του γενετικού υλικού του κυττάρου.»

Από τότε μέχρι  σήμερα, αυτό το «μόριο» έχει μελετηθεί όσο κανένα άλλο, και αποδείχτηκε  πως αποτελεί ολόκληρο το κωδικοποιημένο λεπτομερές σχεδιάγραμμα, ένα είδος λειτουργικού προγράμματος για όλα τα κύτταρα και για  όλα τα υποκυτταρικά στοιχεία, συμπλέγματα, οργανύλλια, κλπ.,  τους ιστούς και τα όργανα του σώματος, που αφορά  όχι μονάχα  τη μορφολογία και τη δομή τους, αλλά  και τον τρόπο και τον προγραμματισμό  της λειτουργίας τους, καθώς   και την εξέλιξή τους στο χρόνο! Μέσα στη δομή αυτού του μορίου, που περιέχεται στα χρωμόσωμα μέσα στον πυρήνα κάθε κυττάρου του σώματος, και αναπαράγεται, σε ολόκληρο το σώμα, με τον εκπληκτικό ρυθμό των 8 εκατομμυρίων αντιτύπων  ανά δευτερόλεπτο, εμπερικλείεται ολόκληρο το σχέδιο και το πρόγραμμα ανέλιξης του  μυστήριου της ζωής!

Αλλά σε τι συνίσταται το DNA?
*   Είναι ένα χημικό μόριο  που έχει τη μορφή δυο επιμήκων  αλυσίδων, που αποτελούνται η κάθε μια  από εναλλάξ τοποθετημένα  μόρια ριβόζης  και ρίζας φωσφορικού οξέος .
*    Οι δυο αυτές αλυσίδες συστρέφονται ελικοειδώς μεταξύ τους, και με αυτό τον τρόπο σχηματίζουν μια διπλή  επιμήκη ελικοειδή δομή (τη διπλή έλικα).
*    Οι δυο αυτές αλυσίδες συνδέονται μεταξύ τους ανά κάθε κρίκο με μια γέφυρα, που αποτελείται από δυο αζωτούχες βάσεις πουρίνης  και πυριμιδίνης, που συνδέονται μεταξύ τους.
*    Η αλληλουχία των  γεφυρών αυτών  μεταξύ των δυο αλυσίδων μπορεί να αποδώσει ένα πολύ μεγάλο αριθμό συνδυασμών, με τους οποίους και κωδικοποιείται ένα τεράστιο πλήθος από πληροφοριακά στοιχεία, από τα οποία καθορίζεται η δομή τουλάχιστο 100.000 διαφορετικών πεπτιδίων και λευκωμάτων που βρίσκονται  στο σώμα.
*    Το μέγεθος, και συνεπώς και η πολυπλοκότητα του DNA  στο κάθε κύτταρο του σώματος είναι κάτι που ξεπερνά κάθε φαντασία:

(β)  Όσον αφορά την πολυπλοκότητα  αυτού του μορίου. Εκεί μέσα υπάρχουν κωδικοποιημένα  όλα τα δομικά στοιχεία όλων των κυττάρων του σώματος, σε μοριακό επίπεδο, με κάθε λεπτομέρεια, με παράλληλη κωδικοποίηση και της εξέλιξης του κάθε κυττάρου και της κάθε λειτουργίας του  για όλη τη διάρκεια της ζωής του ατόμου. Το πιθανότερο είναι ότι εκεί μέσα υπάρχουν ακόμα, υπό ανενεργό μορφή, κωδικοποιημένα  και τα αντίστοιχα  στοιχεία όλων των οργανισμών που προηγήθηκαν του ανθρώπου, από τον απλούστατο προ-ιό μέχρι τον εαυτούλη μας. Υπάρχουν τα σήματα έναρξης  και λήξης της σύνθεσης όλων  των εκατοντάδων χιλιάδων ειδών πεπτιδίων και λευκωμάτων,   που μπορούν να συντίθενται στον οργανισμό, καθώς και τα σήματα επικάλυψης και αποκάλυψης μεγάλων τμημάτων του DNA, ώστε να αναστέλλεται είτε  και να επαναρχίζει  η λειτουργία τους, κλπ. Θεωρητικά, από το DNA που προέρχεται  από ένα μόνο κύτταρο του σώματος  θα πρέπει, υπό κατάλληλες συνθήκες, να μπορεί να δημιουργείται έμβρυο  που να εξελίσσεται   σε οργανισμό πανομοιότυπο με εκείνον από τον οποίον προέρχεται το συγκεκριμένο DNA. Σήμερα  όλη αυτή η διαδικασία  αποκαλείται κλωνοποίηση, και στην πράξη έχει ήδη να επιδείξει αξιοθαύμαστα και πολλά υποσχόμενα επιτεύγματα.

Τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκαν μέθοδοι «ανασυνδυασμού» του DNA, και με τη μεταφορά  επιλεγμένων τμημάτων του σε κατώτερους οργανισμούς, όπως είναι το κολοβακτηρίδιο και άλλα  μικρόβια, εξαναγκάζονται οι μικροοργανισμοί αυτοί να συνθέτουν λευκώματα  και γενικότερα πεπτίδια που χρειαζόμαστε ως φάρμακα, κλπ. Για παράδειγμα,  με μια τέτοια  βιοτεχνολογία, ήδη από το 1981 παράγεται όλη η ινσουλίνη που χρειαζόμαστε, σε παγκόσμια κλίμακα, και πανομοιότυπη με αυτή που παράγεται  από τα νησίδια του παγκρέατος του ανθρώπου, με αποτέλεσμα, κατά τη χρήση της,  να μη εμφανίζονται πλέον   τα ανοσολογικά προβλήματα  που έχουμε με τη χρήση της ινσουλίνης που λαμβάνεται από τα παγκρέατα βοδιών και χοίρων. Με παρόμοια βιοτεχνολογία παράγουμε σήμερα και  αυξητική ορμόνη, πανομοιότυπη με αυτή που παράγεται από τον πρόσθιο λοβό της υπόφυσης, καθώς και διάφορα άλλα πεπτίδια που χρησιμοποιούνται με επιτυχία  ως φαρμακευτικές ουσίες.

Εξάλλου, από το χρόνο της αποκάλυψης της δομής του DNA μέχρι και προ δυο μόλις ετών διεξήχθη ένας άνευ προηγουμένου αγώνας δρόμου από ορισμένα Επιστημονικά Εργαστήρια για την ακρι

Σημείωση