Изучением физиологии кровообращения Павлов занимался примерно первые 15 лет сначала в лаборатории профессора Циона, затем в лаборатории профессора Установила, но в основном в период работы в экспериментальной лаборатории при клинике С. 11. Боткина. Научный интерес Павлова в этих исследованиях был прикован к проблеме нервной регуляции кровообращения в организме, главным образом к двум ее важным вопросам: к рефлекторной регуляции и саморегуляции деятельности системы кровообращения и к характеру действия центробежных нервов на сердце.
Уже в самых первых работах Павлова по кровообращению четко выявляются его самобытный талант и очертания будущего научного метода. В отличие от общепринятых в то время порочных вивисекционных опытов для изучения рефлекторной регуляции кровообращения Павлов для той же цели разработал и применил совершенно новый прием физиологического эксперимента, давший возможность избежать искажающего влияния наркоза и травмирующего влияния грубых манипуляций острого опыта на организм животного, на рефлекторную деятельность нервной системы, в частности — на нервную регуляцию деятельности органов кровообращения.
И. П. Павлов в период работы по физиологии кровообращения в физиологической лаборатории при клинике С. П. Боткина, 1885 г.
Упорной тренировкой он приучал подопытных собак лежать на экспериментальном столе и без наркоза спокойно переносить все манипуляции, связанные со сложным и длительным опытом: небольшой операционный разрез кожи и подкожных тканей, обнажение одной из мелких периферических артерий, соединение ее с приборами для регистрации кровяного давления и т. п. «Благодаря этому обстоятельству,— писал Павлов,— были получены кривые кровяного давления, которые по своей равномерности могут считаться образцовыми» [10 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. I, стр. 36.]. Существенно и то, что на каждой из таким образом подготовленных собак в течение месяца ставилось (через определенные интервалы) по нескольку опытов, зачастую разных по характеру. В этих замечательных по существу хронических экспериментах Павлов исследовал влияние сухой пищи, питания другими продуктами и обильного питья на уровень давления крови в артериях и выявил ряд новых важных закономерностей рефлекторной саморегуляции деятельности сердца и сосудов. В частности, он установил, что в условиях подобных экспериментов кровяное давление сохраняет удивительное постоянство в течение длительного времени — колебания в этом давлении не превышают 3 мм ртутного столба. Более того, эти колебания оказались незначительными даже под влиянием таких факторов, которые, согласно господствовавшим в физиологии того времени представлениям, должны были вызвать значительные изменения в уровне кровяного давления. Было установлено, например, что прием сухой пищи (мяса или хлеба), который обычно влечет за собой расширение кровеносных сосудов пищеварительного тракта и значительный переход жидкости из крови в полость этого тракта в виде различных пищеварительных соков, существенно не влияет на уровень артериального давления; 20—30 минут спустя после приема пищи кровяное давление падает незначительно (не более, чем на 10 мм ртутного столба) и спустя некоторое время вновь возвращается к исходному уровню. Точно так же существенно не меняется кровяное давление и после обильного питья жидкости (мясного бульона), превышающей объем крови животного примерно в два раза.
В большой серии других экспериментов Павлов установил, что целостность блуждающих нервов, иннервирующих обширный круг органов грудной клетки и брюшной полости, является весьма существенным условием сохранения такого постоянства кровяного давления; перерезка названных нервов влечет за собой глубокое нарушение этой приспособительной деятельности сердечно-сосудистой системы, и только сохранность симпатических нервов предотвращает при этом полное ее расстройство.
Из этих и других экспериментов было сделано заключение, что в нормальном организме не только более или менее значительные повышения артериального давления, но и более или менее значительные его снижения быстро и тонко улавливаются чувствительными нервными окончаниями в различных областях сосудистой сети; благодаря рефлексам, порожденным соответствующими импульсами из этих сигнализаторов, работа сердца и состояние сосудистого русла изменяются так, что артериальное давление быстро возвращается к исходному уровню после его отклонений от нормы в одну или другую сторону, и тем самым поддерживается относительное постоянство этого уровня. Таким образом, в организме происходит саморегуляция деятельности сердечно-сосудистой системы, и артериальное давление поддерживается, как правило, в известных средних пределах, наиболее благоприятных для кровоснабжения основных органов и систем организма. Павлов и его сотрудники установили также, что заложенные в стенках кровеносных сосудов чувствительные «приборы» способны улавливать не только изменения уровня кровяного давления, но и изменения в химическом составе крови.
Эти и другие установленные Павловым факты, а также вытекающие из них выводы были ценнейшими вкладами в науку. Они по сей день занимают солидное место в арсенале знаний о рефлекторной регуляции деятельности органов кровообращения. Более того, своими работами Павлов примерно на полвека опередил Геринга, Гейманса, Кордье, Коха и многих других ученых, исследовавших специфическую воспринимающую функцию кровеносных сосудов по отношению к различным физическим и химическим свойствам циркулирующей крови, равно как и проблему рефлекторной саморегуляции деятельности сердечно-сосудистой системы.
В этой связи надо сказать и то, что Павлов на основании других научных фактов развил более широкое теоретическое положение, согласно которому не только в кровеносных сосудах, но и во всех органах имеются различные специфические чувствительные приборы, приспособленные к своеобразным раздражителям механического, физического или химического характера и играющие весьма важную роль в рефлекторной регуляции многих функций организма. Павлов писал по этому поводу: «Этими окончаниями пронизаны все органы и все ткани их. Эти окончания необходимо представить как крайне разнообразные, специфические, подобно окончанию нервов органов чувств, приспособленные каждое к своему своеобразному раздражителю механического, физического или химического характера образования. Степенью их работы в каждый данный момент определяются размер и комбинации деятельности организма» [11 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. I, стр. 324.]. Эти данные и теоретические положения Павлова в последующем были подтверждены работами многих современных исследователей и стали одним из истоков особого научного направления в физиологии — изучения интерорецепции, или воспринимающей функции внутренних органов, развиваемого К. М. Быковым, В. Н. Черниговским, И. А. Булыгиным, Э. Ш. Айрапетянцем, И. Т. Курцыным, М. Р. Могендовичем и др.
В этот ранний период своей научно-исследовательской жизни Павлов уделял много внимания и времени центробежным нервам сердца. Этой теме посвящена его превосходная докторская диссертация (1883).
В те годы по работам братьев Вебер, Циона, Бецольда и других физиологов было известно, что существуют центробежные нервы сердца, способные изменять частоту или ритм его работы и в сторону увеличения, и в сторону замедления. Павлов виртуозными острыми вивисекционными экспериментами на теплокровных животных в 1882 г. установил, что среди центробежных нервов сердца наряду с уже известными другими нервами, способными только или преимущественно изменять частоту сердечных сокращений без изменения силы, есть такие, которые способны только или преимущественно усиливать сердечные сокращения без изменения их частоты; Кроме того, он допускал, что у этих нервов есть антагонисты, ослабляющие и замедляющие сердечные сокращения. Примечательно, что в том же году независимо от Павлова к выводу о существовании нервного влияния, усиливающего сердечные сокращения, пришли также известный английский физиолог Гаскелл и видный немецкий физиолог Гейденгайн, но только на основании опытов на холоднокровных животных.
Впоследствии Павлов неоднократно возвращался к теме о центробежных нервах сердца и выполнял ряд новых капитальных исследований на эту тему. Особенно привлекал внимание Павлова все тот же обнаруженный им усиливающий нерв сердца. Тщательные исследования привели его к совершенно новому и принципиально важному выводу: усиливающие нервы увеличивают сокращение сердца путем прямого повышения всех жизненных свойств сердечных мышц.; «Выражаясь фактически,— писал он,— мы должны характеризовать наш усиливающий нерв как такой, который повышает вообще все жизненные свойства желудочного мускула» [12 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. I, стр. 275]. Он считал, что при этом мускул становится «и более возбудимым и более проводимым».
Так был заложен фундамент его будущего оригинального и стройного учения о существовании особого вида нервного влияния на ткани, о нервной регуляции трофики (питания) тканей и органов, о влиянии, совершенно отличном от ранее известных науке других видов влияния нервов на органы (побуждение к деятельности и регуляции кровоснабжения). Это учение, основанное на ценнейших фактах из раннего периода научной работы Павлова, а также на накопленных в следующие годы новых данных, в законченном виде было изложено ученым в специальном докладе (1920 г.) и является одним из наиболее выдающихся достижений нашей отечественной научной мысли. «Таким образом, по нашему представлению, каждый орган находился бы под тройным нервным контролем: нервов функциональных, вызывающих или прерывающих его функциональную деятельность (сокращение мускула, секрецию железы и т. д.); нервов сосудистых, регулирующих грубую доставку химического материала (и отвод отбросов) в виде большего или меньшего притока крови к органу, и, наконец, нервов трофических, определяющих в интересах организма как целого точный размер окончательной утилизации этого материала каждым органом. Этот тройной контроль мы имеем доказанным на сердце» [13 Там же, стр. 406.]. Далее Павлов считал, что по распространенному в организме принципу трофические нервы регулируют «химический жизненный процесс в тканях организма в двух противоположных направлениях, одни нервы усиливают этот процесс и тем поднимают жизненность ткани, другие ослабляют его и при чрезвычайном их раздражении лишают ткань способности сопротивляться разрушительным, постоянно внутри и вне организма действующим влиянием всякого рода» [14 Там же, стр. 403.].
Многие советские физиологи и клиницисты исходят в своей работе из этого учения и по-разному развивают его. В частности, оно стало основой двух весьма ценных и оригинальных направлений, развитых учениками Павлова: в физиологии — Л. А. Орбели, в патологии — А. Д. Сперанским, о которых речь будет ниже.
Из работ Павлова по физиологии кровообращения заслуживает внимания еще одна работа методического характера, являющаяся яркой иллюстрацией его новаторской мысли и мощного творческого потенциала.
В физиологии, а также в других отраслях экспериментальной медицины и биологии ощущалась острая необходимость разработать методику изолирования бьющегося сердца млекопитающего для решения ряда важных вопросов. К 90-м годам XIX в. над этим вопросом работали многие выдающиеся ученые, но безуспешно. Взялся за выполнение этой задачи и Павлов — и решил ее блестяще, к тому же в нескольких вариантах. Суть этой остроумной методики изолирования функционирующего сердца млекопитающего, разработанной и опубликованной в 1888 г., сводится к тому, что большой круг кровообращения заменяется искусственной системой труб, а аэрация циркулирующей дефибринированной крови осуществляется благодаря полному или частичному сохранению малого круга кровообращения по легким. Следует отметить, что известный в настоящее время метод полной изоляции функционирующего сердца млекопитающего был предложен О. Лангендорфом лишь в 1895 г. Далее, хотя английский физиолог Е. Старлинг спустя примерно 10 лет после Павлова разработал свою несколько более совершенную методику изолирования функционирующего сердца, весьма близкую в принципе к павловской по замыслу и техническим деталям, многие ученые приписывают приоритет и честь этого открытия все же не Павлову и даже не Павлову и Старлингу вместе, а только Старлингу.
Весьма ценна и другая работа Павлова, имеющая также методический характер и также выполненная в этот период: устройство, дающее возможность исследовать изменение периферического кровообращения на отдельных органах — конечностях, легких, сердце' и т. п. Позже знаменитый фармаколог Н. П. Кравков довел эту работу до виртуозного совершенства.
К указанному периоду научной деятельности Павлова относится еще одно выдающееся его открытие, предвосхитившее на десятилетия исследования других ученых и свидетельствующее о его тонкой наблюдательности и высоком даре научного предвидения. Острый взор Павлова уловил один любопытный факт: кровь в сердечно-сосудистом препарате долго не свертывается, несмотря на то, что проходит при этом через систему стеклянных и резиновых труб, обычно способствующих быстрому ее свертыванию. Когда же он выключал кровообращение через легкие, кровь быстро сворачивалась. На основании этих данных Павлов еще в 1887 г. сделал вывод, что в кровь при протекании через легкие поступает какое-то противосвертывающее вещество. Много лет спустя открытие Павлова блестяще подтвердилось: первоначально из печени, а в последующем и из легочной ткани было выделено сильное противосвертывающее вещество — гепарин, которое широко применяется в медицинской практике.