Dr hab. n. hum. Ryszard W. Gryglewski

Krew jest jedną z najbardziej oczywistych manifestacji życia. Nie dziwi zatem, że zajmowała i nadal zajmuje tak istotne miejsce w ludzkiej kulturze. Jej znaczenie rytualne i magiczne zostało dobrze udokumentowane w narracji mitologicznej i przestrzeni rytualnej, jest stale obecna w wierzeniach religijnych. Budząca zarówno ciekawość, jak i obawy, łatwo poddawała się symbolicznemu obrazowaniu, przenikając głęboko nasze rozumienie i czucie świata. Nie mogło jej zabraknąć u samych początków sztuki leczenia.

W oczekiwaniu na mikroskop

Ryc. 1. William Harvey, który stwierdził, że krew krąży w układzie zamkniętym.

O krwi po raz pierwszy rozumianej jako pozbawionej supranaturalnych cech cieczy mówił Hipokrates. Wymieniał ją wśród czterech płynów (humorów) odpowiedzialnych za stan organizmów. Zachowanie odpowiednich proporcji w ich stałej równowadze (eukrazja) skutkowało stanem zdrowia, zachwianie proporcjami (dyskrazja) prowadziło do schorzeń. Cztery hipokratejskie płyny to: sanguina, phlegma, chole i melachole. Teoria humoralna, jak zwykliśmy ją określać, stała się punktem wyjścia rozważań dla pokoleń lekarskich, kształtując zdecydowaną większość teorii w polu fizjologii i patologii na przestrzeni kolejnych stuleci. Inspirowała jednego z największych lekarzy starożytności Galena, dla którego życie jest zależne od dwóch, dzisiaj powiedzielibyśmy, układów: krwionośnego i oddechowego. Zarówno mechanizm powstawania i przepływu krwi, jak i mechanika oddychania stanowiły istotną część jego wykładu medycyny. Wedle niego boski pierwiastek – pneuma, który miał przemieszczać się tętnicami i aortą, mieszał się z krwią, „poruszając” szereg istotnych sił życiowych, w tym spiritus vitalis.

Ryc. 2. Antoni van Leeuwenhoek zwany królem mikroskopu.

Musiało minąć 14 wieków, nim w 1628 roku William Harvey (ryc. 1) przedstawił światu śmiałą hipotezę, że krew krąży w układzie zamkniętym. Poparł ją następnie eksperymentem. Wyniki swoich obserwacji przedstawił w krótkim traktacie „Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus”.

Ryc. 3. William Hewson – wyróżnił leukocyty i fibrynę.

Kilkanaście lat później, w 1642 roku, w holenderskim mieście Delft Antoni van Leeuwenhoek (ryc. 2) pod swojej konstrukcji mikroskopem dostrzegł, wyróżnił i opisał komórki krwi. Nazywany ojcem mikroskopii przez kilkadziesiąt lat regularnie dokumentował wyniki swoich obserwacji, wysyłając w sumie ok. 190 listów do Royal Society w Londynie, w których prezentował odkrywany przez siebie świat mikrokosmosu. Ciecz, którą od czasów Hipokratesa postrzegano jako mniej więcej jednorodną i opisywano zgodnie z prawami hydrauliki, zaczęła stopniowo ukazywać nowe, nieznane dotąd oblicze.

Musiało jednak minąć z górą sto lat, by ok. roku 1770 angielski lekarz i przyrodnik William Hewson (ryc. 3), dysponując ulepszonym mikroskopem, podjął się badania składu krwi, wyróżniając wówczas m.in. leukocyty oraz fibrynę. Skorygował również wcześniejsze ustalenia Leeuwenhoeka, wskazując, że w istocie erytrocyty mają kształt zbliżony do dysków, a nie sferyczny, jak twierdził holenderski badacz. Wykazał też, że istnieje wyodrębniona ściana komórkowa, co jednak zostało wówczas zignorowane.

Klucz do diagnostyki

Ryc. 4. Felix Hoppe-Seyler, który wprowadził termin „hemoglobina”.

Tymczasem wzrastające pod wpływem odkryć wybitnych uczonych – Lavoisiera i Newtona – chemia i fizyka dogłębnie przekształciły przyrodoznawstwo, wskazując na eksperyment jako metodę, a na matematykę jako podstawowy język opisu. I to właśnie wiek XVIII przyniósł ze sobą pierwsze doniesienia, że w istocie kolor krwi zależny jest od obecności w niej żelaza. Musiało jednak upłynąć sporo czasu, nim w 1840 roku dość przypadkowo Friedrich Ludwig Hünefeld po raz pierwszy uzyskał kryształy z zaschniętej próbki krwi, a w 1851 roku Otto Funke zaprezentował pierwszą laboratoryjną metodę ich pozyskiwania. Warto w tym miejscu przypomnieć, że w 1853 roku polski anatom Ludwik Karol Teichmann opracował oryginalną i znacznie efektywniejszą niż Funke metodę pozyskiwania heminy w postaci krystalicznej (chlorheminy). Kryształy, nazywane niekiedy na cześć odkrywcy, kryształami Teichmanna, stanowiły milowy krok w badaniach nad strukturą krwi. Jego ścieżką podążały badania znakomitego niemieckiego badacza Felixa Hoppe-Seylera (ryc. 4), którego nazywa się ojcem nowoczesnej biochemii. To właśnie on miał w 1864 roku wprowadzić do terminologii naukowej termin „hemoglobina”, udowadniając równocześnie, że to właśnie w niej obecne jest żelazo. U progu lat 70. XIX wieku Claude Bernard postawił hipotezę, że erytrocyty są odpowiedzialne za transport tlenu i że proces ów odbywa się na drodze reakcji chemicznej. Nie mógł jednak tego w ostateczny sposób udowodnić. Dokonali tego dopiero w 1904 roku Christian Bohr, Karl Hasselbalch i August Krogh, którzy na drodze szczegółowych badań analitycznych opisali oksyhemoglobinę – postać hemoglobiny połączonej z tlenem.

Ryc. 5. Edmund Biernacki, czyli skąd się wziął odczyn Biernackiego.

Ostatnia dekada XIX wieku przyniosła dalsze sukcesy na polu badań nad heminą. Ostatecznie to prace dwóch polskich uczonych – Leona Marchlewskiego i Marcelego Nenckiego doprowadziły do poznania chemicznej struktury heminy i wskazania na jej bliskie pokrewieństwo z pochodnymi chlorofilu. Marceli Nencki wraz ze swoim uczniem i współpracownikiem Janem Zaleskim dostarczyli ostatecznych dowodów na to, że cząsteczka heminy to w istocie żelazo otoczone pierścieniami pirolu. Wydawało się, iż jesteśmy coraz bliżej poznania chemicznej budowy krwi i jej biologicznej funkcji w życiu organizmów.

Także na polu nauk klinicznych potwierdzało się wyrażone jeszcze na przełomie XVIII i XIX stulecia przekonanie, że kluczem do nowoczesnej diagnostyki schorzeń są w istocie badania krwi. Wybitny internista Edmund Biernacki (ryc. 5) jako pierwszy opisał znaczenie zjawiska samoistnej sedymentacji krwi dla diagnostyki klinicznej. W 1897 roku zaobserwował, że szybkość opadania krwinek jest zmienna w zależności od różnych schorzeń i zaburzeń metabolicznych. W 20 lat później Robin Fåhræus powtórzył w nieco zmienionej formie doświadczenia polskiego lekarza. W 1921 wraz z Alfem Westergrenem stworzyli praktyczny model dla badania prędkości opadania erytrocytów (ESR).

Przedstawienie pełnej struktury

To, co jednak intrygowało wielu, a na co pomimo licznych starań nie znaleziono zadowalającej odpowiedzi, zawierało się w pytaniach, czym w istocie jest hemoglobina i jaką pełni funkcję. Nie ulegało też wątpliwości, że tylko przedstawienie pełnej jej struktury otworzy drogę do pełnego zrozumienia jej miejsca w świecie przyrody. To jednak okazało się zadaniem nader trudnym.

W 1935 roku Linus Pauling zainteresował się bliżej hemoglobiną, którą badał pod względem strukturalnego układu heminy, stawiając sobie pytanie o faktyczny charakter relacji wzajemnego oddziaływania czterech atomów żelaza na mechanizm łączenia i uwalniania cząsteczki tlenu. Współpracując z Charlesem D. Coryellem, zbadał powyższy mechanizm, wykazując, że w hemoglobinie występują niesparowane elektrony. Uczeni stwierdzili również, że w kontakcie z tlenem lub dwutlenkiem węgla układ atomów żelaza i właściwości magnetyczne hemoglobiny podlegają poważnym zmianom. Linus Pauling w dalszych badaniach w latach 40. wykazywał dużą plastyczność cząsteczki hemoglobiny pod wpływem czynników zewnętrznych, w tym także patologicznych. Prowadziło to w efekcie do wyodrębnienia w kolejnych latach szeregu „mutacji” hemoglobiny w różnych zmianach chorobowych.