Открытие началось с эксперимента молодого немецкого врача Вернера Теодора Отто Форсмана. До 1929 года считалось, что введение катетера в сердце вызовет его остановку, поэтому экспериментов в этой области проводилось очень мало и ставились они в основном на кадаврах, то есть трупах. Вернер решил доказать безопасность этого метода. В Эберсвальдской хирургической клинике недалеко от Берлина он провел серию экспериментов, чтобы с помощью катетеризации изучить анатомические и функциональные особенности человеческого сердца при его заболеваниях. В качестве подопытного выступал сам Форсман. Он уговорил одного из сотрудников клиники помочь провести эту процедуру. Тот ввел трубку длиной примерно 65 см и диаметром 1 мм в локтевую вену Форсмана, но когда начал продвигать катетер к сердцу, испугался за жизнь Вернера и прекратил опыт. Однако ученый не сдался.
Через неделю он повторил попытку катетеризации собственного сердца уже с помощью одной только медсестры. Проведя местное обезболивание, Форсман сделал на руке разрез, обнажил вену, ввел в нее катетер и стал продвигать его, пока тот не вошел в правое предсердие. Процедура проходила под контролем рентгена, и роль медсестры заключалась в том, что она держала перед экраном рентгеновского аппарата зеркало, повернув его к Форсману, чтобы он видел движение катетера. Опыт завершился, когда ученый убедился, что кончик трубки достиг сердца. Впоследствии Вернер проделал еще девять аналогичных катетеризаций. В двух случаях он вводил в кровь контрастное вещество, что позволило ему сделать детальные рентгеновские снимки сердца. Впоследствии эти снимки подтвердили открытие ученого.
Итак, рискованным экспериментом на самом себе Вернер Форсман показал, что возможно прямое измерение давления в правом желудочке при помощи введения катетера через локтевую вену. Это открытие имело огромное значение для изучения патологических изменений в системе кровообращения, которые практически не могли быть воспроизведены в экспериментах на животных. Это также открыло возможности для рентгенологического исследования правой стороны сердца и легочных сосудов с помощью введения в эти органы контрастных веществ.
Что произошло в жизни Вернера Форсмана после того, как он сообщил о результатах своих исследований на XXV конференции Германского хирургического общества в апреле 1931 года? Услышал ли он аплодисменты, получил ли заслуженное признание? А может, ему предложили продолжить эксперименты, дали дополнительное финансирование и престижную должность в Эберсвальдской клинике? Нет, авторитеты немецкой медицины не оценили важность открытия Вернера.
Спустя год один из основоположников немецкой торакальной хирургии Фердинанд Зауэрбрух принял молодого ученого на работу в берлинскую больницу Шарите. Но тут одна из газет опубликовала сенсационное сообщение о тех самых опытах в Эберсвальдской клинике. На Форсмана обрушился шквал критики со стороны коллег, а Зауэрбрух назвал его шарлатаном и уволил. Ни в Германии, ни вообще в Европе Вернер не нашел поддержки и понимания медицинского сообщества. Ученый был настолько подавлен случившимся, что решил не продолжать исследований.
Примерно в это же время в Нью-Йорке физиолог Андре Курнан и кардиолог Дикинсон Ричардс проводили измерения параметров кровообращения в различных патологических условиях. Узнав об эксперименте Форсмана, они решили разработать аналогичный метод для измерения давления крови в полостях сердца и легочного кровотока. В 1930 году они начали серию экспериментов, направленных на развитие метода катетеризации сердца, предложенного Форсманом, и к 1936 году осуществили эту манипуляцию на собаках и шимпанзе в кардиопульмонологической лаборатории в Бельвю. Ученым надо было решить две проблемы. C одной стороны, катетер должен был быть достаточно жестким, чтобы точно передавать пульсовое давление через столб жидкости высотой 122 см, а с другой — достаточно подвижным, чтобы безопасно продвигаться по сосудам и полостям сердца, не повреждая их. Первые катетеры — с внутренним диаметром чуть больше миллиметра — были сделаны из ткани, пропитанной пластиком. Катетер заполнялся физиологическим раствором, а его наружный конец прикреплялся к манометру — прибору, используемому для измерения кровяного давления.
Прошло еще пять лет, и в 1941 году Курнан с Ричардсом и коллегами произвел первую со времени эксперимента Форсмана катетеризацию сердца. Они обнаружили, что катетеры можно оставлять в кровеносном русле до семи часов, и при этом не образуются тромбы, не появляются другие проблемы: тем самым была подтверждена относительная безопасность процедуры. Катетеризация позволяла измерять содержание кислорода, углекислого газа и сердечный выброс — объем крови, выбрасываемый каждым желудочком за определенное время. Кроме того, исследователи получили возможность измерять общий объем крови, а также кровяное давление в правом предсердии, правом желудочке и легочной артерии. Такая информация позволила врачам рассчитывать скорость легочного кровотока. В метод Форсмана было внесено несколько незначительных улучшений, но главным во всей этой истории было то, что солидная исследовательская группа, работавшая в уважаемой клинике, признала открытие немецкого ученого. В 1941 году Курнан, Ричардс и их команда опубликовали отчет о катетеризации сердца человека, и метод начал свое триумфальное шествие в мире клинической медицины. Впрочем, еще в конце 1940-х годов катетеризацию сердца уже использовали в нескольких академических медицинских центрах США.
Во время Второй мировой войны катетеризация сердца помогла решить серьезную проблему вторичного раневого шока — так называют состояние, когда через несколько часов после тяжелой травмы у раненого вдруг проявлялся недостаток кровообращения. Курнан, Ричардс и их коллеги показали, что его причина — значительное уменьшение минутного объема вследствие уменьшения возврата крови к сердцу. Это может, в свою очередь, быть результатом кровопотери или недостаточного сокращения гладких мышц в стенках кровеносных сосудов. Открытие позволило уточнить методы лечения раневого шока: с помощью катетеризации сердца было установлено, что для его лечения надо использовать переливание цельной крови, а не плазмы, как думали ранее. Это помогло сохранить множество жизней.
В мирное время стали исследовать хронические заболевания сердца и легких. Дыхание и кровообращение тесно связаны. Уменьшение кровотока может привести к усилению дыхания, а патологические изменения в дыхательной системе оказывают влияние на сердце: например, при некоторых хронических заболеваниях легких увеличивается правый желудочек. Курнан пошел еще дальше в использовании метода катетеризации сердца — причем в буквальном смысле слова. Для исследований легких он провел катетер через правое предсердие и желудочек в легочную артерию, по которой кровь из сердца поступает в легкие. В результате впервые было произведено прямое измерение давления в легочной артерии и сделано заключение о взаимосвязи между содержанием кислорода в крови и давлением крови в легочной артерии. Стало ясно, что определенные хронические заболевания легких — например, эмфизема — приводят к недостатку кислорода в организме (гипоксии) и вызывают высокое давление крови в малом круге кровообращения. При этом после экспериментального исследования нескольких возможных механизмов было выявлено, что мелкие артериолы малого круга кровообращения реагируют непосредственно на содержание кислорода в крови. При низком содержании кислорода мышцы стенок этих артерий сокращаются и давление крови увеличивается.
