आपण श्वास घेतो म्हणजे नाकावाटे हवा आपल्या शरीरात घेतो आणि त्यातला ऑक्सिजन वापरतो आणि कार्बन डाय ऑक्साइड असलेली हवा बाहेर टाकतो,हे आज आपल्याला माहीत आहे.पण हे माहीत करून घ्यायला अक्षरशःशेकडो वर्षं संशोधन करावं लागलं आहे.पण गंमत म्हणजे त्या संशोधनापेक्षा त्याआधी श्वसनाबद्दल माणसाच्या काय काय भन्नाट कल्पना होत्या,त्या पाहिल्या की हसावं की रडावं तेच कळत नाही.माणूस श्वास का घेतो हे माणसाला फार पूर्वीपासून पडलेलं एक गूढ कोडंच होतं.श्वासाचा,हृदयाचा आणि आत्म्याचा काहीतरी संबंध आहे हे पुरातन इजिप्त आणि भारतातल्या आध्यात्मिक संस्कृतींमध्ये सांगितलं होतं.ग्रीकमध्ये होमरच्या काळात माणसाच्या आत साचे आणि थायमस असे दोन आत्मे असतात असं समजलं जायचं.
माणूस जन्मल्या जन्मल्या श्वास घेतो आणि मृत्यू झाला की श्वास घेत नाही यावरून एक जुनी ग्रीक कल्पना अशी होती,की पहिल्या श्वासाद्वारे माणूस आपल्या आत्म्यालाच आत घेतो आणि अखेरच्या श्वासासोबत बाहेर टाकतो.यालाच चिनी वैद्यकामध्ये की (qi), ग्रीक वैद्यकामध्ये न्यूमा (pnuema) आणि आयुर्वेदामध्ये 'प्राण' असं म्हटलेलं आहे.
हिप्पोक्रॅट्सनं (ख्रिस्तपूर्व ४६०-३७०) कॉसच्या बेटावर एक वैद्यक महाविद्यालय सुरू केलं होतं.तिथे तो विद्यार्थ्यांना इतर सगळ्याच रोगांबरोबर छातीचे रोग आणि आजार यांविषयी शिकवायचा.त्या वेळी रोग्याची तपासणी करताना तो त्याच्या छातीतून येणारा आवाज आणि छातीतून बाहेर पडलेला कफ यांचंही परीक्षण करायचा.पण गमतीचा भाग म्हणजे श्वसनाचा आणि फुफ्फुसांचा काही संबंध असेल असं त्याला वाटत नव्हतं !
एम्पेडोक्लेस (ख्रिस्तपूर्व ४९०-४३०) हा सिसिलीमधला डॉक्टर,तत्त्वज्ञ आणि कवी होता.त्याच्या मते जग हे माती,हवा,
पाणी आणि अग्नी या चार तत्त्वाचं बनलेलं असतं आणि प्रत्येक वस्तूला लहान लहान छिद्रं असतात.त्या छिद्रांतून ही चार तत्त्वं ये-जा करत असतात असं त्याचं मत होतं.या पदार्थांच्या हालचाली आकर्षण आणि प्रतिकर्षणामुळे होतात असंही त्यानं सांगितलं होतं.माणसाच्या त्वचेद्वारे श्वसन झाल्यामुळे हवा आणि इतर पदार्थांची देवाणघेवाण होते त्यामुळे त्वचेलगतचं रक्त थंड होतं,असं त्याचं मत होतं आणि तसंच नाकाद्वारे आत घेतलेली हवा शरीराच्या आतल्या अवयवांना थंड करते हेही त्यानं पुढे सांगितलं होतं.ॲकॅडमी ऑफ अथेन्सची उभारणी करणाऱ्या प्लेटोनं तर तीन आत्म्यांची कल्पना मांडली होती.पहिला आत्मा हा मेंदूत असतो.
हा आत्मा माणसाला सारासार विवेकबुद्धी देतो.दुसरा आत्मा हृदयात राहतो.तो श्वासापासून निर्माण झालेला असतो आणि तो माणसाला धैर्य देतो.तिसरा आत्मा शरीराच्या खालच्या भागात राहतो तो आहारापासून बनलेला असतो आणि त्याचं स्थान हे यकृतात (लिव्हरमध्ये) असतं.प्लेटोच्या मतानुसार शरीराच्या आतला अग्नी आतल्या गरम हवेला नाक आणि तोंडाद्वारे बाहेर सोडतो.त्या बाहेर सोडलेल्या हवेच्या दाबामुळे बाहेरची थंड हवा त्वचेद्वारे आत घेतली जाते.पुन्हा शरीराच्या आतल्या अग्नीमुळे आतली हवा गरम होते,ती बाहेर सोडली जाते आणि पुन्हा बाहेरची थंड हवा आत घेतली जाते आणि हे चक्र असंच चालू राहतं.प्लेटो आणि इतर वैज्ञानिक माणूस त्वचेद्वारे श्वसन करतो असं म्हणत होते,कारण त्यांनी पूर्वीच जलचर प्राण्यांना त्वचेद्वारे श्वसन करतात हे पाहिलेलं असल्यामुळे माणूसही त्वचेनंच श्वसन करतो हे गृहीतच धरलं होतं.पण अजूनही माणूस श्वसन नेमकं का करतो हे कुणाला कळलेलंच नव्हतं.
प्लेटोचा शिष्य आणि अलेक्झांडरचा गुरू ॲरिस्टॉटल (ख्रिस्तपूर्व ३८४-३२२) यानं हृदयात उष्णता निर्माण होते असं मानलं होतं.त्या काळी माणसाचं विच्छेदन (डिसेक्शन) करायला बंदी होती, पण फक्त प्राण्यांचं विच्छेदन आणि निरीक्षण करून त्यानं हृदयाला डावा आणि उजवा असे दोन भाग असतात असं सांगितलं होतं.त्या वेळी फक्त हवा आत जाते आणि हवाच बाहेर पडते असाच समज होता. अर्थात,ते योग्यही होतं,कारण हवेत नेमके काय घटक असतात हे त्या काळी माहीतच नव्हतं.त्यामुळे हवाही शरीरातली उष्णता कमी करायलाच वापरली जाते असा समज होता.गंमत म्हणजे,पण शरीरात इतकी उष्णता सतत तयार का होत असते ? आणि ती कमी करायची गरज का असते? हे मात्र कुठंही सांगितलेलं नाही! यात अजूनही काही समज होते. फुफ्फुसं जेव्हा थंड होतात,तेव्हा ते आकुंचित होतात आणि हवा बाहेर सोडतात.त्या हालचालीमुळेच छाती मागे-पुढे होत असते.त्या वेळी स्नायूही थंडीपासून आणि जखमेपासून संरक्षण करतात असा समज होता. स्नायूंचा फुफ्फुसाच्या किंवा इतर कोणत्याही हालचालींशी काही संबंध असतो हे त्या काळी माहीतच नव्हतं.शेवटी अलेक्झांडरच्या राज्याचा अंत झाला. त्या काळानंतर अलेक्झांड्रिया हे प्रमुख सांस्कृतिक आणि व्यापारी केंद्र झालं होतं. त्याच दरम्यान ख्रिस्तपूर्व ३२२ अलेक्झांड्रियामध्ये एक विद्यापीठ स्थापन झालं. तिथं मात्र ॲनॅटॉमी आणि फिजिऑलॉजी यांची चांगलीच प्रगती झाली.याचं कारण त्या वेळी तिथं मृत आणि जिवंत अशा दोन्ही प्राण्यांची चिरफाड करून अभ्यास करायची परवानगी होती.त्यातून मेंदू हा मज्जासंस्थेचा मुख्य अवयव असतो आणि स्नायूंमुळे हालचाली शक्य होतात असं लक्षात आलं होतं.त्याच दरम्यान रक्तवाहिन्यांबद्दलही ज्ञान वाढायला लागलं होतं.त्या काळी रक्तवाहिन्यांमधल्या शिरा (veins) आणि धमन्या (arteries) यांचा काहीही संबंध नाही असं वाटत होतं.शिरा आणि धमन्या या कुठंही एकमेकींना जोडलेल्या नसून त्या मेंदूपासून निघून संपूर्ण शरीरभर पसरलेल्या आहेत असं वाटायचं. त्यांना सगळ्या शरीरातून हृदयाकडे अशुद्ध रक्त घेऊन जाणारी महत्त्वाची शिर (व्हेनाकॅव्हा) आणि हृदयाकडून शुद्ध रक्त सगळ्या अवयवांकडे घेऊन जाणारी महत्त्वाची धमनी (ॲओर्टा) याही सापडल्या होत्या.
त्या काळी यकृतात (लिव्हर) रक्त तयार होतं आणि ते मग संपूर्ण शरीरात पाठवलं जातं अशीही एक धारणा होती.हवा असलेलं रक्त हे गळा,फुफ्फुसं,हृदय आणि आर्टरीज या अवयवांत असतं असंही त्या काळी वाटत होतं.
ख्रिस्तपूर्व ३०० च्या दरम्यान अलेक्झांड्रिया स्कूल ऑफ ॲनॅटॉमी आणि मेडिसीनची घुरा हिरोफिलसच्या (Herophilus) (ख्रिस्तपूर्व ३३५ ते २८०) खांद्यावर आली.हृदयाला झडपा (व्हॉल्व्हज ऑफ हार्ट) असतात ते त्यानंच शोधून काढलं होतं. त्याच्या परीनं त्यानं हृदयाच्या झडपांचा आणि श्वसनाचा संबंध लावला होता.नाकाद्वारे आत घेतलेली हवा फुफ्फुसात येते आणि तिथून ती हृदयात येते आणि हृदयाद्वारे हवा सगळ्या अवयवांना पुरवली जाते असं त्याला वाटायचं.त्याचबरोबर ती हवा सगळ्या अवयवांकडून पुन्हा हृदयात येते,तिथून ती पुन्हा फुफ्फुसात येते आणि नाकावाटे बाहेर टाकली जाते. थोडक्यात,एकाच रस्त्यावरून दुहेरी वाहतूक चालू असते,असं त्याला वाटत होतं. फुफ्फुसातून हवा येते-जाते,
नाकातून ही हवा आत बाहेर होते,पण इथे गोची अशी होती,की हृदयाकडून इतर अवयवांकडे वाहणारं रक्त हे हृदयाच्या झडपा एकमार्गी असल्यामुळे इतर अवयवांकडून हृदयाकडे रक्त पुन्हा मागे कसं येत असेल हा प्रश्न त्याला सोडवता आला नाही.पण हा सगळा तर्क त्यानं त्या काळी कोणत्याही प्रगत तंत्राशिवाय लावला होता,त्यामुळे त्या काळीही मोठीच प्रगती म्हणावी लागेल.कारण किमान हवा असलेलं रक्त अवयवांकडे जातं आणि अवयवांकडून ते पुन्हा हृदयात येऊन त्यातून हवा बाहेर टाकली जाते इतकं तरी त्याला समजलं होतं.त्याच्या आधीचे लोक हे हृदय आणि हवा हे शरीर थंड करतात असं म्हणत होते,ही समजूत त्यानं खोडून काढली होती.त्याच्याच बरोबर काम करणाऱ्या आणि त्याच्यापेक्षा ३१ वर्षांनी लहान असणाऱ्या इरॅसिस्ट्रॅटस (Erasistratus) यानं डायफ्रेम हा स्नायूंचा पडदा श्वासोच्छ्वासाला कारणीभूत असतो असं सांगितलं.हे तर अरिस्टॉटलच्या अगदी विरुद्ध होतं.
इॉसिस्ट्रसनं हवेतून माणूस फक्त न्यूमा (pneuma) नावाचा हवेतला माणसाला आवश्यक असलेला घटक आत घेतो आणि आर्टरीजमध्ये फक्त हा न्यूमाच असतो, रक्त वगैरे काही नसतं असा काहीसा विचित्रच सिद्धान्त त्यानं मांडला होता.पण मग माणसाला इजा झाली की त्याच्या आर्टरीजमधून रक्त का येतं? असा प्रश्न विचारल्यावर लहान आर्टरीज लहान व्हेन्सला जोडलेल्या असतात आणि जखम झाली की त्यातून रक्त येतं असाही काहीसा विचित्र वाटणारा युक्तिवादही त्यानं मांडला होता.त्यात लहान आर्टरीज या कॅपिलरीजद्वारे लहान व्हेन्सला जोडलेल्या असतात हे आता आपल्याला माहीत आहे.त्यामुळे हे काही प्रमाणात बरोबर होतं.तर आर्टरीला जखम झाली तरी व्हेनमधून रक्त येतं हे त्याचं विधान मात्र चुकीचं होतं. कधीकधी चुकून बरोबर उत्तर यावं तसं अनेक चुकीच्या तर्कामधून तो कधीकधी बरोबर निष्कर्षही काढत होता असं यावरून दिसतं.
त्यानंतर अलेक्झांड्रियामध्ये चाललेल्या या मेडिसीनच्या नाट्यामध्ये गेलनचं आगमन झालं.गेलनचा जन्म इ. स. १२९ मध्ये पार्गेमॉन (Pergamon) या ग्रीक शहरात झाला.
अलेक्झांड्रियामध्ये त्यानं तत्त्वज्ञान आणि वैद्यकशास्त्र यांचा अभ्यास केला.नंतर रोमचा राज्यकर्ता मार्कस् ऑरेलियस यानं बोलावल्यावर त्यानं तिथं आपली वैद्यकशास्त्राची प्रॅक्टिस केली.त्या काळी माणसांचं शवविच्छेदन (डिसेक्शन) करायला बंदी होती. त्यामुळे त्यानं प्राण्यांवरच अनेक प्रयोग केले आणि प्राण्यांचं डिसेक्शनही केलं.त्यातून केलेली निरीक्षणं त्यानं लिहून ठेवली आहेत.त्या काळी त्याचं काम त्या काळाच्या बरंच पुढारलेलं असल्यामुळे गेलनला अनेक शत्रूही निर्माण झाले.हा अभ्यास करताना गेलननं श्वसननलिकेचं आणि छातीमधल्या डायक्रॅमच्या स्नायूंचं व्यवस्थित वर्णन करून ठेवलं आहे.विशेष म्हणजे त्याच वेळी त्यानं गळ्यात उगम पावून फुफ्फुस आणि हृदयाकडे जाणाऱ्या फ्रेनिक नर्व्ह चंही छान वर्णन करून ठेवलं आहे.त्या काळी हे करणं म्हणजे खरंच खूप मोठं काम होतं.फ्रेन या ग्रीक शब्दावरून या नर्व्हला 'फ्रेनिक नर्व्ह' असं नाव मिळालं आहे.फ्रेन म्हणजे डायफ्रेंम.हे पटवून देताना त्यानं प्रेक्षकांसमोर जिवंत डुकराचं डिसेक्शन (विच्छेदन) केलं होतं.
गेलननं आधीचीच इरॅसिस्ट्रसची डबल व्हॅस्क्युलर सिस्टिम म्हणजेच धमन्या (आर्टरीज) आणि शिरा (व्हेन्स) असलेली सिस्टिम मान्य केली होती.पण इरॅसिस्ट्रसच्या विरुद्ध आर्टरीजमध्ये सुद्धा रक्त असतं असं गेलनच्या लक्षात आलं होतं.
गेलन रोममध्ये वारला.गेलननं केलेल्या कामावर पुढे हजार वर्ष काही संशोधनच झालं नाही.मध्ययुगापर्यंत माणसाच्या शरीराचं विच्छेदन (डिसेक्शन) करायला मान्यता नव्हती.त्यामुळे गेलनचं लिखाण पुढची अनेक वर्षं त्यात काहीही बदल न होतात तसच सगळ्या जगभर पसरत राहिलं.१३ व्या शतकाच्या शेवटी शेवटी युरोपमधल्या विद्यापीठांमध्ये माणसाच्या शरीराचं डिसेक्शन करायला परवानगी मिळाली.त्यानंतरच शरीरविज्ञानाची खरी प्रगती झाली. १२४३ मध्ये अरब वैज्ञानिक इब्न अल् नफिस यानं पल्मनरी सर्क्युलेशनचा शोध लावला होता.पल्मनरी सर्क्युलेशन म्हणजे हृदयाकडून अशुद्ध रक्त फुफ्फुसाकडे येतं आणि फुफ्फुसात ते शुद्ध होऊन पुन्हा हृदयाकडे पाठवलं जाणं.पण रक्त नेमकं शुद्ध कसं होतं हे मात्र त्याला सांगता आलं नव्हतं. पंधराव्या शतकात लिओनार्डो दा विंची यानं फुफ्फुसांना झाडाच्या फांद्यांची उपमा देऊन त्यांचं तपशीलवार चित्र काढलं होतं.त्यात त्यानं फुफ्फुसाचं आणि त्याच्या स्नायूंचंही चित्र काढलं होतं.माणसाचा आवाजही गळ्यातल्या स्नायूंच्या आकुंचन- प्रसरणानं निर्माण होतो हे त्याच्या लक्षात आलं होतं.
१६२८ साली विल्यम हार्वेनं रक्ताभिसरणाविषयी सिद्धान्त आधीच मांडून ठेवले होते.माल्पिघी त्यामुळे भारावून गेला होता.पण हार्वेच्या थिअरीमध्ये एक मोठी उणीव अजून राहिली होती.धमन्यातून (आर्टरीज) शुद्ध रक्त वाहतं,नंतर ते रक्त अशुद्ध होतं आणि मग ते शिरांतून (व्हेन्स) वाहायला लागतं,हे त्यानं सांगितलं होतं.पण हे रक्त धमन्यांतून शिरांमध्ये कसं जातं? थोडक्यात,धमन्या आणि शिरा यांना कोण जोडतं? हा प्रश्न अजून सुटायचाच होता. इ.स.१६६० ते १६६१ च्या दरम्यान माल्पिधीनं सूक्ष्मदर्शकांखाली निरीक्षणं करून कॅपिलरीज म्हणजे केशवाहिन्यांचा शोध लावला आणि हे कोडं सोडवलं.
सजीव,अच्चुत गोडबोले, अमृता देशपांडे,मधुश्री पब्लिकेशन
माल्पिघीनं त्या काळी नव्यानंच शोध लागलेल्या कंपाऊंड मायक्रोस्कोपनं पल्मनरी अल्व्हीओलाय म्हणजे वायुकोश (फुफ्फुसातल्या हवेच्या लहान लहान पिशव्या) शोधून काढल्या.त्याचं त्यानं झकास वर्णन करून ठेवलं आहे.
माल्पिघीला अल्व्हीओलाय आणि कॅपिलरीज यांची रचना जरी मायक्रोस्कोपच्या साहाय्यानं कळली असली तरी त्यांचं नेमकं कार्य समजलं नव्हतं.यामुळे रक्तात ऑक्सिजन कसा मिसळला जातो हे त्याला समजलेलं नव्हतं.
सतराव्या शतकात वैज्ञानिकांना माणसाच्या शरीरात श्वसन आणि रक्ताभिसरण कसं होतं हे समजलं होतं, पण या गोष्टी नेमक्या का होतात याचं कोडं मात्र सुटलं नव्हतं.याचं कारण त्या काळी लोकांना हवेत वेगवेगळे वायू असतात हेच माहीत नव्हतं,त्यामुळे माणूस फक्त हवा आत घेतो आणि हवाच बाहेर सोडतो असं वाटणं साहजिकच होतं.आणि असं असेल तर मग हा उपद्व्याप करायचा तरी कशाला? असं वाटणं त्या काळी साहजिकच होतं.पण मेलेला माणूस श्वासोच्छ्वास करून हवा आतबाहेर करत नाही आणि काही कारणांनी श्वास कोंडला की माणूस मरतो हे त्यांनी पाहिलं होतं.त्यामुळे जिवंत राहण्यासाठी हवा अत्यंत गरजेची असावी हेही त्यांना कळत होतं.मग ही हवा आत घेणं ठीक होतं,पण मग तीच हवा माणूस बाहेर का सोडतो ? की माणूस हवेतले काही नेमके घटक आत घेतो आणि नको असलेले बाहेर टाकतो ?
आणि मग या प्रश्नांची उत्तरं शोधण्यासाठी वैज्ञानिक हवेतल्या वेगवेगळ्या घटकांचा शोध घ्यायला लागले.
१६४४ मध्ये इव्हांगुलिस्ता टोरिसेली (Evangelista Torricelli) यानं पहिल्यांदाच पाऱ्याचा बॅरोमीटर तयार केला.त्यामुळे चक्क पहिल्यांदाच हवेलाही वजन असतं आणि आपण हवेचं वजन मोजू शकतो हे माणसाच्या लक्षात आलं.
आपले हे निष्कर्ष त्यानं आपण हवेच्या समुद्राच्या तळाशी चक्क पोहत असतो...अशा त-हेनं लिहून त्या काळी खळबळच माजवून दिली होती.
याच दरम्यान इंग्लंडमधल्या ऑक्सफर्डमध्ये दोन वेगवेगळ्या गटांनी एकत्र येऊन 'नवं प्रयोगात्मक तत्त्वज्ञान' (New Experimental Philosophy) निर्माण करायचं ठरवलं.
त्यातूनच मग १६६२ मध्ये 'रॉयल सोसायटी'ची स्थापना झाली.रॉयल सोसायटीमध्ये विज्ञानात होणाऱ्या नवनवीन शोधांना मान्यता दिली जायची,त्यावर चर्चा व्हायच्या आणि असं बरंच काही चालायचं.पण त्या काळी विज्ञान 'सायन्स' हा शब्द प्रचलित नसल्यामुळे विज्ञानालाही 'नॅचरल फिलॉसॉफी' म्हणजे 'नैसर्गिक तत्त्वज्ञान'च म्हटलं जाई. त्यामुळेच प्रयोगात्मक विज्ञानाला त्यांनी प्रयोगात्मक तत्त्वज्ञान म्हटलं होतं.
पुढे रॉबर्ट बॉइलनं (१६२७-१६९१) हवेचा पंप तयार केला.तो वापरून त्यानं अनेक प्रयोग केले.त्यातच एका प्रयोगात त्यानं एका खोलीतली सगळी हवाही काढून घेतली.त्यामुळे तिथं जळत असलेला दिवाही विझतो असं त्याच्या लक्षात आलं.हाच प्रयोग त्यानं खोलीत जिवंत प्राणी ठेवूनही करून पाहिला.त्यातून हवा काढून घेतल्यावर जिवंत प्राणीही मरतो असं त्याच्या लक्षात आलं.या सगळ्या प्रयोगांवरून प्राण्यांना जगण्यासाठी आणि ज्वलनासाठीही हवा गरजेची असते असा निष्कर्ष त्यानं काढला.पण यापुढे त्यानं काहीच प्रयोग केले नाहीत.
त्यानंतर १६६० च्या दरम्यान रॉबर्ट हुकनं (१६३५-१७०३) एका कुत्र्यावर ओपन चेस्ट सर्जरी केली.त्यात त्यानं लोहाराच्या भात्यासारखा प्राण्याच्या शरीरात हवा भरायचा भाता वापरला होता.तो भाता त्यानं कुत्र्याच्या घशातल्या श्वसननलिकेला जोडला आणि त्यानं त्या कुत्र्याच्या फुफ्फुसाच्या आवरणावर (Pleura) अनेक छिद्रं केली आणि त्या भात्यातून त्यानं कुत्र्याच्या श्वसननलिकेत हवा भरली.त्यातून त्यानं रॉयल सोसायटीमध्ये हे दाखवून दिलं की फुफ्फुसातून जरी हवा जाऊ दिली तरी प्राणी मरत नाही.पण त्याला जर हवेचा पुरवठाच बंद झाला तर मात्र प्राणी मरतो.त्याच गटातल्या जॉन लॉक (John Locke १६३२-१७०४) नावाच्या दुसऱ्या एका वैज्ञानिकानं रक्तात हवा मिसळली गेली की ती जीवनासाठी जास्त उपयुक्त होत असावी असं एक गृहीतक मांडलं. रक्तातली हवा शरीरानं काढून घेतली आणि वापरली की ते रक्त पुन्हा फुफ्फुस आणि हृदयाकडे नवीन हवा भरून घेण्यासाठी पाठवलं जातं हेही त्याच्या लक्षात आलं होतं.पण गंमत बघा! त्यातूनच रक्तामध्ये हवा फुफ्फुसामध्ये मिसळली जाते या निष्कर्षापर्यंत आला असतानाही पुढे संशोधन करायचं सोडून तो वैद्यकीय सेवेकडे वळला.( उर्वरित भाग पुढील लेखामध्ये )