ANDREW FIELDING HUXLEY (1917)

V roce 1962 se o Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu podělili tři neurofyziologové – Australan John Carew Eccles a Britové Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Fielding Huxley.

Narodil se 22. listopadu 1917 v severolondýnském Hampsteadu v rodině, kterou proslavil už děd Thomas Henry Huxley (1825–1895) – zoolog, srovnávací anatom a paleontolog, původce slova „agnostik“, jímž vystihoval sebe sama, autor hypotézy vývoje ptáků z dinosaurů, rozhodný stoupenec evoluční teorie Charlese Darwina („Darwinův buldok“) a iniciátor zavedení výuky fyziologie v Cambridgi i zřízení řádné profesury fyziologie v londýnské University College. Otec Leonard Huxley (1860–1933), latinář a řečtinář na univerzitě v St. Andrews a v Charterhouse School, později životopisec a editor literárního časopisu Cornhill, měl s první manželkou Julií Frances Arnoldovou (1862–1908) dva slavné syny: biologa, filozofa, zakladatele a prvního generálního ředitele UNESCO Juliana Sorella Huxleye (1887–1975) a spisovatele, autora prorockého románu Brave New World (česky Konec civilizace) Aldouse Leonarda Huxleye (1894–1963). S druhou manželkou Rosalind Bruceovou (1890–1994) měl pak syny Davida (1915–2001) a Andrewa.

Ten sdílel otcův vztah ke klasické filologii ještě na University College School (1925–1930), z následující Westminster School (1930–1935) si ale od výborného učitele J. S. Rudwicka odnesl zaujetí fyzikou a chtěl se stát inženýrem. V šestnácti letech otce ztratil, díky stipendiu však mohl v roce 1935 vstoupit do Trinity College v Cambridgi. Pro první dvouletí studia si zapsal fyziku, chemii a matematiku, předpis však žádal třetí pokusnou vědu, a tak si na radu studenta Benedicta Delisle Burnse, kamaráda z Hampsteadu, připsal Andrew fyziologii a nelitoval: V podání Williama Rushtona, Jacka Roughtona a Glenna Millikana mu ostatní přírodní vědy zastínila tak, že ve třetím ročníku si ji zapsal místo fyziky. Laureát Nobelovy ceny Edgar Douglas Adrian mu doporučil vystudovat medicínu, protože univerzitní místa na fyziologii byla obsazována lékaři. Akademický rok 1937/38 strávil tedy Andrew v pitevně, rok 1938/39 studiem fyziologie. V létě 1939 dostal nabídku výzkumné asistentury od cytologa Nevilla Willmera, dal však přednost věkově bližšímu neurofyziologu Alanu Lloydu Hodgkinovi, v jehož výzkumu nervového vedení mohl uplatnit znalosti fyziky.  

S Alanem pak měřil zevní elektrické změny na krabích axonech ponořených v oleji. Měření ukazovala akční potenciál překvapivě mnohem vyšší než klidový. Pak se Hodgkin na léto přestěhoval za pokusnými živočichy do Mořské biologické stanice v Plymouthu. Andrew za ním na začátku srpna přijel zjišťovat vazkost axoplazmy měřením rychlosti klesání kapiček rtuti v osovém válci zavěšeného obrovského axonu olihně, ale pokoušel se marně, čímž objevil, že axoplazma má pevné skupenství (je to gel) a kapalní až následkem poranění. V náhradu za nesplnitelný úkol navrhl Hodgkinovi, že by mohli do téhož axonu podélně zasunout mikrokapiláru s drátěnou elektrodou a měřit rozdíly potenciálů na obou površích jeho membrány. Hodgkin souhlasil. Zpočátku se jim nedařilo udržet směr a rychle končili s hrotem kapiláry v membráně, přidáním dvou zrcátek však Huxley problém odstranil. Měření potvrdilo klidový potenciál kolem 50 mV, kdežto akční téměř 100 mV. Huxley takto s Hodgkinem objevil, že akční potenciál nevrcholí pouhým vynulováním záporného vnitřního klidového potenciálu, nýbrž milisekundovým překmitem do kladných hodnot. 

Po třech týdnech se vrátili do Cambridge, kde chtěl Huxley před odchodem na klinická studia věnovat ještě pár let výzkumu. Dva dny nato vpadl wehrmacht do Polska, za další dva dny vyhlásilo Spojené království Německu válku. Andrew s Alanem stihli o svém objevu podat stručnou zprávu (Action Potentials Recorded from Inside a Nerve Fibre. Nature 1939; 144: 710–711; s Hodgkinem), poněkud delší verzi později Huxley v Trinity College podle mírných válečných měřítek uplatnil jako dizertaci, ale velký článek už Hodgkin za své služby v leteckém středisku Farnborough dopsat nedokázal a Huxley místo dalšího výzkumu strávil první půlrok války v Addenbrookeově nemocnici, z toho první tři měsíce jako pokusná osoba k ověřování zdravotních důsledků přísného přídělu základních potravin obyvatelstvu. Pak v nemocnici londýnské University College v zaujetí klinickým výcvikem na návrat do laboratoře zapomínal, na konci září 1940 však na Londýn dopadly první bomby a Huxley byl povolán do válečného výzkumu pro protiletadlové, od roku 1942 námořní dělostřelectvo, odkud až na sklonku války mohl navštěvovat Hodgkina, dopisujícího v Malvernu předválečný článek (Resting and Action Potentials in Single Nerve Fibres. J Physiol 1945; 104: 176–195; s Hodgkinem). Mezitím v roce 1941 získal magisterský titul a v Trinity College byl přijat jako výzkumník, nastoupit a podílet se i na výuce fyziologie jako demonstrátor mohl však až po skončení práce pro Admiralitu na počátku roku 1946.

V předešlém říjnu přednášel v Královské společnosti August Krogh o tom, že pomocí radioaktivních indikátorů zjistil nedokonalou neprůchodnost buněčných membrán pro sodíkové ionty, a Huxley začal uvažovat, že právě vstup těchto iontů by mohl působit překmit akčního potenciálu: Jeho propočty na počítači s klikou Brunsviga nasvědčovaly vzestupu permeability pro ionty sodíku či pro nějaký vnitřní anion jako nejpravděpodobnější příčině překmitu. Tato „sodíková teorie“ ovládla jeho i Hodgkinovy úvahy při studiu nepřímé metody měření úniku draslíku z aktivního nervového vlákna (Potassium Leakage from an Active Nerve Fibre. J Physiol 1947; 106: 341–367; s Hodgkinem). Chtěli teorii ověřit na obrovských axonech, ale olihně se v Británii vyskytovaly pouze v létě a jen kolem Plymouthu a tamní rozbombardovaná laboratoř byla dosud v troskách. Hodgkin s Bernardem Katzem z londýnské University College začali proto s pokusy až v létě 1947 a bez Andrewa, zaměstnaného sňatkem s Jocelyn Richendou Gammell Peaseovou (1925–2003), budoucí smírčí soudkyní a matkou jejich syna a pěti dcer. Téhož roku vynalezl George Marmont v americké mořské stanici Woods Hole metodu kontroly voltáže přes membránu axonu technikou „napěťového zámku“. Metody se ujal jeho kolega Kenneth Stewart Cole a své nepublikované výsledky svěřil na jaře 1948 Hodgkinovi spolu s domněnkou, že vnější proud má vztah k draslíku. V létě pak Hodgkin, Huxley a Katz zahájili v Plymouthu dlouhou řadu měření metodou „napěťového zámku“ a v létě 1949 ji první dva dokončili (Ionic Currents Underlying Activity in the Giant Axon of the Squid. Arch Sci Physiol 1949; 3: 129–150; s Hodgkinem a Katzem). Huxley pak v následujících dvou letech na základě poznatků o klidovém membránovém potenciálu, sodíko-draslíkové pumpě, sodíkových kanálech, depolarizaci, transpolarizaci, repolarizaci i hyperpolarizaci s Hodgkinem vytvořil iontovou teorii nervového vzruchu a zároveň vytvořil matematický model akčního membránového potenciálu, jehož základem jsou Hodgkin-Huxleyovy rovnice.      

V obdobích mimo letní olihňovou sezonu studoval se Švýcarem Robertem Stämpflim od roku 1947 myelinizovaná nervová vlákna obratlovců, zejména žab, zjistil podobné elektrické pochody jako v axonech olihní a navíc přitom objevil saltatorní vedení vzruchu myelinizovanými axony, kde přeskoky myelinových segmentů mezi Ranvierovými zářezy postup vzruchu zrychlují (Evidence for Saltatory Conduction in Peripheral Myelinated Nerve Fibres. J Physiol 1949; 108: 315–339; s R. Stämpflim). Po dvou letech analýz publikoval s kolegy výsledky předloňských měření, potvrzujících iontovou teorii v neprospěch Bernsteinovy hypotézy (Measurement of Current-Voltage Relations in the Membrane of the Giant Axon of Loligo. J Physiol 1952; 116: 424–448; s Hodgkinem a Katzem, Currents Carried by Sodium and Potassium Ions through the Membrane of the Giant Axon of Loligo. J Physiol 1952; 116:  449–472, The Components of Membrane Conductante in the Giant Axon of Loligo. J Physiol 1952; 116: 473–496, The Dual Effect of Membrane Potential on Sodium Conductance in the Giant Axon of Loligo. J Physiol 1952; 116: 497-506, A Quantitative Description of Membrane Current and Its Application to Conduction and Excitation in Nerve. J Physiol 1952; 117: 500–544; všechny čtyři články s Hodgkinem).

Po odevzdání poslední z těchto epochálních studií, v nichž vyčerpali tehdejší technické možnosti výzkumu nervového vedení, hledal každý z nich nový námět a Huxleye si ten jeho našel sám hned v roce 1951, kdy mu odcházející kolega David Hill přenechal přednášky o svalech pro nejvyšší ročník. Při přípravě Huxley přemýšlel, jsou-li změny příčného pruhování kosterní svaloviny během stahu věcí aktivace, zkrácení, nebo napětí. Věděl, že jednotlivá svalová vlákna v plně excitabilním stavu lze získat ze žabích svalů, pracoval proto s göttingenským kolegou Rolfem Niedergerkem, vyškoleným v preparaci žab u Stämpfliho. Pro studium struktury a funkce nebarvené živé příčně pruhované svaloviny v obyčejném světelném mikroskopu jsou žabí svalová vlákna příliš tlustá a jejich proužky příliš úzké, Huxley si tedy sestrojil interferenční mikroskop vložením jednoho Wollastonova hranolu pod kondenzor a druhého nad objektiv polarizačního mikroskopu (Applications of an Interference Microscope. J Physiol 1952; 117: 52–53P) a později posílením kondenzoru i objektivu, přemístěním hranolů a přidáním dvojlomných složek zvýšil jeho rozlišovací schopnost (A High-Power Interference Microscope. J Physiol 1954; 125: 11–13P). Huxley a Niedergerke měřili příčné pruhování ochablých, pasivně natažených, drážděných a jinak manipulovaných svalových vláken a zjistili, že poměr šířek izotropních (I) a anizotropních (A) příčných proužků se nemění s napětím, nýbrž s délkou vlákna, přičemž šířka proužků A je stálá, kdežto proužky I se při stahu zužují. Vyvodili z toho závěr, že proužky sestávají ze „submikroskopických“ filament neměnné délky, rovnoběžných s osou vlákna, a při svalovém stahu se tenčí filamenta proužků I zasouvají mezi tlustší filamenta proužků A, stah je tedy výsledkem interakce obou druhů filament v úseku vzájemného průniku. Základní poznatky zveřejnili 22. května 1954 v krátkém článku (Interference Microscopy of Living Muscle Fibres. Nature 1954; 173: 971–973; s Niedergerkem). Jiní dva Britové, Andrewův jmenovec Hugh Esmor Huxley a Jean Hansonová, kteří o rok dříve prokázali ve filamentech proužku A myozin a ve filamentech proužku I aktin, došli nyní v Massachusettském technologickém institutu zkoumáním myofibril ve fázovém kontrastu nezávisle k týmž závěrům jako Andrew s Niedergerkem a po dohodě s nimi je publikovali v témže čísle téhož časopisu (Nature 1954; 173: 973–976). Takto současně s druhou britskou dvojicí a nezávisle na ní Andrew Huxley s Niedergerkem vytvořil teorii klouzajících filament. O tři roky později teorii propracoval (Muscle Structure and Theories of Contraction. Prog Biophys Biophys Chem 1957; 7: 255–318). K přípravě preparátů pro elektronovou mikroskopii sestrojil ultramikrotom (An Ultramicrotome. J Physiol 1957; 137: 73–74P), k experimentům s místní aktivací (Local Activation of Striated Muscle. J Physiol 1958; 144: 426–441; s Taylorem) sestrojil mikromanipulátor (A Micromanipulator. J Physiol 1961; 157: 5–7P). V letech 1951–1959 byl v Trinity College zástupcem ředitele výzkumu, v letech 1952–1960 ředitelem studií, v roce 1959–1960 docentem experimentální biofyziky. V letech 1960–1983 působil jako „Jodrell Professor“ fyziologie londýnské University College.

Dne 10. prosince 1963 ve Stockholmu představil Ragnar Granit tři badatele poctěné Nobelovou cenou za fyziologii nebo lékařství rovným dílem „za své objevy iontových mechanismů navozujících vybuzení a útlum v periferní a centrální části buněčné membrány neuronů“. Zmínil, že Hodgkinova a Huxleyova iontová teorie nervového vzruchu platí i pro kosterní i srdeční svalovinu a přínos obou Angličanů označil za milník na cestě k pochopení povahy vzrušivosti. Nobelovskou přednášku (The Quantitative Analysis of Excitation and Conduction in Nerve. Science 1964; 145: 1154–1159) měl Huxley 11. prosince. 

V roce 1969 byl jmenován výzkumným profesorem Královské společnosti v University College, v roce 1973 vyznamenán Copleyovou medailí, rok nato pasován na rytíře. V letech 1974–1980 byl předsedou Skupiny svalové dystrofie Výboru pro lékařský výzkum, v letech 1977–1981 členem Rady pro zemědělský výzkum, v letech 1979–1980 členem Britského národního výboru pro fyziologické vědy, v letech 1980–1985 prezidentem Královské společnosti. V roce 1983 dostal Řád za zásluhy a vrátil se do Cambridge jako rektor Trinity College. Od téhož roku je členem výboru Mezinárodní unie fyziologických věd, v letech 1986–1993 byl jejím prezidentem a zasloužil se o to, že regionální shromáždění v roce 1991 hostila Praha. Ve dnech 21.–24. června 1998 se k 650. výročí založení Univerzity Karlovy konalo společné zasedání Britské fyziologické společnosti a České fyziologické společnosti a Siru Andrewovi, ctiteli díla Jana Evangelisty Purkyně a příteli zakladatele české školy svalové fyziologie Arnošta Gutmanna, byl na návrh vědecké rady 3. lékařské fakulty udělen čestný doktorát Univerzity Karlovy.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz