Первое, с чего начал Сеченов, — с установки абсорбциометра, сконструированного им еще в бытность у Людвига. Тогда же, работая над докторской диссертацией, он обратил внимание на состояние газов в крови животных в нормальных условиях и при алкогольном опьянении. Эта, казалось бы, частная работа настолько заинтересовала ученого, что проблема химизма дыхания, транспортной роли крови и ее дыхательной функции стала одной из основных тем его многообразной и разносторонней деятельности. Этой теме он посвятил с перерывами почти двадцать лет.

Человек выдыхает углекислого газа в десять раз больше, чем вдыхает его из атмосферного воздуха. Кислорода же, наоборот, выдыхает на четыре процента меньше, чем вдыхает. Каковы пути прохождения этих газов в организме и зачем они вообще нужны живому существу?

Мышцы грудной клетки при вдыхательном движении расширяются, и в легкие попадает определенное количество атмосферного воздуха, состоящего, как известно, из смеси газов. Кислород из легких проходит в артериальное русло, отсюда попадает в капилляры, которыми пронизаны все ткани организма, в капиллярах артериальная кровь отдает свой кислород для питания тканей и насыщается углекислым газом, полученным в результате биохимического обмена в тканях. Отсюда углекислый газ по венозному руслу выводится в легкие и выдыхается наружу.

Для того чтобы кислород попал в артерии и в капилляры, а углекислый газ из капилляров — в вены и в легочные альвеолы, а затем в воздух, нужно одно очень важное условие: определенное парциальное давление каждого из этих газов.

Воздух, как мы уже сказали, это смесь газов. Окружающая нас атмосфера имеет свое давление — семьсот шестьдесят миллиметров ртутного столба. Но в атмосфере, в этой смеси газов, каждый газ в отдельности обладает своим собственным давлением — оно-то и называется парциальным. Например, кислород, которого содержится в воздухе приблизительно двадцать один процент, имеет парциальное давление, равное двадцати одному проценту от общего давления атмосферы.

Для того чтобы кислород воздуха проник в артерии, его парциальное давление должно быть выше внутриартериального, в противном случае кислород, содержащийся в артериях, попросту «не впустит» его в сосуды. Из артерий кислород может проникнуть в капилляры опять-таки только в том случае, если его парциальное давление будет выше, чем в этих микроскопических сосудиках. С углекислым газом дело обстоит наоборот: его давление в капиллярах должно превосходить давление в венах, его парциальное давление в венах должно быть выше, чем в легочных пузырьках, а в легочных пузырьках выше, чем в атмосфере; только при этих условиях он может быть выведен из организма.

Если давление кислорода в воздухе равно давлению его в артериях, то есть в том случае, если воздух разрежен и кислорода в нем меньше, чем в нормальном, этот жизненно важный газ не сможет проникнуть в организм, и наступит кислородное голодание. А если парциальное давление кислорода окажется ниже, чем в сосудах, запасы кислорода крови будут беспрепятственно вылетать в атмосферу, и смерть наступит почти мгновенно. То же с углекислым газом: если его парциальное давление в крови равно атмосферному, он не сможет выводиться из организма и будет постепенно отравлять его; если же оно окажется ниже атмосферного, отравление произойдет очень быстро.

Получается любопытная картина: как бы ни был разрежен воздух, легкие все равно будут наполняться им; но кислород в артерии, а стало быть, и в ткани организма, в частности в мозг, не попадет, потому что его парциальное давление в разреженном воздухе ниже нормального. И, значит, кислородное голодание, с ним потеря сознания, а часто и смерть неизбежны.

Все это не было изучено до Сеченова. Все это и заинтересовало его, когда он в самых ранних своих исследованиях поразился своеобразной зависимостью содержания в крови угольной кислоты от ее парциального давления. Уже тогда, работая над диссертацией, он узнал многое: общее количество кислорода и угольной кислоты в артериальной и венозной крови, изменения, которые происходят в содержании этих газов при различных условиях. Но это было только началом — теперь он хотел знать все: в каком состоянии углекислый газ находится в крови, в каком виде он связан с ней, чем определяется своеобразие связи, так легко разрушающейся при отдаче кровью этого газа в альвеолярный воздух и так легко возобновляющейся при «зачерпывании» его в тканях.

Этим он и занялся в Одессе. Начал с изучения отношения различных составных частей крови к угольной кислоте, чтобы узнать, в каком состоянии она находится в крови. Но кровь слишком сложная жидкость для детального изучения, и, так как она представляет собой не что иное, как сложный солевой раствор, Сеченов для упрощения дела заменил ее более простыми растворами солей, способными вступать в химическое воздействие с углекислотой.

Почему он начал с угольной кислоты? Во-первых, потому, что ее более всего изучил при работе над своей диссертацией; во-вторых, потому, что угольная кислота и ее поведение в организме играют чрезвычайно важную роль для жизнедеятельности этого организма. В сутки человек выдыхает приблизительно восемьсот граммов углекислоты. Она образуется в результате окислительных процессов в тканях тела и оттуда попадает в кровь. Для того чтобы выходить затем через легкие в воздух, угольная кислота должна каким-то образом связываться с другими составными частями крови, потому что одного растворения ее в воде недостаточно. Как и с какими составными частями крови она вступает в связь — это и стал определять Сеченов при помощи своего абсорбциометра.

Уже в Одессе ему удается доказать громадное поглощение этого газа гемоглобином крови и измерить величину поглощения. Результаты были настолько неожиданны, что Гоппе-Зейлер, отлично знавший и ценивший Сеченова, услышав о них, все-таки усомнился. Но опыты Сеченова отличались безупречностью: было совершенно очевидно, что гемоглобин соединяется в капиллярах тела с образующейся в его тканях углекислотой и что он отдает ее в легочный воздух, когда на это непрочное соединение воздействует кислород. Стало быть, гемоглобин, о котором было известно, что он переносит по артериальной системе кислород, одновременно переносит по венозной системе углекислоту из тканей. И чем больше углекислоты образуется в тканях, как, например, при усиленной мышечной работе, тем большую роль в ее переносе играет гемоглобин.

Пять лет в Одессе и длинный ряд лет в Петербурге затратил Сеченов на эти опыты.

В первые месяцы пребывания в Новороссийском университете работа в лаборатории не отнимала еще много времени и внимания, и Сеченов с радостью уехал на рождество в Петербург, где Мария Александровна благополучно сдала в Медико-хирургической академии экзамены на право врачебной практики.

10 декабря она получила разрешение на медицинскую практику как доктор медицины, хирургии и акушерства, что значилось в дипломе Цюрихского университета.

Свидание супругов и на этот раз продолжалось недолго: в январе 1872 года Мария Александровна уехала в Вену специализироваться в глазных болезнях. Сеченов вернулся в Одессу.

За границей Марии Александровне жилось несладко. «Надоело шататься по белу свету, — писала она весной 1872 года из Вены В. О. Ковалевскому, — но делать нечего — надо выпить чашу премудрости до конца».

Видно, трудно давалась ей эта чаша! При всем ее мужестве и силе характера ее тянуло к дому, к семье, к настоящей семье, которую не надо было бы прятать. Она жила двойной жизнью: на людях держалась независимо, усвоив себе иронический тон в обращении, всем своим поведением показывала, что вполне довольна избранной ею участью. Наедине сама с собой чувствовала себя неуютно, неприкаянно, старалась не бывать в семейных домах, где больно ощущала разницу между своим положением и положением других женщин.

Особенно остро почувствовала она ложность своего положения в Лондоне, куда ездила с Иваном Михайловичем и где осталась на некоторое время после его отъезда. В Лондоне тогда жил В. Ковалевский. Позже, когда она уехала в Киев, в клинику известного офтальмолога Иванова, она писала в письме к В. О. Ковалевскому: