Глава XVIII Речной транспорт

Глава XVIII

Речной транспорт

Первая клетка не смогла бы выжить, не будь особого «климата» жизни, создаваемого морем. Точно так же каждая из сотен триллионов клеток, составляющих организм человека, погибла бы без крови и лимфы. На протяжении миллионов лет, с тех пор как появилась жизнь, природа выработала внутреннюю транспортную систему, неизмеримо более оригинальную, оперативную и более четко управляемую, нежели любое из средств передвижения, когда-либо созданных человеком.

По сути дела, кровь состоит из целого ряда транспортных систем. Плазма, например, служит средством передвижения для форменных элементов, включая эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, которые по мере надобности передвигаются к различным частям тела. В свою очередь красные кровяные тельца являются средством переноса кислорода к клеткам и углекислоты от клеток.

Жидкая плазма переносит в растворенном виде еще множество других веществ, а также собственные компоненты, чрезвычайно важные для жизненных процессов организма. Помимо питательных веществ и отходов, плазма разносит тепло, накапливая или же по мере надобности высвобождая его и таким образом поддерживая нормальный температурный режим организма. Эта среда переносит многие из основных защитных веществ, охраняющих организм от болезней, а также гормоны, ферменты и другие сложнейшие химические и биохимические вещества, играющие самую разнообразную роль.

Современная медицина располагает довольно точными сведениями о том, каким образом кровь выполняет перечисленные транспортные функции. Что же касается других механизмов, то они до сих пор остаются объектом теоретических догадок, а некоторые, несомненно, еще только предстоит открыть.

Общеизвестно, что любая отдельная клетка погибает без непрестанного и непосредственного снабжения важнейшими материалами и не менее срочного удаления ядовитых отходов. Это значит, что «транспорт» крови должен находиться в непосредственном контакте со всем этим множеством триллионов «клиентов», удовлетворяя потребности каждого из них. Грандиозность этой задачи поистине не поддается человеческому воображению!

Практически погрузка и разгрузка в этой великой транспортной организации совершается посредством микроциркуляции — системы капилляров. Эти мельчайшие сосуды пронизывают буквально каждую ткань тела и подходят к клеткам на расстояние не более 0,125 миллиметра. Таким образом, каждая клетка тела имеет собственный доступ к Реке жизни.

Наиболее неотложную и постоянную потребность организм испытывает в кислороде. Человеку, к счастью, не приходится беспрестанно есть, ибо большинство необходимых для обмена питательных веществ может накапливаться в различных тканях. Иначе обстоит дело с кислородом. Это жизненно важное вещество накапливается в теле в ничтожно малом количестве, а потребность в нем постоянна и настоятельна. Поэтому человек не может прервать дыхание более чем на несколько минут — иначе это вызывает самые серьезные последствия и смерть.

Чтобы удовлетворить эту настоятельную потребность в постоянной подаче кислорода, кровь выработала чрезвычайно эффективную и специализированную систему доставки, в которой в качестве «товарных платформ» используются эритроциты, или красные кровяные тельца. Работа системы основана на удивительном свойстве гемоглобина в большом количестве поглощать, а затем немедленно отдавать кислород. По сути дела, гемоглобин крови переносит раз в шестьдесят больше того количества кислорода, которое может раствориться в жидкой части крови. Не будь этого железосодержащего пигмента, для снабжения кислородом наших клеток потребовалось бы около 350 литров крови!

Но это уникальное свойство поглощать и переносить большие объемы кислорода от легких ко всем тканям лишь одна сторона того поистине неоценимого вклада, который вносит гемоглобин в оперативную работу транспортной системы крови. Гемоглобин также перевозит в большом количестве углекислый газ от тканей к легким и таким образом участвует как в начальной, так и в конечной стадии окисления.

При обмене кислорода на углекислый газ организм с удивительным умением использует характерные особенности жидкостей. Любая жидкость — а газы в этом отношении ведут себя как жидкости — имеет тенденцию перемещаться из области высокого давления в область низкого давления. Если газ находится по обе стороны пористой мембраны и с одной ее стороны давление выше, чем с другой, то он проникает через поры из области высокого давления в сторону, где давление ниже. И аналогично, газ растворяется в жидкости лишь в том случае, если давление этого газа в окружающей атмосфере превышает давление газа в жидкости. Если же давление газа в жидкости выше, газ устремляется из жидкости в атмосферу, как это происходит, например, когда откупоривают бутылку шампанского или газированной воды.

Тенденция жидкостей перемещаться в область более низкого давления заслуживает особого внимания, ибо она имеет отношение и к другим аспектам транспортной системы крови, а также играет определенную роль в целом ряде других процессов, происходящих в организме человека.

Интересно проследить путь кислорода начиная с того момента, когда мы делаем вдох. Вдыхаемый воздух, богатый кислородом и содержащий небольшое количество углекислого газа, поступает в легкие и достигает системы крошечных мешочков, получивших название альвеол. Стенки этих альвеол чрезвычайно тонки. Они состоят из небольшого числа волокон и тончайшей сетки капилляров.

В капиллярах, из которых состоят стенки альвеол, течет венозная кровь, поступающая в легкие из правой половины сердца. Эта кровь имеет темный цвет, ее гемоглобин, почти лишенный кислорода, насыщен углекислым газом, поступившим в качестве отходов из тканей организма.

Замечательный двойной обмен происходит в тот момент, когда воздух, богатый кислородом и почти свободный от углекислого газа, в альвеолах вступает в соприкосновение с воздухом, богатым углекислым газом и почти лишенным кислорода. Так как давление углекислого газа в крови выше, чем в альвеолах, этот газ через стенки капилляров поступает в альвеолы легких, которые при выдохе выводят его в атмосферу. Давление же кислорода в альвеолах выше, чем в крови, поэтому газ жизни мгновенно проникает сквозь стенки капилляров и соприкасается с кровью, гемоглобин которой быстро поглощает его.

Кровь, имеющая ярко-красный цвет из-за кислорода, насыщающего теперь гемоглобин красных телец, возвращается в левую половину сердца и оттуда нагнетается в большой круг кровообращения. Едва она поступает в капилляры, как красные кровяные тельца буквально «в затылок» протискиваются через их узкий просвет. Они движутся вдоль клеток и тканевых жидкостей, которые в процессе нормальной жизнедеятельности уже израсходовали свой запас кислорода и теперь содержат сравнительно высокую концентрацию углекислого газа. Вновь происходит обмен кислорода на углекислый газ, но теперь уже в обратном порядке.

Поскольку давление кислорода в этих клетках ниже, чем в крови, гемоглобин быстро отдает свой кислород, который через стенки капилляров проникает в тканевые жидкости и затем в клетки. Одновременно углекислый газ под высоким давлением перемещается из клеток в кровь. Обмен происходит таким образом, как если бы кислород и углекислый газ двигались в разных направлениях через вращающиеся двери.

Во время этого процесса транспортировки и обмена кровь никогда не отдает весь свой кислород или весь углекислый газ. Даже в венозной крови сохраняется небольшой объем кислорода, а в насыщенной кислородом артериальной крови всегда присутствует углекислый газ, правда, в ничтожном количестве.

Хотя углекислота и является побочным продуктом клеточного обмена веществ, сама по себе она также необходима для поддержания жизни. Небольшое количество этого газа растворено в плазме, часть его связана с гемоглобином, а определенная часть в соединении с натрием образует двууглекислый натрий.

Двууглекислый натрий, нейтрализующий кислоты, производится «химической промышленностью» самого организма и циркулирует в крови для поддержания жизненно необходимого кислотно-щелочного равновесия. Если во время болезни или под воздействием какого-нибудь раздражителя кислотность в организме человека повышается, то кровь автоматически увеличивает количество циркулирующего двууглекислого натрия для восстановления нужного равновесия.

Система транспортировки кислорода кровью почти никогда не работает вхолостую. Однако следует упомянуть об одном нарушении, которое может оказаться чрезвычайно опасным: гемоглобин легко соединяется с кислородом, но еще быстрее он поглощает угарный газ, не имеющий ровно никакой ценности для жизненных процессов в клетках.

Если в воздухе имеется равный объем кислорода и угарного газа, гемоглобин на одну часть столь необходимого телу кислорода усвоит 250 частей совершенно бесполезной окиси углерода. Поэтому даже при относительно небольшом содержании угарного газа в атмосфере транспортные средства гемоглобина быстро насыщаются этим бесполезным газом, тем самым лишая организм кислорода. Когда снабжение кислородом падает ниже уровня, необходимого клеткам для выживания, происходит смерть от так называемого угара.

Не считая этой внешней опасности, от которой не застрахован даже абсолютно здоровый человек, система переноса кислорода с помощью гемоглобина с точки зрения своей эффективности представляется вершиной совершенства. Разумеется, это не исключает возможности ее усовершенствования в будущем либо путем продолжающегося естественного отбора, либо благодаря сознательным и целенаправленным усилиям человека. В конце концов природе понадобилось, вероятно, не меньше миллиарда лет, полных ошибок и неудач, прежде чем она создала гемоглобин. А химия как наука существует всего несколько веков!

* * *

Транспортировка кровью питательных веществ — химических продуктов пищеварения — не менее важна, чем перенос кислорода. Без нее остановились бы процессы обмена веществ, которые питают жизнь. Каждая клетка нашего тела — это своеобразный химический завод, нуждающийся в постоянном пополнении запасов сырья. Дыхание снабжает клетки кислородом. Питание доставляет им основные химические продукты — аминокислоты, сахара, жиры и жирные кислоты, минеральные соли и витамины.

Все эти вещества, равно как и кислород, с которым они соединяются в процессе внутриклеточного сгорания, являются важнейшими компонентами процесса обмена веществ.

Как известно, метаболизм, или обмен веществ, состоит из двух основных процессов: анаболизма и катаболизма, создания и разрушения веществ организма. В анаболическом процессе простые продукты пищеварения, поступая в клетки, подвергаются химической обработке и превращаются в необходимые организму вещества — кровь, новые клетки, кости, мышцы и другие субстанции, необходимые для жизни, здоровья и роста.

Катаболизм — процесс разрушения тканей тела. Пораженные и изношенные клетки и ткани, потерявшие свою ценность, бесполезные, перерабатываются в простые химические вещества. Они либо накапливаются и затем вновь используются в прежней или же аналогичной форме — подобно тому как железо гемоглобина вновь употребляется при создании новых красных телец, — либо же уничтожаются и выводятся из организма как отходы.

Во время окисления и других процессов катаболизма высвобождается энергия. Именно эта энергия заставляет биться сердце, позволяет человеку осуществлять процессы дыхания и пережевывания пищи, бежать за уходящим трамваем и совершать бесчисленные физические действия.

Как можно убедиться даже на основании этого краткого описания, метаболизм — это биохимическое проявление самой жизни; транспортировка веществ, участвующих в этом процессе, относится к функции крови и родственных ей жидкостей.

Прежде чем питательные вещества из съеденной нами пищи поступят в различные части тела, они должны быть разложены при помощи процесса пищеварения до мельчайших молекул, способных проходить сквозь поры кишечных мембран. Как это ни странно, пищеварительный тракт не считается частью, внутренней среды организма. По сути дела, это огромный комплекс трубок и связанных с ними органов, окруженных нашим телом. Это объясняет, почему в пищеварительном тракте функционируют мощные кислоты, в то время как внутренняя среда тела должна быть щелочной. Если бы эти кислоты действительно находились во внутренней среде человека, они настолько изменили бы ее, что это могло привести к смерти.

Во время процесса пищеварения углеводы, заключенные в пище, превращаются в простые сахара, например глюкозу, а жиры распадаются на глицерин и простые жирные кислоты. Сложнейшие белки превращаются в аминокислотные компоненты, из которых около 25 видов нам уже известны. Переработанная таким образом в эти простейшие молекулы пища готова для проникновения во внутреннюю среду организма.

Тончайшие древовидные выросты, являющиеся частью слизистой оболочки, выстилающей внутреннюю поверхность тонкой кишки, доставляют переваренные продукты в кровь и лимфу. Эти крошечные выросты, носящие название ворсинок, состоят из центрально расположенного одиночного лимфатического сосуда и капиллярной петли. Каждая ворсинка покрыта одним слоем клеток, вырабатывающих слизь, которые служат барьером между системой пищеварения и сосудами, расположенными внутри ворсинок. Всего насчитывается около 5 миллионов ворсинок, расположенных так тесно друг к другу, что это придает внутренней поверхности кишки бархатистый вид. Процесс усвоения пищи базируется на тех же основных принципах, что и происходящее в легких усвоение кислорода. Концентрация и давление каждого пищевого вещества в кишечнике выше, чем в крови и лимфе, протекающих через ворсинки. Поэтому мельчайшие молекулы, в которые превращается наша пища, легко проникают через поры на поверхности ворсинок и попадают в расположенные внутри них мелкие сосуды.

Глюкоза, аминокислоты и часть жиров проникают в кровь капилляров. Остальные жиры поступают в лимфу. С помощью ворсинок кровь усваивает витамины, неорганические соли и микроэлементы, а также воду; частично вода поступает в кровь и через толстую кишку.

Несомые кровотоком основные питательные вещества попадают в воротную вену и доставляются прямо в печень, величайшую железу и самый крупный «химический завод» организма человека. Здесь продукты пищеварения перерабатываются в другие необходимые телу вещества, откладываются про запас или же без изменений вновь направляются в кровь. Отдельные аминокислоты, попадая в печень, превращаются в такие белки крови, как альбумин и фибриноген. Другие перерабатываются в белковые вещества, необходимые для роста или восстановления тканей, а остальные в своей простейшей форме посылаются к клеткам и тканям тела, которые подхватывают их и тут же используют в соответствии со своими нуждами.

Часть поступающей в печень глюкозы непосредственно направляется в систему кровообращения, которая разносит ее в растворенном в плазме состоянии. В этом виде сахар может быть доставлен к любой клетке и ткани, нуждающимся в источнике энергии. Глюкоза, которая в данный момент организму не нужна, перерабатывается в печени в более сложный сахар — гликоген, который откладывается в печени про запас. Как только количество сахара в крови падает ниже нормы, гликоген вновь превращается в глюкозу и поступает в систему кровообращения.

Так благодаря реакции печени на сигналы, поступающие из крови, содержание в теле транспортабельного сахара поддерживается на относительно постоянном уровне.

Процессу усвоения клетками глюкозы и превращения ее в мышечную и другие виды энергии помогает инсулин. Этот гормон поступает в кровь из клеток поджелудочной железы. Детальный механизм действия инсулина до сих пор неизвестен. Известно лишь, что отсутствие его в крови человека или же недостаточная активность вызывает тяжелое заболевание — сахарный диабет, для которого характерна неспособность организма использовать углеводы в качестве источников энергии.

Около 60 % переваренных жиров поступает с кровью в печень, остальное количество попадает в лимфатическую систему. Эти жировые вещества откладываются в качестве резервов энергии и используются в некоторых самых ответственных процессах, происходящих в организме человека. Некоторые молекулы жира, например, участвуют в образовании таких биологически важных веществ, как половые гормоны.

Жир является, по-видимому, важнейшим средством для создания запасов энергии. Примерно 30 граммов жира способны выработать вдвое больше энергии, чем равное количество углеводов или белков. По этой причине излишки сахара и белков, которые не выделяются из тела, превращаются в жир и откладываются в виде резерва.

Обычно жир откладывается в тканях, носящих название жировых депо. По мере надобности в дополнительной энергии жир из депо поступает в кровь и переносится в печень, где он перерабатывается в вещества, способные превращаться в энергию. В свою очередь эти вещества из печени поступают в кровь, которая переносит их к клеткам и тканям, где они и используются.

Одно из основных различий между животными и растениями заключается в способности животных эффективно накапливать энергию в виде плотного жира. Поскольку плотный жир значительно легче и не столь громоздок, как углеводы (основное хранилище энергии растений), животные лучше приспособлены для передвижения — они могут ходить, бегать, ползать, плавать или летать. Большинство растений, согбенных под бременем запасов, приковано к одному месту из-за своих малоактивных источников энергии и ряда других факторов. Разумеется, существуют исключения, причем большинство из них относится к микроскопически малым морским растениям.

Одновременно с питательными веществами кровь переносит к клеткам различные химические элементы, а также мельчайшие количества определенных металлов. Все эти микроэлементы и неорганические химические вещества играют важнейшую роль в жизненных процессах. О железе мы уже говорили. Но и без меди, играющей роль катализатора, производство гемоглобина было бы затруднено. Не будь в организме кобальта, способность костного мозга вырабатывать красные кровяные тельца могла бы снизиться до опасных пределов. Как известно, щитовидная железа нуждается в йоде, костям нужен кальций, для зубов и мышечной работы необходим фосфор.

Кровь разносит также гормоны. Эти сильнодействующие химические реагенты поступают в систему кровообращения непосредственно из эндокринных желез, которые изготовляют их из сырья, получаемого из крови.

Каждый гормон (это название происходит от греческого глагола, обозначающего «возбуждать, побуждать»), по-видимому, играет особую роль в управлении одной из жизненных функций организма. Одни гормоны связаны с ростом и нормальным развитием, другие оказывают влияние на умственные и физические процессы, регулируют обмен веществ, половую деятельность и способность человека к воспроизведению.

Железы внутренней секреции снабжают кровь необходимыми дозами вырабатываемых ими гормонов, которые по системе кровообращения попадают к нуждающимся в них тканям. Если же в производстве гормонов отмечается перебой либо в крови наблюдается излишек или недостаток подобных сильнодействующих веществ, это вызывает различного рода аномалии и нередко приводит к смерти.

Жизнь человека зависит также от способности крови удалять из организма продукты распада. Если бы кровь не справлялась с этой функцией, человек погиб бы от самоотравления.

Как мы уже отмечали, углекислый газ — побочный продукт процесса окисления — выделяется из организма через легкие. Другие отходы подхватываются кровью в капиллярах и переправляются в почки, которые действуют подобно огромным фильтрующим станциям. В почках имеется примерно 130 километров трубок, по которым проходит кровь. Ежесуточно почки фильтруют около 170 литров жидкости, отделяя от крови мочевину и другие химические отходы. Последние концентрируются примерно в 2,5 литрах мочи, выделяемой за сутки, и удаляются из организма. (Небольшое количество молочной кислоты, а также мочевины выделяется через потовые железы.) Оставшаяся отфильтрованная жидкость, составляющая примерно 167 литров в сутки, возвращается в кровь. Этот процесс фильтрации жидкой части крови многократно повторяется. Кроме того, почки служат регулятором содержания минеральных солей в крови, отделяя и выбрасывая любые излишки.

Для здоровья и жизни человека решающее значение имеет также поддержание водного баланса организма. Даже при обычных условиях организм постоянно выделяет воду через мочу, слюну, пот, дыхание и другими путями. При привычной и нормальной температуре и влажности воздуха на 1 квадратный сантиметр кожного покрова каждые десять минут выделяется около 1 миллиграмма воды. В пустынях Аравийского полуострова или в Иране, например, человек ежедневно теряет примерно 10 литров воды в виде пота. Для возмещения этой постоянной потери воды в организм все время должна поступать жидкость, которая будет разноситься по крови и лимфе и тем самым способствовать установлению необходимого равновесия между жидкостью тканей и циркулирующей жидкостью.

Ткани, нуждающиеся в воде, пополняют свои запасы, получая воду из крови в результате процесса осмоса. В свою очередь кровь, как мы уже говорили, обычно получает воду для транспортировки из пищеварительного тракта и несет готовый к употреблению запас, утоляющий жажду тела. Если во время болезни или несчастного случая человек теряет большое количество крови, кровь пытается возместить потерю за счет воды тканей.

Функция крови по доставке и распределению воды тесно связана с системой теплоконтроля организма. Средняя температура тела равна 36,6° Ц. В разное время суток она может слегка варьировать у отдельных людей и даже у одного и того же человека. По какой-то неизвестной до сих пор причине температура тела рано утром может быть на один-полтора градуса ниже вечерней температуры. Однако нормальная температура любого человека остается относительно постоянной, и ее резкие отклонения от нормы обычно служат сигналом опасности.

Процессы обмена веществ, беспрестанно происходящие в живых клетках, сопровождаются выделением тепла. Если оно накапливается в организме и не удаляется из него, то внутренняя температура тела может стать слишком высокой для нормальной жизнедеятельности. К счастью, одновременно с накоплением тепла тело также теряет некоторую его часть. Поскольку температура воздуха обычно ниже 36,6° Ц, т. е. температуры тела, то тепло, проникая сквозь кожу в окружающую атмосферу, покидает тело. Если же температура воздуха выше температуры тела, излишнее тепло удаляется из организма посредством потоотделения.

Обычно человек в среднем выделяет около трех тысяч калорий в сутки. Если он передает окружающей среде свыше трех тысяч калорий, то температура его тела понижается. Если же в атмосферу выделяется меньше трех тысяч калорий, температура тела повышается. Тепло, производимое в теле, должно уравновешивать количество тепла, отданного окружающей среде. Регулирование теплообмена целиком возложено на кровь.

Подобно тому как газы перемещаются из области высокого давления в область низкого давления, тепловая энергия направляется из теплой области в холодную. Таким образом, теплообмен организма с окружающей средой происходит посредством таких физических процессов, как излучение и конвекция.

Кровь поглощает и уносит избыток тепла примерно так же, как вода в радиаторе автомобиля поглощает и уносит прочь излишнее тепло двигателя. Тело совершает этот теплообмен посредством изменения объема крови, протекающей по кожным сосудам. В жаркий день эти сосуды расширяются и к кожному покрову притекает больший, чем обычно, объем крови. Эта кровь уносит тепло из внутренних органов человека, и по мере прохождения через сосуды кожи тепло излучается в более прохладную атмосферу.

В холодную погоду сосуды кожи сокращаются, тем самым уменьшая объем подающейся к поверхности тела крови, и отдача тепла внутренними органами уменьшается. Это происходит в тех частях тела, которые скрыты под одеждой и защищены от холода. Однако сосуды открытых участков кожного покрова, таких, как лицо и уши, расширяются, чтобы защитить их от холода дополнительной порцией тепла.

В регулировании температуры тела участвуют также два других механизма крови. В жаркие дни селезенка сокращается, выпуская в систему кровообращения дополнительную порцию крови. В результате этого к кожному покрову притекает большее количество крови. В холодное время года селезенка расширяется, увеличивая резерв крови и тем самым сокращая количество крови в системе кровообращения, поэтому к поверхности тела переносился уже меньшее количество тепла.

Излучение и конвекция как средства теплообмена действуют лишь в тех случаях, когда тело отдает тепло более холодной окружающей среде. В очень жаркие дни, когда температура воздуха превышает нормальную температуру тела, эти способы позволяют лишь передавать тепло от горячей среды к менее нагретому телу. В этих условиях от чрезмерного перегрева тела нас спасает потоотделение.

В процессе потоотделения и дыхания тело отдает тепло окружающей среде посредством испарения жидкостей. Как в том, так и в другом случае ключевую роль играет кровь, которая доставляет жидкости, предназначенные для испарения. Нагретая внутренними органами тела кровь отдает часть своей воды поверхностным тканям. Так происходит потоотделение, пот выделяется через поры кожи и испаряется с ее поверхности.

Аналогичная картина наблюдается в легких. В очень жаркие дни кровь, проходя по альвеолам вместе с углекислым газом, отдает им часть своей воды. Эта вода выделяется при выдохе и испаряется, что способствует удалению из организма излишнего количества тепла.

Этими и многими другими способами, которые еще не совсем нам понятны, обслуживает человека транспорт Реки жизни. Без его энергичных и в высшей степени организованных услуг многие триллионы клеток, составляющих тело человека, могли бы захиреть, зачахнуть и в конце концов погибнуть.