Я познаю мир. Тайны человека

Удивительная новость

Такие выражения, как легкое дыхание, тяжелое дыхание, нередко встречаются в нашей жизни. Слово дыхание входит в состав ряда терминов. Такие словосочетания, как частота дыхания, глубина дыхания, дыхательные движения, дыхательные мышцы, дыхательные органы вы найдете в своем школьном учебнике и в любой научной книге, где речь идет о дыхании. Между тем то, что мы по–русски и на всех европейских языках называем дыханием, на самом деле является начальным процессом транспортировки кислорода, необходимого клеткам нашего тела, и конечным этапом удаления из организма углекислого газа. А дыхание – это процесс окисления в клетках тела живого организма специально предназначенных для этого веществ и внутриклеточное высвобождение энергии, которая расходуется на нужды организма.

Наиболее знакомый нам вид окисления – это горение. В процессе горения кислород присоединяется к горючему веществу, то есть окисляет его. При этом выделяется тепловая энергия. Нечто похожее происходит и в клетках нашего тела, и там тоже выделяется тепловая энергия. Благодаря этому теплокровные животные – птицы, млекопитающие, а также человек способны поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне, серьезно превышающие температуру окружающей среды.

Нет ничего удивительного в том, что с понятием о дыхании возникла такая неразбериха. Слово дыхание появилось в языках европейских народов несколько тысячелетий назад, а первое научное преставление о дыхании – не больше 150 лет. Теперь уже слишком поздно менять значение этого слова, да это делать и не нужно.

Говорят, например, что квашня – забродившее тесто – задышала, что дышит топкое болото. Ученые понимают, какой смысл в каждом конкретном случае вкладывается в слово дыхание. В научных же трудах настоящее дыхание называют тканевым, а транспортировку воздуха в легкие и все, что в них происходит, – внешним дыханием. Будем и здесь придерживаться этих понятий.

Сортировка

Как известно, дыхательные органы состоят из системы трубок, небольших полостей и особых парных органов – легких.

Дыхательная система начинается носовыми проходами, открывающимися в глотку, и с помощью гортани, соединяющейся с трахеей – трубкой, образованной хрящевыми полукольцами. В своей нижней части она делится на два бронха для правого и левого легкого. Эти крупные бронхи, войдя в легкие, делятся на более мелкие, а те, в свою очередь, еще на меньшие. Самые мелкие – бронхиолы – имеют микроскопические размеры и похожи на грозди винограда, так как облеплены такими же микроскопическими пузырьками – легочными альвеолами. При вдохе воздух, поступающий через нос по системе все уменьшающихся трубочек, добирается до бронхиол, заполняет легочные альвеолы, а при выходе выдавливается из альвеол и по той же системе, что поступил в легкие, выводится из организма.

Легочные альвеолы густо оплетены кровеносными капиллярами – микроскопически тонкими сосудиками. Стенки альвеол и стенки капилляров такие тоненькие, что кислород из воздуха легочных альвеол практические мгновенно переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в воздух, заполняющий альвеолы. Выясним, почему это происходит. Почему в кровь переходит именно кислород, а не азот, которого в воздухе в четыре раза больше, чем кислорода? Почему углекислый газ из крови переходит в воздух альвеол, а не наоборот, ведь он входит и в состав атмосферного воздуха?

Все, наверное, видели, как расплывается в воде цветная капля чернил, а в воздухе – облачко табачного дыма. Как ни малы частички краски или дыма, ведь мы их по отдельности не видим, все–таки они достаточно крупные, значительно крупнее молекул газов или воды. Им трудно расталкивать молекулы воздуха. Вот почему облачко дыма расширяется медленно. Если мы выпустим в воздух облачко водорода, озона, гелия или другого газа, к сожалению, мы его простым глазом не увидим, такое облачко расширилось бы очень быстро и в конце концов исчезло, растворившись в воздухе. Этот самопроизвольный процесс проникновения друг в друга соприкасающихся между собою газов, жидкостей и твердых тел называется диффузией.

Теперь давайте вернемся в легкие. При вдохе легочные альвеолы наполняются воздухом, в котором много кислорода, а по оплетающим их капиллярам течет кровь, в которой кислорода почти не осталось. Поэтому молекулы кислорода, беспорядочно двигаясь, легко, в .больших количествах и в тысячи раз чаще переходят в кровь, чем возвращаются оттуда в воздух альвеол, и этот процесс происходит до тех пор, пока кровь полностью им не насытится.

А почему вслед за кислородом в кровь не устремляются другие газы? Дело в том, что с первым вдохом новорожденного ребенка его кровь насыщается не только кислородом, но и азотом, и хотя в легких огромное число молекул этого газа, но и в крови их достаточно, и поэтому они постоянно переходят из воздуха в кровь и обратно, но переходят примерно в одинаковых количествах.

Углекислый газ ведет себя иначе. Его в крови значительно больше, чем в воздухе альвеол, поэтому сюда его молекулы переходят в больших количествах, но очень скоро количество молекул углекислого газа в крови уменьшается, и число его молекул, переходящих в альвеолы, уравнивается с количеством молекул, переходящих из воздуха в кровь. А в тканях тела происходит обратный процесс. Кровь, которая добралась до тонюсеньких капилляров, содержит много кислорода, а в окружающих их тканях кислорода практически нет. Вот почему он туда выталкивается. Зато углекислого газа, который беспрерывно образуется в тканях тела в процессе их жизнедеятельности, гораздо больше, чем в крови, вот почему он переходит в кровь.

Итак, кто же занимается в альвеолах легких сортировкой молекул газов воздуха и выбирает из них молекулы кислорода для перехода их в кровь? Кто выбирает из газов, растворенных в крови, молекулы кислорода и заставляет их переходить в окружающие ткани?

Ответ ясен: никто. Этот процесс согласно законам физики осуществляется благодаря диффузии полностью автоматически.

В пустоте

Для того чтобы воздух поступал в легкие и заполнял альвеолы, а потом удалялся из них, нужен насос. И такой насос действительно существует. Присмотритесь к человеку, пробежавшему стометровку. У него вздымается грудь, работают мышцы живота. Это детали легочного насоса. Он имеет два рабочих элемента. Главным элементом этого насоса является диафрагма, большая плоская мышца, которая делит полость человеческого тела на две самостоятельные полости, отделяя органы грудной клетки от органов живота. Поэтому ее называют еще грудобрюшной преградой. В спокойном состоянии она имеет куполообразную форму вершиной вверх, а когда напрягается, становится плоской и оттесняет вниз органы живота. При этом объем грудной полости увеличивается.

Второй рабочий элемент легочного насоса – межрёберные мышцы. Напрягаясь, они подтягивают ребра вверх, что тоже приводит к небольшому увеличению объема грудной полости. Кажется, с насосом все ясно, но не спешите так думать. Здесь есть удивительный секрет.

По существу, грудная полость разделена на три самостоятельных отдела. В одном находится сердце, в каждом из остальных двух – по лёгкому. Если мы заглянем в полость, где находится легкое, то увидим, что ее стенки внутри выстланы гладкой, постоянно влажной, а поэтому скользкой оболочкой. Точно такой же оболочкой покрыто легкое. Эта оболочка названа греческим словом "плевра", означающим "стенка", а полость, в которой находится легкое, – плевральной полостью. В ней всегда поддерживается пониженное давление, пониженное по отношению к наружному воздуху.

Легкое заполняет всю отведенную ему полость, но нигде и ничем не соединено с его стенками ни с ребрами, ни с грудобрюшной преградой. Что же заставляет легкое расширяться при вдохе и изгонять находящийся в нем воздух при выдохе?

Секрет легочного насоса заключается в том, что каждая из полостей, где находятся легкие, полностью изолирована от внешнего мира. Ни с самим легким, ни с наружной средой они не сообщаются. Поэтому, когда диафрагма опускается, а межреберные мышцы поднимают ребра, легочные полости увеличиваются, и легкое оказывается висящим в пустоте, в безвоздушном пространстве, точнее, в полости, давление газов в котором резко понижено. В самом же легком, как и снаружи, воздух находится под определенным давлением. Оно возникает оттого, что воздух имеет определенный вес: 1 литр воздуха весит всего 1,3 грамма. Немного! Но слой воздуха над поверхностью Земли поднимается на много километров. Этот многокилометровый слой газов воздуха давит на каждый квадратный сантиметр поверхности нашего тела с силой в 1 килограмм. Приличная сила, но мы с вами этого давления не ощущаем, так как оно действует на тело равномерно с разных сторон, и под таким же давлением находятся жидкости в клетках нашего организма. Благодаря этой силе воздух и врывается, заталкивается в легкие, добирается до крошечных альвеол, заполняет их и растягивает их стенки, примерно так же, как мы надуваем резиновый воздушный шарик.

При выдохе происходит обратный процесс: ребра опускаются, диафрагма расслабляется, а мышцы живота возвращают оттесненные диафрагмой органы брюшной полости в обычное положение, и объем плевральных полостей, где находятся легкие, уменьшается. Пониженное давление в них несколько выравнивается, эластичные стенки легочных альвеол сжимаются, выталкивая находящийся там воздух, а стенки полостей слегка сдавливают легкие, помогая быстрее выдавить из них воздух. К сожалению, полностью удалить воздух не удается.

Об этом механизме дыхания следует помнить и при несчастных случаях уметь оказать пострадавшему первую помощь. Иногда дыхание у человека может нарушиться, несмотря на то, что сам легочный насос, казалось бы, работает исправно и само легкое находится в отличной форме. Представьте себе такую картину: человек налетел на какой–то острый предмет, который впился в его грудную клетку и пропорол кожу и мышцу. Предмет вошел в тело неглубоко, его легко удалили, кровотечение оказалось несерьезным и было быстро остановлено, мышцы грудной клетки и диафрагма продолжают нормально работать, а человек неизвестно почему начинает задыхаться. Догадались, почему? Оказывается, небольшая и не очень серьезная рана полностью нарушила работу легочного насоса одного из легких. Если полость, где находится легкое, получила сообщение с внешним миром, то при ее расширении в ней не происходит уменьшения давления, так как воздух легко проникает через рану, и теперь ничто не заставляет его врываться в легкие через трахею и заполнять альвеолы.

При оказании пострадавшему первой помощи в этом случае необходимо попытаться прекратить движение воздуха через рану, проникновение его в плевральную полость при вдохе и выдавливание из нее наружу при выдохе. Для этого на рану накладывают не совсем обычную повязку. Для нее необходимо иметь кусочек клеенки, полиэтиленовый пакет или другой материал, не пропускающий воздух. Рану накрывают чистой тканью, а поверх кладут клеенку и крепко ее прибинтовывают. Такая повязка вряд ли полностью восстановит изоляцию легочной полости. При вдохе через рану воздух будет туда засасываться, а при выдохе удаляться из нее наружу, но если повязка уменьшит количество проникающего в легочную полость воздуха, то работа легочного насоса частично восстановится. Конечно, срочная медицинская помощь все равно будет необходима. Ну а если дыхание восстановить не удается, нужно поддерживать жизнь пострадавшего искусственным дыханием рот в рот.

Четверорукий растяпа

– Почему в легких кислород вступает в связь с гемоглобином, а в тканях тела эта связь нарушается? – задал я вопрос шестикласснице Марине.

Маринка задумалась, но на другой день она явилась ко мне с рисунком. На нем был изображен небольшой, пузатый" одетый в красные штаны и красную рубашку уродец с коротенькими ножками и с четырьмя длинными растопыренными руками. В каждой из них он своими короткими толстыми пальцами удерживал по большому шарику. Масса таких же шариков кружилась в воздухе вокруг человечка.

– Это, – Маринка ткнула пальчиком в живот уродцу, – молекула гемоглобина. А эти шарики – молекулы кислорода. В легких молекул кислорода много. Человечек своими длинными руками может дотянуться до любой из них и схватить ее. Но разве такими коротенькими пальцами их удержишь? – Маринка показала мне по очереди все четыре руки своего человечка.

– Растяпа–гемоглобин, – девочка продолжала развивать начатую тему, – постоянно теряет кислородные молекулы, но здесь в легких их так много, что ему не составляет никакого труда сразу же схватить новую. Другое дело – в тканях тела. Там молекул кислорода мало. Когда растяпа в очередной раз теряет здесь одну из них, найти и схватить взамен ей новую ему удается редко.

Девочка закончила свой рассказ и теперь смотрела на меня с видом победительницы.

– Ну как, я правильно объяснила?

Я вынужден был признать, что ее аллегория довольно верно отображает процессы поглощения кислорода гемоглобином в легких и последующую его передачу тканям тела. К тому, что придумала Маринка, я мог бы только добавить, что при недостатке кислорода в тканях тела там образуются вещества, которые, переходя в кровь, действуют на гемоглобин, как вино. Растяпа пьянеет, становится еще растяпистее, у него нарушается координация движений, поэтому он теряет способность удерживать молекулы кислорода.

Если перейти на более строгий язык, это явление объясняется тем, что сродство гемоглобина с кислородом, то есть его способность вступать с кислородом в прочную связь, существенно снижается, и молекулы кислорода теряют с ним связь, обретая самостоятельность.

Насос

Сердце – это мышечный насос. Мышечный потому, что стенки его состоят из мышечной ткани. Размером оно с кулак взрослого человека и весит от 180 до 300 граммов, причем у женщин сердце, как правило, меньше, чем у мужчин. По своему устройству это полый орган, разделенный на.четыре попарно сгруппированных полости. Две из них названы правым и левым предсердиями.

Именно в них поступает кровь. В левое предсердие сливается кровь, пропущенная через легкие и обогащенная кислородом. В правое предсердие поступает кровь, вернувшаяся из остальных частей тела, отдавшая по пути все свои запасы кислорода и вобравшая в себя максимум углекислого газа.

Каждое из предсердий через специально предназначенное для этого отверстие соединяется с одноименным желудочком. Эти отверстия снабжены клапанами, которые позволяют крови течь лишь в одном направлении из предсердий в желудочки. Правый клапан – трехстворчатый, а левый – двухстворчатый. Он назван полулунным, так как состоит из двух створок, в расслабленном состоянии имеющих форму месяца.

Рабочий цикл нашего живого насоса начинается со сжатия (систолы) предсердий, при этом кровь проталкивается в желудочки через открывшиеся под ее напором клапаны. Когда кровь наполнит желудочки, они сокращаются. При этом кровь открывает клапаны в артерии и нагнетается в них. Вслед за сокращением мышц, окружающих внутрисердечные камеры, возникает их расслабление, сначала предсердий, а затем желудочков. Как только мышцы предсердий расслабятся, начинается их заполнение кровью, которая поступает из соответствующих вен. После короткого отдыха наполнившиеся кровью предсердия сокращаются. Начинается очередной сердечный цикл.

У человека на осуществление полного сердечного цикла требуется меньше секунды. За минуту в покое сердце совершает в среднем 75 сокращений, то есть осуществляется 75 сердечных циклов. Частота сердечных сокращений зависит от размера животного и от того, находится оно в покое или занято физически тяжелой деятельностью. Чем крупнее животное, тем медленнее бьется его сердце: у китов оно совершает 15–16 сокращений в 1 минуту, у слонов 22–28, у льва – 40, а у человека 60–80, и каждый раз выбрасывает 70–80 миллилитров крови. За минуту живой насос человека перекачивает 5,5 литров крови, а при сильных нагрузках частота сердечных сокращений увеличивается до 100–130 сокращений в минуту, и за это время оно перекачивает до 11–15 литров крови. Это 6–10 тонн крови в сутки и не меньше 150 000–250 000 тонн за человеческую жизнь.

Такая напряженная работа сердца человека далека от рекорда. У крохотной синички московки, весящей всего каких–то 8 граммов, сердце в сравнении с человеческим перекачивает совсем немного крови, зато сокращается со скоростью 1200 раз в минуту. Просто невероятно, ведь это 100–150 млн. сокращений за ее короткую семилетнюю жизнь.

Как же крохотное синичье сердечко справляется с такой колоссальной работой? Если детально разобраться в работе сердца, станет ясно, что ничего необычного в его напряженной работе нет. Несмотря на постоянную напряженность (1200 сокращений синичье сердце делает в покое, а это нешуточная работа!), оно умеет регулярно отдыхать и делает это не хуже человеческого сердца.

Давайте сравним, чье сердце отдыхает лучше, птичье или человечье. У человека предсердия тратят на каждое свое сокращение 0,11–0,14 секунды и после каждого сокращения отдыхает в течение 0,66 секунды, что составляет в сутки всего 3,5–4 часа работы и около 20 часов отдыха. Сокращение желудочков продолжается несколько дольше, около 0,27–0,35 секунды. Следовательно, в сутки желудочки сердца работают 8,5–10,5 и отдыхают 13,5–15,5 часов.

Сердце умудряется отдохнуть и у маленьких птичек. У них оно сокращается гораздо чаще, зато чаще и отдыхает. У синичек–лазоревок при частоте сердца 1000 раз в минуту время сокращения предсердий равняется 0,014 и последующего отдыха 0,046 секунды. Сокращение желудочков осуществляется за 0,024, а их отдых длится 0,036 секунды. Таким образом, предсердия работают всего 5 часов 40 минут и отдыхают 18 часов 20 минут, а работа желудочков длится 9 часов 36 минут и отдых – 14 часов 24 минуты. Ничуть не хуже, чему человека.

Чтобы справляться с такой колоссальной нагрузкой, какая выпала на долю сердца, одного отдыха мало. Нужно еще хорошо питаться и получать достаточно кислорода. Поэтому у высших животных и человека сердце имеет очень мощную кровеносную систему и наряду с мозгом снабжается всем необходимым, причем снабжается в первоочередном порядке, частенько даже в ущерб другим важным органам нашего тела.

Кто его заставляет?

Сердце работает всю нашу жизнь, сокращение за сокращением, днем и ночью, в жару и мороз. Работает без отпусков, без перерывов па обед, не приостанавливая свою деятельность ни на минуту. В крохотном комочке клеток у 29–часового зародыша цыпленка уже что–то пульсирует, уже гонит куда–то жидкость, которую кровью считать еще нельзя. Кто заставляет сердце сокращаться? Кто приказал сердцу куриного эмбриона начать работу? У него ведь еще нет даже и намека па мозг, который позже берет бразды правления над организмом.

Оказывается, даже у взрослых животных сердце хотя и подчиняется командам мозга об изменении характера работы, замедляя, или, наоборот, ускоряя свой ритм, но может вполне обходиться и без них. Говоря фигурально, наше сердце работает по собственной инициативе, особенность, которую мы как–то не ценим.

Сердце такой труженик, что просто не может не работать. Волокна сердечной мышцы, как и клетки любого органа или ткани, можно выращивать в искусственных условиях на специальных питательных средах. При этом волокна сердечной мышцы эмбриона, даже находясь в пробирке, ритмически сокращаются, не ожидая ничьих указаний, и просто не в состоянии жить, не сокращаясь. Так же будет себя вести и взрослое сердце животного, вынутое из грудной клетки и лишенное всех связей с нервной системой.

Без верховного командования слаженной работы все же идти не может. Если бы каждое мышечное волокно сокращалось, когда ему заблагорассудится, общее сокращение могло бы произойти лишь случайно. Так в действительности и бывает в самые ранние периоды жизни зародышей, пока у них еще не сформировался командный пункт. Пока этого не произойдет, у крысиного эмбриона отдельные участки сердца сокращаются независимо друг от друга. У человека командный пункт находится в правом предсердии, недалеко от впадения в него вены. Он состоит из специализированных мышечных клеток, обладающих способностью работать автоматически. Они и задают ритм работе сердца, заставляют мышцы предсердий сокращаться и передавать свое возбуждение вторичному узлу, находящемуся в межпредсердной перегородке. От него возбуждение бежит по двум пучкам особых мышечных волокон, вызывая сокращения мышц желудочков. Благодаря большой скорости распространения возбуждения, которая достигает 5 сантиметров в секунду, все мышечные волокна желудочков сокращаются практически одновременно.

Не следует думать, что ритмоводители сердца работают как им Бог на душу положит. Они постоянно меняют свой ритм в соответствии с нагрузкой, с растяжением мышечных стенок сердца поступающей туда кровью, при изменении температуры крови.

Когда она повышается, а это означает, что организм включился в какую–то работу и обмен веществ усилился, сердечный ритм возрастает, чтобы обеспечить всем необходимым работающие мышцы. При снижении температуры крови частота сердечного ритма уменьшается.

Хотя сердце способно так регулировать свою работу, чтобы полностью обеспечивать потребности организма, оно охотно подчиняется командам нервных центров продолговатого и спинного мозга, поступающим по специальным нервам. Команды на ускорение и увеличение силы сердечных сокращений передают одни нервы, а о снижении частоты и силы сердечных сокращений – другие. Сердцу могут поступать и химические команды. Одни вещества тормозят работу сердца, другие ее усиливают. Эти вещества давно используются в медицинской практике, позволяя нормализовать нарушенную работу сердца.

Проблемы доставки

Водопроводная сеть больших городов доставляет потребителям огромное количество воды из расчета не менее одного кубометра на каждого его жителя. В отличие от нее, в замкнутой кровеносной системе человека курсирует ничтожное количество крови, примерно 7–10% от веса человеческого тела, что равняется 5–6 литрам. Это совсем не много. У улиток – брюхоногих моллюсков – вес крови составляет чуть ли не половину веса тела. Впрочем, у многих животных крови гораздо меньше, чем у человека. У рыб ее вес составляет всего 1,5–3,0% от веса их тела. Кому доводилось наблюдать, как разделывают на кухне свежепойманную рыбу, вероятно, обратил внимание на то, что при этом кровотечения не возникает, и поварам не угрожает опасность сильно перепачкаться в рыбьей крови.

Чтобы при таком незначительном количестве крови, каким располагает человек, она успевала снабдить его организм всем необходимым, кровь должна течь в сосудах с высокой скоростью. Насекомые, которые богаты кровью, вернее, жидкостью, которая ее заменяет, могут позволить себе, чтобы эта жидкость, отправленная для снабжения всем необходимым их маленького тела, возвращалась на исходную позицию через 30 или даже 35 минут. Кровь человека успевает обежать его тело всего за 23 секунды, делая за сутки свыше 100.000 оборотов, и это совсем не рекорд. При таком быстром обороте сердце человека, даже соблюдающего покой, перекачивает за 1 минуту около 6 литров крови, а за сутки от 6 до 10 тонн! Представляете, каким тружеником является наше сердце! У небольших животных кровь полный оборот делает значительно быстрее: у собаки за 16, а у кролика за 7,5 секунд.

Хотя кровь в организме позвоночных животных и человека движется по замкнутой системе, часть ее все же просачивается сквозь стенки сосудов. Эта убыль пополняется двумя путями. Во–первых, вода и многие важные для организма вещества всасываются в кровь в кишечнике, а во–вторых, та вода, которая понемножку (но зато постоянно!) просачивается из кровеносных сосудов, возвращается обратно в кровь. Сначала она накапливается во внеклеточных пространствах. В это время в нее из клеток тела поступают не нужные им, а подчас и вредные вещества. Эту жидкость собирают специальные мелкие сосудики. Соединяясь между собой, они образуют более крупные, а затем впадают в лимфатические протоки, которые сливают свое содержимое в крупные вены. Эта жидкость, собранная со всего организма, называется лимфой. В лимфатических сосудах, по которым она неторопливо течет к венам, находятся специальные клапаны, позволяющие ей течь лишь в одном направлении, в направлении вен. Лимфатические сосуды пронизывают все органы человеческого тела. Их нет только в ногтях, в коже, в волосах и в роговице глаза. За сутки в организме взрослого человека образуется 2–4 литра лимфы.

Кровь, предназначенная для снабжения нашего организма, из сердца поступает в самый крупный сосуд нашего организма – в аорту, а оттуда по артериям, которые ветвятся и постепенно становятся все тоньше и тоньше, попадает в самые тонюсенькие сосуды – капилляры и, пройдя их, переходит в тоненькие вены, которые постоянно сливаются, становясь все толще и толще, и наконец возвращается в сердце. Трудно сказать, сколько всего в нашем теле артерий и вен. Приблизительные подсчеты показывают, что если их всех соединить друг с другом, получился бы сосуд длиною около 100.000 километров! Чтобы их все заполнить, количество имеющейся у нас крови было бы недостаточно. Обычно хорошо снабжаются кровью только те органы, которые в данный момент усиленно работают. Вот почему после сытного обеда нас нередко клонит ко сну. В этот период, когда пищеварительные органы должны работать в повышенном режиме и справиться с обедом, значительная часть крови направляется туда, а мозгу ее начинает не хватать. Вот он и намекает на то, что пора бы объявить "тихий час".

Чтобы протолкнуть кровь через цепочки сосудов, сердцу здорового человека приходится усиленно работать, развивая давление в сосудах до 120 миллиметров ртутного столба. Если человек занят тяжелой физической работой или у него больные суженные сосуды, сердцу приходится поднимать давление крови. Необходимость для человека столь высокого давления объясняется тем, что в отличие от большинства животных, у которых так же, как у собак или кошек, и сердце, и головной мозг находятся примерно на одном уровне, голова человека, а значит и его мозг, поднята высоко над сердцем. Мозг необходимо снабжать кровью в первую очередь, и снабжать обильно, не экономя на мозге. Чтобы закачивать кровь туда, наверх, в кровеносных сосудах приходится поддерживать высокое давление.

"Упаковка"

Сколько живых цыплят можно перевезти в товарном железнодорожном вагоне? Сколько из них удается доставить по назначению? Если их выпустить прямо в вагон, то очень немного, и при этом дверь вагона всю дорогу нужно держать закрытой, чтобы цыплята не разбежались. Другое дело, если живой груз распределить по клеткам. Их можно составить пирамидами до потолка, и цыплят поместится гораздо больше, к тому же они по дороге никуда не денутся.

Сходная картина происходит с кислородом, который кровь разносит по организму. Просто в крови, тем более в крови теплокровных животных, имеющей температуру +37–40°С кислорода может раствориться совсем немного. Можно ли таким путем обеспечить организм достаточным количеством этого газа? Иногда можно. В морях, омывающих берега Антарктиды, обитают удивительные рыбы–белокровки. Они отказались от дорогостоящей "упаковки" и наладили доставку кислорода непосредственно плазмой крови. Живут эти рыбы в очень холодной воде с температурой от –2 до +2°С. Пресная вода в лужах, прудах и озерах при температуре –2°С превращается в лед, но в океане вода соленая и поэтому при такой температуре не замерзает.

Белокровки – крупные рыбы длиной до 60–70 сантиметров с голым и полупрозрачным телом. Они не "упаковывают" молекулы кислорода, не завели для этого клетки и ящики, а отсутствие большого вагона компенсируется рекордно большим объемом крови, крупным и сильным сердцем, способным прогнать сквозь сосудистую сеть значительное количество жидкости.

Благодаря низкой температуре тела рыб и окружающей воды в их крови может раствориться достаточное количество кислорода, достаточное, потому что у рыб, живущих в природном холодильнике, процессы обмена веществ текут медленно, вяло, и поэтому кислорода им требуется гораздо меньше, чем теплокровным животным. Среди мелких обитателей океана, таких, как черви и моллюски, многие довольствуются тем количеством кислорода, которое может раствориться в их крови или проникнуть в их тело прямо через наружные покровы, а потом добраться до каждой клеточки их организма.

Большинство животных научилось более компактно "упаковывать" молекулы кислорода и в упакованном виде доставлять их к месту назначения. "Упаковочным материалом" для человека и высших животных служит железосодержащий белок гемоглобин. В состав Молекулы гемоглобина входит 4 атома железа. Оказывается, в крови любого человека должно быть много железа.

Атомы железа в большой молекуле гемоглобина используются как стыковочные узлы космической станции, с которой стыкуются прибывающие на станцию космические корабли. К каждому атому железа пристыковывается по одной молекуле кислорода. Присоединившись к гемоглобину, кислород создает новое вещество, которое называют оксигемоглобином, и при этом молекулы кислорода как бы исчезают. На их месте в крови могут раствориться 4 новые молекулы кислорода. С помощью гемоглобина кровь человека может унести в 70 раз больше кислорода, чем его растворено в крови.

Гемоглобин имеет красный цвет, его придают ему атомы железа. Высшие животные для переноса кислорода используют и другие железосодержащие белки, их кровь тоже имеет красный цвет. Моллюски и высшие ракообразные – креветки, лангусты, омары – используют для этой цели медьсодержащий белок гемоцианин. Два атома меди этого белка способны удержать одну молекулу кислорода. Немного, но все же лучше, чем совсем ничего. С помощью гемоцианина кровь переносит кислорода больше, чем смогла бы перенести без него.

Гемоцианин, к которому присоединилась молекула кислорода, имеет синий цвет. Это он придает крови ракообразных благородный голубой оттенок. Голубую кровь имеют именно они, а не испанские гранды, которые некогда кичились своим происхождением и тем, что якобы имеют необычную голубую кровь. В эпоху средневековья им верили, а гранды были обычными выдумщиками и лгунишками.

"Контейнеры"

Если нужно перевезти в другой город десяток стульев, тумбочку для телевизора, обеденный стол и два десятка чемоданов, больших коробок и тюков, никто не станет отправлять столько вещей по отдельности, а возьмет в аренду контейнер подходящего размера, все туда аккуратно сложит и в таком виде отправит груз по назначению. Так не только удобнее, но'и надежнее: ничто в дороге не потеряется и не будет повреждено, как уложил свои вещи в контейнер, в таком виде их и получишь.

Все, что содержится в крови, все, что несет она по сосудам, предназначено для клеток нашего тела. Они отбирают из нее все необходимое им и используют на собственные нужды. Только гемоглобин, с помощью которого переносится кислород, должен быть неприкосновенным. Гемоглобин – это белок, а потребность в’ белках у клеток тела огромна, но им ведь не объяснишь, каким белком пользоваться можно, а какой трогать нельзя. Если гемоглобин будет оседать в тканях тела, разрушаться там и использоваться на их нужды, придется постоянно создавать все новые и новые его порции, иначе транспортировка кислорода станет невозможной.

Чтобы этого не происходило, природа поначалу пошла на создание очень крупных молекул гемоглобина. Такие белки не способны проникать сквозь оболочки клеток, вот почему они подогу сохранялись в крови и могли многократно использоваться. Для высших животных и человека был найден более надежный способ предотвращать расхищение молекул гемоглобина. В их крови гемоглобин не плывет сам по себе, влекомый потоком крови, а помещен в "контейнеры" – в красные кровяные тельца – эритроциты. В таком виде гемоглобин и путешествует по организму. Вот почему молекулы этого вещества у человека невелики. Иметь мелкие молекулы гемоглобина выгодно для организма.

Давайте с цифрами в руках проверим, насколько выгоднее иметь мелкие эритроциты. Предположим, в "контейнер" – эритроцит человека – помещается 100 миллионов крупных молекул гемоглобина. Если каждая из них унесет с собою, как ей и положено, 4 молекулы кислорода, то в "контейнере" должно оказаться 400 миллионов молекул кислорода. На самом деле молекулы гемоглобина у человека не очень крупные. В эритроците их помещается 400 миллионов штук и кислорода они уносят в четыре раза больше – 1600 миллионов молекул. Выгода несомненная.

Размер "контейнеров"–эритроцитов тоже не случаей. Конечно, удобнее иметь большие контейнеры – с ними меньше возни. Правда, проталкивать их сквозь узкие капилляры трудно, а главное, на проникновение в них молекул кислорода и поиски в их глубине еще не занятых молекул гемоглобина требуется значительно больше времени, чем на поиски свободных молекул в маленьком контейнере. Возникает опасность, что часть молекул гемоглобина окажется незагруженной, ведь кровь очень недолго находится в легких. Вот почему у животных с не очень интенсивным обменом веществ, не испытывающих потребности в получении большого количества кислорода, у протеев, огненных саламандр, гребенчатых тритонов "контейнеры"–эритроциты огромны. Чуть меньше они у жаб, лягушек, ужей и многих ящериц. Зато у животных, живущих высоко в горах, где давление воздуха низко и значит в нем мало кислорода, у коз, козерогов, у кабарги "контейнеры"–эритроциты крохотные. Человек по размерам своих эритроцитов находится где–то посередине, причем ближе к козам, чем к саламандрам и жабам, вот почему люди способны становиться альпинистами и покорять горные вершины. Животные с крупными эритроцитами жить высоко в горах не могут.

Сколько нужно иметь "контейнеров", чтобы обеспечить доставку необходимого количества кислорода? Человеку полагается в каждом кубическом миллиметре крови иметь 5 миллионов эритроцитов. Это значит, что у человека, имеющего в своем распоряжении 5 литров крови, их должно быть 25.000.000.000.000. Сравните человека с другими существами.

У протея в 1 кубическом миллиметре крови находится всего 36 тысяч эритроцитов, а у миноги 130 тысяч, зато у ламы их 13, а у коз даже 18 миллионов!

В погоне за уменьшением объема эритроциты позвоночных животных, которые первоначально имели шарообразную форму, превратились в плоские диски. Так максимально сократился путь молекул кислорода в глубь "контейнера"–эритроцита. У человека, кроме того, в центре диска с обеих сторон есть вдавления, что позволило еще больше сократить путь молекул кислорода, разыскивающих в глубине эритроцита еще свободные молекулы гемоглобина, и увеличить размер его поверхности, через которую они проникают в эритроцит.

Транспортировать гемоглобин в специальной таре очень удобно, но добра без худа не бывает. Эритроцит – живая клетка и сам должен потреблять для своего дыхания немало кислорода. Природа не терпит расточительства и сумела сократить ненужные расходы.

Самая важная часть любой клетки – ядро. Если его осторожно удалить, а такие ультрамикроскопические операции ученые умеют делать, то безъядерная клетка, хотя и не гибнет, все же становится нежизнеспособной, утрачивает свои функции и поэтому резко сокращает потребление кислорода. Этот принцип и был использован в процессе совершенствования эритроцитов млекопитающих: они лишились своих ядер. Основная функция эритроцитов – быть "контейнерами" для гемоглобина, и она при этом не пострадала, а сокращение обмена веществ обеспечило резкое уменьшение расхода кислорода.

"Вооруженная охрана"

Кровь – транспортное средство. Только ее бесперебойная и ничем не осложненная работа гарантирует организму жизнь. Поэтому ее приходится тщательно охранять от проникновения вооруженных "бандитов" и других нежелательных элементов. Передвигаясь по сосудам, кровь в легких и кишечнике почти что непосредственно соприкасается с внешней средой. И легкие, и особенно кишечник, бесспорно, – самые грязные места в организме. Вирусам и микробам .здесь очень легко проникать в кровь. Да и почему бы им к этому не стремиться. Кровь – чудесная питательная среда. Если не поставить тут же, при входе, бдительных и неумолимых стражей, дорога жизни организма стала бы дорогой его смерти.

Стражи тела нашлись без труда. Ими стали лейкоциты – белые клетки крови. Это подвижные клетки, похожие на обычных амеб, способные не только плавать, но и ползать по поверхности любых тел и проникать в любые микроскопические отверстия или щели. Лейкоциты – самые крупные клетки человеческой крови. Многие из них в 2–3 раза крупнее красных кровяных телец – эритроцитов.

Чтобы успешно бороться с патогенными микробами, необходимо очень много лейкоцитов. Организм производит их в огромных количествах, так как продолжительность их жизни вряд ли велика. Ведь лейкоциты – "солдаты" и, видимо, никогда не доживают до старости, а гибнут на войне, в схватках за наше здоровье. Вероятно, поэтому точно установить продолжительность жизни белых кровяных клеток не удается. Одни ученые утверждают, что век лейкоцита всего 23 минуты, другие считают, что они способны прожить 15 дней. Более точно удалось установить лишь век лимфоцитов – одной из разновидности крохотных "санитаров". Он равняется 10–12 часам, то есть за сутки организм человека не менее двух раз полностью обновляет состав лимфоцитов.

Лейкоциты при необходимости легко покидают кровь и углубляются в ткани тела навстречу проникшим туда микроорганизмам. Пожирая опасных для человека микробов, "солдаты" организма отравляются их сильно–действующими ядами и массами гибнут, но не сдаются. Волна за волной сплошной стеной идут они на болезнетворный очаг, пока сопротивление врагов не будет сломлено и их не уничтожат. Каждый лейкоцит способен "проглотить" до 20 микроорганизмов.

Врагов приходится уничтожать не только в глубинах организма, с ними необходимо вести борьбу и на поверхности нашего тела. Недаром лейкоциты массами выползают на поверхность слизистых оболочек, на деснах и языке, в глотке, трахее, бронхах и бронхиолах, где всегда много микроорганизмов. Только в ротовую полость человека ежеминутно вылезает до 250 тысяч лейкоцитов. Это смертники. Обратно в организм они уже не вернутся. Здесь на "боевом посту" гибнет в течение суток значительная часть наших лейкоцитов.

"Аварийная служба"

Любые трубопроводы, трубы воздушной почты, водопровод, трубы, по которым подается газ, нефтепроводы, в общем, все–все подобные виды доставки жидких и газообразных веществ снабжаются манометрами – приборчиками, показывающими величину давления внутри системы. В кровеносной системе любого организма тоже имеются чувствительные клетки, находящиеся в важнейших участках артериальной сети. Они предназначены для определения внутри кровеносных сосудов давления и информирования мозга о его величине. Для благополучия организма важно, чтобы давление в кровеносной системе не опускалось ниже дозволенного, иначе снабжение кровью многих органов нарушится, и не поднялось слишком высоко, чтобы не произошло разрыва кровеносного сосуда. При малейшем отклонении от нормы сигналы тревоги немедленно передаются в мозг, и он дает команду сердцу усилить или наоборот ослабить его работу, а тонким артериальным сосудам – сжаться или увеличить свой просвет, чтобы усилить или сократить поступление крови к определенным органам тела, кровоснабжение которых нарушилось.

Как ни внимательно следят чувствительные клетки за состоянием кровяного давления, всегда возможна авария. Еще чаще беда приходит со стороны. Любая, даже самая незначительная, рана разрушит сотни, тысячи сосудов, и через эти пробоины сейчас же хлынет кровь. Неудивительно, что для обеспечения бесперебойной работы кровеносной системы р_на имеет отличную аварийно–спасательную службу. В ее состав входит несколько специализированных бригад.

Первая бригада предназначена для ликвидации прорывов. У примитивных животных эта бригада работает не очень оперативно и не очень квалифицированно. Для этих существ природа предусмотрела возможность значительного уменьшения количества жидкости, циркулирующей в их кровеносной сети. Крупный жук легко перенесет потерю половины жидкости, которая у него заменяет кровь, а для человека потеря 30% крови смертельна.

Если судно в море получает пробоину, команда старается заткнуть образовавшуюся дыру любым подсобным материалом. Природа в изобилии снабдила кровь собственными заплатками. Под заплатки используются веретенообразные клетки крови – тромбоциты. По своим размерам они ничтожно малы, всего 2–4 микрона. Заткнуть такой крохотной затычкой сколько–нибудь значительную дыру было бы невозможно, если бы тромбоциты не обладали способностью слипаться под воздействием особого фермента, которым природа щедро снабдила ткани, окружающие сосуды, кожу и другие места, больше всего подверженные травмам. При малейшем повреждении тканей этот фермент обретает самостоятельность, смешивается с кровью, и тромбоциты. немедленно начинают слипаться, образуя комочки, а кровь несет для них все новые порции строительного материала, ведь в каждом ее кубическом миллиметре их содержится 150–400.

Сами по себе тромбоциты большой пробки образовать не могут. Затычка получается благодаря образованию в крови нитей особого белка – фибрина. Он под действием фермента тромбина (от слова "тромб") моментально синтезируется из веществ, постоянно находящихся в крови. В образовавшейся из волокон фибрина сети застревают комочки слипшихся тромбоцитов, а также красные и белые клетки крови. Значительная пробка образуется в считанные минуты. Если поврежден не очень крупный кровеносный сосуд и давление крови в нем не настолько велико, чтобы вытолкнуть пробку, утечка будет ликвидирована.