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.
