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.
