Любое одноклеточное существо, живущее в море, настолько крошечное, что его можно разглядеть только под микроскопом, имеет запас крови, в миллиарды раз превосходящий человеческий.

Поначалу это может показаться невозможным, но, когда вы поймете, что для одноклеточного существа кровью является целый океан, все станет на свои места. Это создание поглощает из воды пищу и кислород так же, как наши ткани получают их из крови. Отходы жизнедеятельности одноклеточного организма тоже поступают в океан, как и человеческие в кровь.

Вероятно, именно так и зародилась жизнь: в виде микроскопического сгустка живой субстанции, лениво пожирающей съедобные вещества, которыми буквально кишит океан и которые, в свою очередь, образовались из более простых молекул под действием ультрафиолетовых лучей солнца. Когда формы жизни приумножились, а запасы пищи уменьшились, стали предпочтительны более эффективные способы сосуществования. Примитивная жизнь была выброшена из своего Эдема, что вынудило ее бороться за выживание.

Жизнь возникла благодаря воде. Химические реакции, происходящие в живых тканях, требуют участия молекул, плавающих в воде или находящихся на поверхности мембран, которые омываются водой. Эти реакции часто и происходят с участием самих молекул воды.

Этому не надо удивляться. Жизнь зародилась в океане и никогда не покидала его. Внутри нас по-прежнему океан.

Единственными тканями в нашем организме, в которых содержание воды относительно невелико, являются жировая и костная (скелет). В них содержится всего около 25 % воды. И жировая, и костная ткани довольно пассивны. Нельзя сказать, что они не живые и в них не происходит никаких процессов. Просто процессы эти замедленны по сравнению с другими тканями. В бурном круговороте химических веществ в организме жировая и костная ткани могут сравниться с тихими улочками посреди оживленных проспектов.

С кровью дело обстоит совсем иначе. Поскольку это жидкость, то можно предположить, что она содержит воды больше, чем другие ткани. Но это не совсем справедливо.

В целом в тканях организма, если не принимать во внимание жировую и костную, содержится от 70 до 85 % воды. В этом отношении кровь представляет собой нечто среднее. Она на 80 % состоит из воды. Сердце и почки также состоят из воды на 80 %, хотя они и не жидкие, как кровь. Больше всего воды содержится в сером веществе головного мозга — 85 %.

Из всего разнообразия веществ, находящихся в окружающей среде, воздух, или, точнее, кислород, является самым жизненно необходимым. Если нужно, мы можем несколько дней обходиться без воды, а без пищи неделями. Я не хочу сказать, что это приятный процесс, однако наш организм способен накапливать питательные вещества и воду, чтобы поддерживать нас в трудный период.

Когда речь заходит о воздухе, дело обстоит совсем по-другому. Стоит прекратить доступ воздуха всего на пять минут, и наступит смерть.

Раз кислород так необходим, организм должен обладать специальной системой, которая бы снабжала им все органы. Хорошенько запомните следующее: кислород нужен не только вам и вашему организму в целом. Он необходим каждой из множества миллиардов микроскопических клеток. У каждой клеточки должен быть свой запас кислорода, иначе она погибнет. Клетка не сможет выжить, если кислород есть у ее соседок. Ей нужен свой собственный.

Всем известно, что кислород поступает в организм из воздуха при дыхании. Однако это только первый шаг. Простой вдох приводит всего лишь к тому, что воздух через нос попадает в легкие. Это ни в коей мере не поможет какой-нибудь клетке большого пальца ноги заполучить свою порцию кислорода.

В нормальной атмосфере гемоглобин связывает только кислород. Это значит, что на связывание кислорода не оказывают воздействия другие компоненты воздуха: азот, двуокись углерода, пары воды или аргон. Гемоглобин собирает исключительно молекулы кислорода.

Однако некоторые газы могут этому помешать.

Например, если углерод или углеродсодержащее вещество, такое, как уголь или бензин, сжечь при недостатке кислорода, образуется некоторое количество моноокиси углерода, или угарного газа. Молекула угарного газа состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода. Когда кислорода в достатке, образуется двуокись углерода. Ее молекула состоит из атома углерода и двух атомов кислорода.

Угарный газ — довольно активное вещество. Он может соединиться с кислородом и превратиться в менее активную двуокись углерода. Угарный газ способен соединяться и с другими веществами, например с железом.

Если в воздухе присутствует небольшое количество угарного газа, он попадет в легкие, и некоторые молекулы газа проникнут через мембраны альвеол в кровь. Оказавшись в крови, молекулы угарного газа прикрепятся к атомам железа, находящимся в составе гемоглобина.

Иногда возникают сложности не с выработкой гемоглобина в организме, а с выработкой самих красных клеток — «мешочка», в котором содержится гемоглобин. Этот «мешочек» называется стромой. Красные клетки, помещенные в дистиллированную воду, через некоторое время лопнут, и из них выйдет гемоглобин. Останется пустая мембрана, получившая драматическое название «тени» красной клетки. Вероятно, строма пронизывает внутреннюю часть клетки, создавая секторы. Иногда удается разрушить клетку таким образом, что часть гемоглобина выходит наружу, а часть остается в клетке, очевидно окруженная тонкими перегородками — стромой.

Когда нарушается образование стромы, красные клетки изменяют свой внешний вид и разрушаются очень быстро. Вместо обычных 125 дней они живут всего сорок. В каждой клетке, как и положено, есть запас гемоглобина, только его больше, чем в обычных клетках. Они также крупнее нормальных эритроцитов, поэтому их называют макроцитами. Беда в том, что количество клеток мало и постоянно уменьшается, так что в конце концов их содержание не превышает 2 500 000 на кубический миллиметр.

Иногда с красными клетками происходят разного рода неприятности не по их вине, а скорее из-за попадания в систему кровообращения чужеродных тел. Например, некоторые змеиные яды, а также яды скорпионов и многоножек содержат химические вещества, способные расщеплять элементы стромы красных клеток. В итоге строма повреждается, и в плазму крови выходит гемоглобин.

Феномен распада красных клеток называется гемолизом и может также вызываться паразитами, попадающими в красную клетку, размножающимися в ней и постепенно разрушающими ее. Самой распространенной болезнью этого типа является малярия.

Другое опасное нарушение деятельности красных клеток может вызываться извне. В кровь проникают вещества, вызывающие склеивание, или агглютинацию, красных клеток. Любое вещество, приводящее к этому, называется агглютинином. Опасность агглютинации очевидна. Склеенные клетки не могут выполнять свои функции, и, что еще опаснее, они закупоривают мелкие кровеносные сосуды. Закупорка жизненно важного сосуда, например в мозгу, может вызвать паралич и даже смерть.

После того как я познакомил читателя с передающимися по наследству вариациями в химическом составе красной клетки, мы можем идти дальше. К примеру, гемоглобин может существовать в нескольких разновидностях, которые также передаются по наследству, и обладание некоторыми из них иногда чревато серьезными последствиями.

У подавляющего большинства людей в крови находится обычный гемоглобин. По всей вероятности, между моим гемоглобином и вашим химики не найдут никакой разницы. Этот нормальный и обычный гемоглобин называется гемоглобином А.

Красные клетки в крови плода содержат гемоглобин, слегка отличающийся от обычного. У этих двух гемоглобинов разные электрические свойства, что требует дальнейшего обсуждения.

Все белки имеют электрические заряды, локализованные в разных точках на поверхности их больших молекул. Существует два типа электрического заряда — положительный и отрицательный, и все белки обладают обоими типами. Эти заряды, объединяясь, составляют суммарный заряд молекулы. Он считается положительным, если на белке больше положительных зарядов, чем отрицательных, и отрицательным — в обратном случае. Он также может быть нулевым, это значит, что молекула несет равное количество положительных и отрицательных зарядов.

Как только благодаря гемоглобину и кровеносной системе кислород попадает в клетку, он соединяется с атомами молекул, полученных нами из пищи. В этом задействовано множество химических реакций, каждая из которых контролируется особым ферментом. В пище бесчисленное множество молекул, но в основном они состоят всего из четырех атомов: углерода, водорода, кислорода и азота. Эти четыре атома составляют 99 % всех атомов в пище.

Атомы водорода в органических соединениях (углеродсодержащие соединения, из которых состоят живые ткани и, следовательно, наша пища) легко соединяются в организме с кислородом, образуя воду. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атомы углерода в органических соединениях вступают в реакцию с кислородом и образуют углекислый газ. Молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Во время этих процессов происходит высвобождение энергии, так как смесь органических веществ и кислорода содержит больше энергии, чем образующиеся из нее углекислый газ и вода. Высвободившаяся во время перехода углерода от одного химического соединения к другому энергия выделяется в виде теплоты. Когда мы сжигаем уголь, нефть, природный газ, дерево, бумагу и тому подобное, углерод и водород, содержащиеся в этих материалах, соединяются с кислородом, и мы с благодарностью пользуемся полученным в результате этого теплом. Если реакция к тому же происходит быстро, то, кроме тепла, появляется и пламя.

Пока мы рассмотрели два способа контакта крови с внешним миром, естественно, сквозь мембраны: в легких и почках. Легкие служат входом и выходом для газов: в кровь поступает кислород, а выходят углекислый газ и пары воды. Почки служат выходом только для жидких веществ — воды, в которой растворены мочевина и другие продукты распада.

Есть еще одна точка соприкосновения крови и внешнего мира: пищеварительный тракт. Это длинная трубка, идущая ото рта к заднему проходу. С обоих концов она открыта внешнему миру, поэтому нельзя сказать, что содержимое пищеварительного тракта находится в организме. Таким же образом предмет, находящийся в дырке пончика, не находится в самом пончике, или вода, текущая по трубе, не проходит через металл, а лишь по внутренней поверхности трубы.

Когда мы едим, пища попадает в пищеварительный тракт, проходя через рот, горло и пищевод, под конец попадая в желудок, где может находиться часами. Организм не в состоянии усваивать твердую пищу. Только газообразные или жидкие вещества, в том числе и твердые вещества в растворах, могут проходить сквозь мембраны и попадать в организм. По этой причине мы пережевываем пищу и смешиваем ее со слюной, прежде чем проглотить. В желудке пища смешивается с желудочным соком — жидкостью, выделяемой маленькими железами, находящимися в оболочке желудка, тогда как слюна выделяется несколько более крупными железами, расположенными в щеках, под языком и под нижней челюстью. В слюне и желудочном соке содержатся ферменты, ускоряющие расщепление крупных молекул. Когда пища из желудка попадает в тонкую кишку, где в основном происходит пищеварение, она представляет собой густую массу.

Теперь нам нужно рассмотреть органические компоненты пищи, которые не могут всасываться стенкой кишечника, пока не будут расщеплены на мелкие молекулы при помощи пищеварительных ферментов. Именно эти органические соединения обеспечивают организм топливом, они содержат атомы углерода и водорода, которые, объединяясь с кислородом, высвобождают энергию.

Органические компоненты в пище можно разделить на три группы: 

1) углеводы, 

2) белки и 

3) жиры. Это разделение было придумано еще до того, как химикам стало известно строение молекул, и строилось оно главным образом на поведении веществ в воде, нежели на других их признаках.

Углеводы легко растворяются в воде или, по крайней мере, в кислоте. Жиры не растворяются в воде, и расщепить их можно только длительным нагреванием с щелочью. И жиры, и углеводы лучше растворяются в горячей воде, чем в холодной. Белки обычно растворимы в холодной воде, но могут совершенно не растворяться в горячей.

В начале предыдущей статьи упоминалось, что органические компоненты пищи делятся на три группы. Я рассказал об одной из этих групп: углеводах. Далее логично было бы перейти к белкам, потому что их метаболизм в организме происходит параллельно с метаболизмом углеводов.

Как правило, молекулы белков крупные и расщепляются при помощи кислот или ферментов. Таким же образом претерпевают изменение крупные молекулы крахмала или целлюлозы. Однако углеводы расщепляются на один тип молекул — глюкозу. Белки же расщепляются на несколько разных типов молекул. В основном это аминокислоты, о которых уже говорилось. В белках содержатся девятнадцать различных аминокислот.

Растения самостоятельно вырабатывают углеводы из углекислого газа и воды, как я уже вскользь упоминал. Этот процесс требует больших затрат энергии, поэтому растения должны ее где-то черпать.

Сложный химический механизм, ключевым компонентом которого является хлорофилл, использует солнечный свет и его энергию. Поскольку хлорофилл поглощает красный и желтый свет лучше других, он в основном отражает зеленую и синюю области спектра солнечных лучей, которые представляют собой смесь цветов. По этой причине растения имеют зеленую окраску.

Процесс производства углеводов из углекислого газа и воды называется фотосинтезом (в переводе с греческого «соединение воедино с помощью света»). В результате фотосинтеза от каждой молекулы углекислого газа и воды остается пара атомов кислорода. Эти атомы образуют молекулу кислорода, попадающую в атмосферу.

Можно заставить белковые молекулы осесть в растворе и не прибегая к помощи центральной силы, о чем говорилось в предыдущей главе. Такой же результат достигается, если сделать их менее растворимыми в воде. Если вода по какой-то причине не может удерживать молекулы белка на расстоянии друг от друга, они собьются в кучу и осядут в виде мелких кристаллов, или волокнистых комочков, или желатиновой массы, в зависимости от вида белка.

Одним из способов разделения молекул белков является изменение свойств воды, в которой они растворены. Можно вскипятить воду, однако нагревание разрушит белки. Можно растворить в воде новое вещество. Молекулы воды окружат ионы или молекулы этого вещества, и тогда молекулы белка получат относительную свободу.

Кровь уникальна тем, что это жидкая ткань. Это дает ей ряд преимуществ, которые уже обсуждались ранее. Однако у жидкости есть и один большой недостаток. Она может проливаться.

Это становится ясно, если повреждается большой кровеносный сосуд, особенно артерия. Кровь не просто вытекает из артерии, а выбрасывается с огромной силой. Чтобы остановить кровотечение, необходимо пережать артерию, например при помощи жгута, до тех пор пока организм не исправит повреждение.

То, что организм в состоянии исправить повреждение, очевидно. Мы постоянно режем, царапаем, ударяем и наносим сотни других повреждений своей коже, в результате чего мелкие сосуды разрываются и начинается кровотечение. Обычно оно не доставляет нам неприятностей. Мы промываем рану, наносим антисептическое средство, чтобы избежать заражения, но совершенно не думаем о потере крови. По опыту мы знаем, что вскоре кровь перестанет течь и свернется, место повреждения покроется корочкой, которая со временем отпадет, и под ней будет новая, неповрежденная кожа.

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru