Текст книги "Я познаю мир. Тайны человека"

Автор книги: Б. Сергеев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 17 страниц)

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.

Новости окружающего мира

Удивительная антенна

Целый день в наш мозг по бесчисленным каналам связи – нервным клеткам – поступает информация. В слуховом нерве 30.000 проводов–волокон! в зрительном нерве их еще больше, около 900.000. Объем информации, поступающей ежесекундно в мозг, огромен. Организм человека и животных обладает множеством самых разных приемных устройств, каждое из которых способно воспринимать лишь определенный вид информации.

Сколько же каналов связи у организма? Сколько способов извлечение информации ему известно?

Приемные устройства для извлечения информации, или рецепторы, в обыденной, жизни принято называть органами чувств. Их много. Специалисты называют шесть основных: зрение, слух, органы равновесия, вкус, обоняние и кожную чувствительность.

Сходство между рецепторными клетками различных органов чувств, конечно, не полное. Есть и серьезные различия. В антеннах зрительных клеток, например, содержится особое вещество, называемое зрительным пурпуром, которое изменяется под действием света. Благодаря этой фотохимической (светохимической) реакции рецепторная клетка возбуждается, то есть реагирует на свет, воспринимает его. В рецепторных клетках других органов чувств пурпура нет. С помощью каких веществ они воспринимают раздражители, ученым пока не известно.

Почему так много сходства в строении различных рецепторных клеток, сказать трудно. Видимо, их конструкция оказалась очень удачной, поэтому природа, создавая самые разнообразные органы чувств, и использовала оправдавшие себя типовые, стандартные детали.

С момента зарождения жизни на Земле прошли миллиарды лет, животный мир на нашей планете проделал огромный путь развития от примитивных одноклеточных существ, почти не воспринимающих раздражения окружающего мира, до современного человека с его многочисленными, очень совершенными и чрезвычайно чувствительными рецепторами. Кажется, между человеком и инфузорией не осталось ничего общего. Но нет! Рецепторные клетки человека и птиц, рыб и насекомых, моллюсков и других животных воспринимают окружающий мир, любые его раздражения любыми органами чувств с помощью сходно устроенных подвижных антенн. Даже одноклеточные организмы, такие, как эвглена, и они используют все ту же подвижную антенну. Вот что значит удачная конструкция! Она проходит не только черёз века и тысячелетия. Для нее не страшны даже миллиарды лет! Живые организмы Земли пронесли подвижную антенну от самого зарождения жизни до наших дней.