Волны
О берега нашего собственного океана бьются волны, только они совсем не голубые, а алые. Впрочем, венозная кровь, насыщенная углекислотой и другими продуктами обмена, имеет синеватый оттенок. Это, видимо, было известно еще в XI веке. Во всяком случае, высшее дворянство, приближенные короля Кастилии, одного из первых королевств Пиренейского полуострова, сумевшего сбросить мавританское иго, утверждали, что в их жилах течет «голубая кровь». Тем самым они хотели показать, что никогда не роднились с маврами, чья кровь считалась более темной. На самом же деле этой привилегией пользуются лишь некоторые ракообразные, кровь у которых действительно голубая.
Воды внутреннего моря содержат все, что необходимо клеткам организма. У самых низших организмов тканевые жидкости по своему составу мало чем отличаются от обычной морской воды. По мере усложнения животных состав гемолимфы и крови начинает меняться. В ней, кроме солей, появляются физиологически активные вещества, витамины, гормоны, белки, жиры и даже сахара. В наши дни самой сладкой кровью обладают птицы, меньше всего сахара в крови рыб.
Основная функция крови – транспортная. Она разносит по телу тепло, забирает в кишечнике питательные вещества, а в легких кислород и доставляет их потребителям. У самых низших животных кислород, как и другие необходимые вещества, просто растворяются в циркулирующей по телу жидкости. Высшие животные обзавелись специальным веществом, которое легко вступает в соединение с кислородом, когда его много, и легко с ним расстается, когда его становится мало. Такие удивительные свойства оказались присущи некоторым сложным белкам, молекула которых содержит железо и медь. Гемоцианин - белок, содержащий медь, имеет голубой цвет; гемоглобин и другие сходные белки, содержащие в своей молекуле железо, – красный.
Молекула гемоглобина состоит как бы из двух частей – собственно белка и железосодержащей части. Эта последняя у всех животных одинакова, зато для белковой характерны специфические черты, по которым можно различить даже очень близких животных.
Строение молекулы гемоглобина
Все, что содержится в крови, все, что несет она по сосудам, предназначено для клеток нашего тела. Они отбирают из нее все необходимое и используют на собственные нужды. Только кислородсодержащее вещество должно остаться нетронутым. Ведь если оно будет оседать в тканях, разрушаться там и использоваться на нужды организма, трудно станет транспортировать кислород.
Поначалу природа пошла на создание очень крупных молекул, молекулярный вес которых в два, а то и в десять миллионов раз больше атома водорода, самого легкого вещества. Такие белки неспособны проходить сквозь клеточные мебраны, «застревая» даже в довольно крупных порах; вот почему они подолгу сохранялись в крови и могли многократно использоваться. Для высших животных было найдено еще более оригинальное решение. Природа снабдила их гемоглобином, молекулярный вес которого лишь в 16 тысяч раз больше, чем у атома водорода, но, чтобы гемоглобин не достался окружающим тканям, поместила его, как в контейнеры, внутрь специальных, циркулирующих вместе с кровью клеток – эритроцитов.
Эритроциты большинства животных круглые, хотя иногда их форма почему-то меняется, становится овальной. Среди млекопитающих такими уродами являются верблюды и ламы. Зачем в конструкцию эритроцита этих животных понадобилось вводить столь значительные изменения, пока точно не известно.
Поначалу эритроциты были большие, громоздкие. У протея, реликтовой пещерной амфибии, их диаметр 35–58 микрон. У большинства амфибий они значительно меньше, однако иногда их объем достигает 1100 кубических микрон. Это оказалось неудобно. Ведь чем больше клетка, тем относительно меньше ее поверхность, через которую в обе стороны должен проходить кислород. На единицу поверхности приходится слишком много гемоглобина, что мешает его полноценному использованию. Убедившись в этом, природа пошла по пути уменьшения размеров эритроцитов до 150 кубических микрон для птиц и до 70 для млекопитающих. У человека их диаметр равен 8 микронам, а объем 90 кубическим микронам.
Эритроциты многих млекопитающих еще мельче: у коз едва достигают 4, а у кабарги 2,5 микрона. Почему именно у коз такие мелкие эритроциты, понять нетрудно. Предки домашних коз были горными животными и жили в сильно разреженной атмосфере. Недаром количество эритроцитов у них огромно - 14,5 миллиона в каждом кубическом миллиметре крови, тогда как у таких животных, как амфибии, интенсивность обмена веществ которых не велика, всего 40–170 тысяч эритроцитов.
В погоне за уменьшением объема красные кровяные клетки позвоночных животных превратились в плоские диски. Так максимально сократился путь диффундирующих в глубь эритроцита молекул кислорода. У человека, кроме того, в центре диска с обеих сторон есть вдавления, что позволило еще больше сократить объем клетки, увеличив размер ее поверхности.
Транспортировать гемоглобин в специальной таре внутри эритроцита очень удобно, но добра без худа не бывает. Эритроцит – живая клетка и сам потребляет для своего дыхания массу кислорода. Природа не терпит расточительства. Ей немало пришлось поломать голову, чтобы придумать, как сократить ненужные расходы.
Самая важная часть любой клетки – ядро. Если его тихонечко удалить, а такие ультрамикроскопические операции ученые умеют делать, то безъядерная клетка, хотя и не гибнет, все же становится нежизнеспособной, прекращает свои основные функции, резко сокращает обмен веществ. Вот это и решила использовать природа, она лишила взрослые эритроциты млекопитающих их ядер. Основная функция эритроцитов – быть контейнерами для гемоглобина – функция пассивная, и пострадать она не могла, а сокращение обмена веществ было только на руку, так как при этом сильно уменьшается и расход кислорода.
Кровь не только транспортное средство. Она выполняет и другие важные функции. Передвигаясь по сосудам тела, кровь в легких и кишечнике почти что непосредственно соприкасается с внешней средой. И легкие и особенно кишечник, бесспорно, самые грязные места организма. Не удивительно, что здесь в кровь очень легко проникнуть микробам. Да и почему бы им не проникать? Кровь – чудесная питательная среда, притом богатая кислородом. Если не поставить тут же, при входе, бдительных и неумолимых стражей, дорога жизни организма стала бы дорогой его смерти.
Стражи нашлись без труда. Еще на заре возникновения жизни все клетки организма были способны захватывать и переваривать частички пищевых веществ. Почти в то же время организмы обзавелись подвижными клетками, очень напоминающими современных амеб. Они не сидели сложа руки, ожидая, когда ток жидкости принесет им что-нибудь вкусненькое, а проводили жизнь в постоянных поисках хлеба насущного. Эти бродячие клетки-охотники, с самого начала включившиеся в борьбу с попавшими в организм микробами, получили название лейкоцитов.
Лейкоциты – самые крупные клетки человеческой крови. Их размер колеблется от 8 до 20 микрон. Эти одетые в белые халаты санитары нашего организма еще длительное время принимали активное участие в пищеварительных процессах. Они выполняют эту функцию даже у современных амфибий. Не удивительно, что у низших животных их очень много. У рыб в 1 кубическом миллиметре крови их бывает до 80 тысяч - в десять раз больше, чем у здорового человека.
Чтобы успешно бороться с патогенными микробами, необходимо очень много лейкоцитов. Организм производит их в огромных количествах. Ученым пока не удалось выяснить продолжительность их жизни. Да вряд ли она может быть точно установлена. Ведь лейкоциты – солдаты и, видимо, никогда не доживают до старости, а гибнут на войне, в схватках за наше здоровье. Вероятно, поэтому у различных животных и в различных условиях опыта получились очень пестрые цифры – от 23 минут до 15 дней. Более точно удалось установить лишь срок жизни для лимфоцитов – одной из разновидностей крохотных санитаров. Он равняется 10–12 часам, то есть за сутки организм не меньше двух раз полностью обновляет состав лимфоцитов.
Лейкоциты способны не только странствовать внутри кровяного русла, но при надобности легко его покидают, углубляясь в ткани, навстречу попавшим туда микроорганизмам. Пожирая опасных для организма микробов, лейкоциты отравляются их сильнодействующими токсинами и гибнут, но не сдаются. Волна за волной сплошной стеной они идут на болезнетворный очаг, пока сопротивление врага не будет сломлено. Каждый лейкоцит может «проглотить» до 20 микроорганизмов.
Массами выползают лейкоциты на поверхность слизистых оболочек, где всегда много микроорганизмов. Только в ротовую полость человека – 250 тысяч ежеминутно. За сутки здесь на боевом посту гибнет 1/80 часть всех наших лейкоцитов.
Лейкоциты борются не только с микробами. Им поручена еще одна очень важная функция: уничтожать все поврежденные, износившиеся клетки. В тканях организма они постоянно ведут демонтаж, расчищая места для строительства новых клеток тела, а молодые лейкоциты принимают участие и в самом строительстве, во всяком случае в строительстве костей, соединительной ткани и мышц.
В юности каждый лейкоцит должен решить, кем быть, и в случае надобности становится фагоцитом и идет в бой на микробов, фибробластом – и отправляется на стройку или даже превращается в жировую клетку и, пристроившись где-нибудь к своим собратьям, не торопясь коротает век.
Безусловно, одним лейкоцитам не удалось бы отстоять организм от проникающих в него микробов. В крови любого животного много различных веществ, которые способны склеивать, убивать и растворять попавших в кровеносную систему микробов, превращать в нерастворимые вещества и обезвреживать выделяемый ими токсин. Некоторые из этих защитных веществ мы получаем по наследству от родителей, другие учимся вырабатывать сами в борьбе с окружающими нас бесчисленными врагами.
Как ни внимательно контрольные приборы – барорецепторы следят 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 хлынут наружу воды внутреннего океана.
Создавая для каждого животного индивидуальный океан, природе пришлось озаботиться организацией аварийной спасательной службы на случай разрушения его берегов. Поначалу эта служба была не очень надежной. Поэтому для низших существ природа предусмотрела возможность значительного обмеления внутренних водоемов. Потеря 30 процентов крови для человека смертельна, японский жук легко переносит потерю 50 процентов гемолимфы.
Если судно в море получает пробоину, команда старается заткнуть образовавшуюся дыру любым подсобным материалом. Природа в изобилии снабдила кровь собственными заплатками. Это специальные веретенообразные клетки – 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 тромбокиназы. Этим ферментом природа богато снабдила ткани, окружающие сосуды, кожу и другие места, больше всего подверженные травмам. При малейшем повреждении тканей тромбокиназа выделяется наружу, входит в соприкосновение с кровью, и тромбоциты немедленно начинают слипаться, образуя комочек, а кровь несет для него все новый и новый строительный материал, ведь в каждом кубическом миллиметре крови их содержится 150–400 тысяч штук.
Сами по себе тромбоциты большой пробки образовать не могут. Затычка получается благодаря выпадению нитей особого белка – фибрина, который в виде фибриногена постоянно присутствует в крови. В образованной сети из волокон фибрина застревают комочки слипшихся тромбоцитов, эритроциты, лейкоциты. Проходят считанные минуты, и образуется значительная пробка. Если поврежден не очень крупный кровеносный сосуд и давление крови в нем не настолько велико, чтобы вытолкнуть пробку, утечка будет ликвидирована.
Вряд ли рентабельно, чтобы дежурная аварийная служба потребляла много энергии, а значит и кислорода. Перед тромбоцитами стоит единственная задача – слипнуться в минуту опасности. Функция пассивная, не требующая от тромбоцита значительных затрат энергии, значит, незачем потреблять кислород, пока все в организме спокойно, и природа поступила с ними так же, как и с эритроцитами. Она лишила их ядер и тем самым, сократив уровень обмена веществ, сильно снизила расход кислорода.
Совершенно очевидно, что хорошо налаженная аварийная служба крови необходима, но она, к сожалению, грозит организму страшной опасностью. Что, если по тем или иным причинам аварийная служба начнет не вовремя работать? Такие неуместные действия приведут к серьезной аварии. Кровь в сосудах свернется и закупорит их. Поэтому кровь имеет вторую аварийную службу – антисвертывающую систему. Она следит, чтобы в крови не было тромбина, взаимодействие которого с фибриногеном приводит к выпадению нитей фибрина. Как только тромбин появляется, антисвертывающая система немедленно его инактивирует.
Вторая аварийная служба работает очень активно. Если в кровь лягушки ввести значительную дозу тромбина, ничего страшного не произойдет, он тут же будет обезврежен. Зато если теперь взять у этой лягушки кровь, окажется, что она потеряла способность свертываться.
Первая аварийная система работает автоматически, второй командует мозг. Без его указания система работать не будет. Если у лягушки сначала разрушить командный пункт, находящийся в продолговатом мозгу, а потом ввести тромбин, кровь мгновенно свернется. Аварийная служба наготове, но некому дать сигнал тревоги.
Кроме перечисленных выше аварийных служб, кровь имеет еще и бригаду капитального ремонта. Когда кровеносная система повреждена, важно не только быстрое образование тромба, необходимо также его своевременное удаление. Пока порванный сосуд заткнут пробкой, она мешает заживлению раны. Ремонтная бригада, восстанавливая целостность тканей, понемножку растворяет и рассасывает тромб.
Многочисленные сторожевые, контрольные и аварийные службы надежно охраняют воды нашего внутреннего океана от всяких неожиданностей, обеспечивая очень высокую надежность движения его волн и неизменность их состава.
