Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
В любом случае организм человека, в котором недостает жизненно важной аминокислоты, не может восполнить потерю белков, и таким образом создается отрицательный азотный баланс. Так в результате дефицита одной лишь аминокислоты нарушается азотный баланс в организме.
В эксперименте, в котором участвовали студенты, было установлено, что для взрослого человека жизненно необходимыми являются восемь аминокислот.
У детей ситуация обстоит иначе. У них всегда положительный азотный баланс, если они хорошо питаются, и им нужно больше каждой аминокислоты на единицу массы, чем взрослым. Печень взрослого человека может вырабатывать необходимое ему количество определенных аминокислот (те одиннадцать) даже при отсутствии поступления их с пищей, однако печень ребенка не в состоянии удовлетворить повышенные потребности растущего организма.
Конечно, эксперименты с азотным балансом на детях сложно проводить, и пока мы должны довольствоваться предположениями. Вряд ли родители захотят, чтобы их дети участвовали в подобных исследованиях. Лично я бы не позволил участвовать в них своему ребенку. К тому же очень сложно заставить детей строго следовать рекомендациям по питанию.
Кроме того, что плазменные белки поставляют в клетки аминокислоты в нужных пропорциях, они отличаются от аминокислот еще и в другом. Молекулы белков крупные, в то время как молекулы аминокислот маленькие. Это важно, потому что большие молекулы обладают определенными свойствами, необходимыми для организма, которых нет у маленьких молекул, даже если их значительно больше числом.
Представьте себе кровеносную систему, управляемую сердцем. Когда сердце сильно сокращается, оно оказывает большое давление на кровь, которая энергично выталкивается в артерии. Стенки артерий эластичны и могут выпячиваться наружу под воздействием проходящей по ним крови и вновь сокращаться, когда приток крови закончился.
Это и есть пульс, который можно ощутить там, где артерия близко подходит к коже, особенно ощутим он на внутренней поверхности запястья. Расширение и сокращение артерий совпадает с работой сердца. Частота и наполнение пульса могут многое рассказать опытному специалисту, однако появление современных средств диагностики в медицине уменьшило необходимость прощупывания пульса.
Кровяное давление обусловлено сокращением сердца, оно необходимо в качестве движущей силы, заставляющей кровь двигаться по сосудам. Когда кровь поступает в капилляры, ее движение замедляется. Стенки капилляров очень тонки, поскольку сквозь них должны быстро просачиваться разные вещества.
Например, вода просачивается сквозь стенки капилляров, орошая все клетки. С внешней стороны капилляров она называется межклеточной жидкостью. Это плазма, лишенная почти всех белков, поскольку они слишком крупны, чтобы просочиться сквозь стенки капилляров. В межклеточной жидкости также находятся другие мелкие молекулы, например глюкоза, ионы минералов и мочевина.
Межклеточная жидкость не навсегда покидает кровь. Она собирается в мелких сосудах, объединяющихся в более крупные сосуды. Жидкость вяло течет по ним, продвигаемая сокращениями окружающих сосуд мышц. Мышцы сжимают сосуд, вызывая движение межклеточной жидкости. Она может двигаться только в одном направлении (к сердцу), потому что сосуд снабжен односторонними клапанами, как и само сердце, и жидкость не может повернуть назад.
Это продолжается, пока жидкость не попадает в большой сосуд — грудной проток, который, в свою очередь, впадает в вену, ведущую к сердцу. Межклеточная жидкость, заключенная внутри сосудов, называется лимфой, а сосуды — лимфатическими протоками. В лимфе не содержится формованных элементов, кроме системы белых клеток — лимфоцитов (от 1000 до 20 000 клеток на кубический миллиметр).
Таким образом, кроме быстрого кровообращения, в организме есть еще и система медленной циркуляции жидкости. По этой системе жидкость выходит из капилляров, омывает клетки и возвращается обратно.
Но кровяное давление, выталкивающее жидкость из капилляров, сильнее хаотичных мышечных сокращений, заставляющих лимфу возвращаться в кровь. Максимальное кровяное давление при сокращении сердца составляет от 110 до 150 миллиметров ртутного столба, что составляет примерно одну пятую часть атмосферного. Когда сердце расслабляется, давление падает до 80 миллиметров ртутного столба. Первое называется систолическим давлением, а второе — диастолическим.
Систолическое давление у новорожденного составляет около 40 миллиметров ртутного столба, но быстро достигает 80 к одному месяцу, затем более медленно достигает 100 к двенадцати годам, а к семнадцати — 120. Далее наблюдается тенденция к медленному повышению. В случае гипертензии (высокого кровяного давления) показатели поднимаются постоянно, достигая до 300 миллиметров систолического давления и до 150 диастолического. Такое высокое давление ведет к перегрузке сердца, может повредить мелкие сосуды, нанести вред почкам и значительно снизить продолжительность жизни.
Если бы движение крови по кровеносным сосудам зависело только от кровяного давления, жидкость бы быстрее выходила из капилляров, чем главная вена успевала вернуть ее обратно. Это привело бы к скоплению межклеточной жидкости, в тканях развились бы отеки, а количество крови в кровеносном русле снизилось.
Существуют факторы помимо кровяного давления, определяющие ток крови по капиллярам. Капилляры могут иметь микроскопический диаметр, в то время как артерии обычно широкие (диаметр аорты 3 сантиметра), однако общая площадь сечения капилляров в 600–800 раз больше площади сечения всех артерий, поэтому в капиллярах течение крови замедляется и давление снижается. Аналогичный эффект можно наблюдать, когда река, быстро промчавшись в узком проходе между скалами, начинает спокойно течь по широкой равнине.
Во-вторых, часть давления тратится на трение крови о стенки сосудов. Трение зависит от густоты крови. Чем гуще кровь, тем медленнее она течет. Если вы когда-нибудь пробовали пролить вязкую жидкость, например мед или патоку, то поймете, что я имею в виду.
Растворимые в воде вещества обычно повышают ее вязкость. Большие молекулы, особенно асимметричные, имеющие форму палочки, а не шарика, увеличивают вязкость больше, чем мелкие. Таким образом, если миллион молекул аминокислот превратятся в двадцать больших белковых молекул в форме палочки, то они сильнее увеличат вязкость крови, чем миллион молекул аминокислот.
Наличие плазменных белков помогает контролировать течение крови и кровяное давление, чего не в состоянии делать аминокислоты. Плазменные протеины только размером и формой молекул делают то, что не под силу аминокислотам.
Но большая общая площадь сечения капилляров, а также вязкость только снижают способность кровяного давления к выталкиванию крови из капилляров. Полностью пересилить действие давления крови они не могут. Для этого требуется что-то еще.
Давайте вновь обратимся к полупроницаемым мембранам, которые ограничивают тонкие капиллярные стенки. С одной стороны (тканевой) находится межклеточная жидкость, состоящая из воды, мелких ионов и молекул, легко проникающих сквозь мембрану. С другой стороны (внутренней, там, где течет кровь) находится плазма, в состав которой входят те же компоненты, что и в межклеточную жидкость, плюс белковые молекулы. Они слишком крупны, чтобы проникнуть сквозь мембраны.
Из-за этого плазма лишена некоторых преимуществ. Межклеточная жидкость свободно проходит сквозь мембраны. Однако маленькие молекулы плазмы вынуждены обходить гигантские молекулы протеина, которые стоят у них на пути.
В итоге, если не принимать во внимание давление крови, молекулы чаще будут переходить из межклеточной жидкости в капилляры, чем в обратном направлении. Тенденция небольших молекул проникать сквозь мембрану только в одном направлении (в данном случае в капилляр) называется осмотическим давлением. Именно осмотическое давление, направленное на наружную поверхность капилляра, уравновешивает кровяное давление, действующее на его внутреннюю поверхность.
На артериальном конце капилляра кровяное давление немного выше осмотического, и поэтому жидкость вынуждена покидать капилляр. На венозном конце кровяное давление, наоборот, чуть ниже осмотического, и поэтому жидкость обратно входит в капилляр. В итоге силы обоих давлений уравновешены, и небольшая утечка с одного капилляра компенсируется восполнением потери на другом конце (в сочетании с движением лимфы под воздействием мышечных сокращений).
Если бы белки плазмы были полностью расщеплены на аминокислоты, все питательные элементы плазмы сохранялись, и мы могли бы даже предположить, что клетки в состоянии сами забирать из плазмы необходимые аминокислоты в нужных пропорциях. Однако осмотический эффект тогда бы пропал. Аминокислоты легко просачивались бы сквозь стенки капилляров в обоих направлениях. Осмотическое давление на стенки капилляра отсутствовало бы. У кровяного давления в капиллярах не существовало бы противовеса, более крупные кровеносные сосуды медленно бы спались, как проколотая шина. Опять мы видим, что большой размер молекул имеет важное значение для кровеносной системы.
