Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
Более сложный, но и более точный метод заключается в том, чтобы взять определенное количество безвредного красителя и ввести его в вену. Краситель разнесется по кровеносной системе, смешиваясь с кровью. После того как они хорошо смешаются, берется анализ крови. По ее цвету можно судить, сколько в ней растворилось красителя. Цвет окрашенной крови сравнивается с первоначальным цветом крови и красителя. Это делается не на глаз, а при помощи точных инструментов, фотоэлектрических колориметров, в которых используются фотоэлементы, а также специальные фильтры или кварцевые призмы, чтобы на фотоэлементы попадал свет только определенных цветов. Если после смешивания цвет красителя в крови сохраняет всего одну тысячную долю первоначальной интенсивности, значит, он смешался с одной тысячной долей своего объема. Зная объем введенного красителя, мы можем легко вычислить объем крови.
Но и тут случаются ошибки. Например, некоторые красители могут просто вытечь из крови. Однако, используя методы, подобные этому, мы можем узнать, что кровь составляет от шести до восьми процентов от веса тела. Объем крови у всех людей немного различается, и у мужчин он больше, чем у женщин. Другими словами, на каждый килограмм массы тела (1 килограмм равен 1000 граммов) приходится около 77 миллилитров крови у мужчин и 66 миллилитров крови у женщин. В теле семидесятикилограммового мужчины содержится около 5,4 литра крови, пятидесятикилограммовой женщины — около 3,3 литра крови.
Но из всего количества крови вода составляет 80 %, и в основном в ней растворяется кислород. Количество воды в кровеносных сосудах среднего человека массой 70 килограммов составляет около 4,3 литра. При температуре тела в каждом литре воды растворится 7 миллиграммов кислорода, то есть всего около 30 миллиграммов.
Обычному взрослому мужчине требуется не менее 23 400 миллиграммов кислорода в час или около 390 миллиграммов в минуту, при условии что он находится в теплом помещении и ничего не делает.
Все выглядит очень просто. При каждом вдохе тело поглощает около 20 миллилитров кислорода. Поскольку в спокойном состоянии человек делает примерно 16 вдохов в минуту, значит, мы поглощаем в минуту около 450 миллиграммов кислорода. Один миллилитр кислорода весит 1,43 миллиграмма. Этого достаточно, чтобы обеспечить уровень жизнедеятельности выше минимального. При этом мы можем не просто безмятежно лежать.
Конечно, когда человек начинает работать физически, увеличивается его потребность в кислороде, и он начинает дышать чаще. С другой стороны, женщина, у которой в кровеносных сосудах меньше воды, усваивает меньше кислорода, чем мужчина, потому что, во-первых, у средней женщины меньше масса тела и, во-вторых, значительную часть этой массы составляет жир, которому требуется намного меньшее количество кислорода для производства энергии.
Но теперь сравним 30 миллиграммов кислорода, в среднем растворяющегося в крови, с минимально необходимым организму количеством кислорода в минуту — 390 миллиграммами. Даже при условии, что кровь быстро доставит кислород из легких клеткам, его запаса в крови хватит всего на 4,5 секунды. Если это было бы действительно так, то прекращение дыхания через несколько секунд заканчивалось бы смертью.
Но все обстоит по-другому. Возможно, вы способны задерживать дыхание на минуту или даже на две, если сильно постараться, не потеряв при этом сознания. Люди могут находиться под водой или переставать дышать по другим причинам на более длительное время и все равно возвращаются к жизни при помощи искусственного дыхания. Значит, в организме должно быть больше кислорода, чем выявлено при подсчетах его содержания в крови.
Если взять некоторое количество крови и поместить ее в вакуум, чтобы из крови вышли все газы, то можно измерить количество кислорода, содержащегося в ней. Оказывается, в литре крови, прошедшей через легкие и пополнившейся запасом воздуха, кислорода не меньше 285 миллиграммов или примерно в 50 раз больше, чем могло бы раствориться в содержащейся в крови воде.
Тогда возникает другой вопрос: откуда появляется весь этот кислород? 2 % находятся в растворе. Остальные 98 % должны каким-то другим способом удерживаться кровью.
Если каплю крови поместить под микроскоп, то вы увидите маленькие тельца, плавающие в жидкости. Они называются форменными элементами, потому что имеют определенную форму по сравнению с бесформенной жидкой массой, окружающей их.
Если образец крови перелить в пробирку и быстро прокрутить (в аппарате под названием центрифуга), элементы крови под действием центробежной силы осядут на дно пробирки. Когда вы вынете пробирку из центрифуги, увидите, что нижняя часть ее содержимого представляет собой темно-красную массу спрессованных кровяных телец. Верхняя часть свободна от них, там осталась лишь бледно-желтая жидкость — плазма крови или просто плазма.
Точнее говоря, форменные элементы крови составляют около 45 % ее объема, а оставшиеся 55 % представлены жидкой плазмой. Это может показаться странным, потому что выше я говорил, что кровь на 80 % состоит из воды, но не забывайте, что форменные элементы также содержат значительное количество воды. Ни в коем случае нельзя считать, что плазма полностью состоит из воды. Дело обстоит так: в форменных элементах находится от 65 до 70 % воды, в плазме — около 92 %, в цельной крови, как ее часто называют, — 80 % воды.
В крови имеется три вида форменных элементов. В порядке уменьшения их размера это:
1) лейкоциты, или белые клетки,
2) эритроциты, или красные клетки,
3) тромбоциты.
В свое время я расскажу о каждом из этих видов клеток, но именно эритроциты отвечают за работу механизма по переносу кислорода, поэтому сейчас мы обратимся к ним.
Красные клетки (по-гречески «эритроциты») нельзя назвать полноценными. Полноценная клетка состоит из центральной части, отделенной от содержимого клетки тонкой оболочкой, эта часть называется клеточным ядром. Часть клетки, окружающая ядро, называется цитоплазмой. В цитоплазме клетки протекают почти все химические процессы, но именно ядро ответственно за механизм репродукции (воспроизведения) клетки, то есть ее деления на две новые.
В красных клетках человека нет ядра. Первоначально они формируются в костном мозге черепа, ребер и позвоночника. У детей они также могут формироваться в костном мозге в окончаниях длинных костей рук и ног. Сначала появляется большая клетка с ядром, не обладающая характерным красным цветом. Она носит название мегалобласта. Затем она окрашивается в красный цвет и становится эритробластом. Продолжая развиваться, клетка уменьшается в размере и становится нормоцитом. После этого она утрачивает ядро и превращается в ретикулоцит. Ретикулоциты попадают в кровеносную систему и через несколько часов становятся полноценными красными клетками. В нормальной крови одна красная клетка из двухсот находится на стадии ретикулоцита.
Красная клетка выполняет свои обязанности в крови, но без ядра не может больше расти и развиваться. Истощившись, она расщепляется. У нее не остается потомства. Ее должны заменить новые красные клетки. Из-за отсутствия ядра эритроциты называются иногда не клетками, а красными тельцами.
Красная клетка также меньше обычных клеток. К примеру, диаметр белой клетки, обладающей ядром, — от 10 до 20 микронов. Диаметр красной клетки всего 7,5 микрона. Это не намного больше размера ядра обычной клетки, иногда даже меньше. Красная клетка по форме напоминает диск или монету, ее толщина около 2 микронов. Этот диск двояковогнутый: то есть средние части плоских сторон вдавлены внутрь.
Цвет отдельного эритроцита совсем не красный, а скорее напоминает желтый. Однако когда эти клетки собираются в массу, то приобретают насыщенный красный цвет. Из-за своей формы они всегда находятся в крови группами, как игральные кости.
Количество красных клеток можно рассчитать, разведя определенное количество крови солевым раствором и поместив капельку разбавленной крови на предметное стекло микроскопа, разделенное на крошечные квадратики. Подсчитав количество клеток на каждом квадратике, можно узнать их общее количество в крови.
Оказывается, в крови взрослого мужчины содержится в среднем 5 400 000 красных клеток на каждый кубический миллиметр, а в крови взрослой женщины — 4 800 000 клеток.
Кубический миллиметр — очень маленькая единица измерения. В одном литре содержится 1 000 000 кубических миллиметров, а в организме мужчины весом в 70 кг 5,4 литра крови. Таким образом, в крови среднего мужчины находится около тридцати триллионов красных клеток. Если их поделить между всеми людьми на планете, то каждому мужчине, каждой женщине и каждому ребенку достанется более 8000 клеток.
