Человек дышащий. Как дыхательная система влияет на наши тело и разум и как улучшить ее работу - Светлана Евгеньевна Проскурина
Если посмотреть на кровеносную систему легких, видно, что она повторяет форму бронхиального дерева. Выглядит это, как будто бабушка заботливо обвязала все легкие и каждую альвеолку красной пряжей. Так как ткани легких очень нежные и тонкие, необходимо контролировать давление крови в их сосудах, чтобы высокое давление не повредило их, кровь не выходила в просвет альвеол, а легкие не отекали. Для этого у позвоночных животных начал формироваться отдельный круг кровообращения, специально для легких, его называют малым кругом кровообращения.
Если давление крови у здорового человека в большом круге кровообращения 120/80, то в легочном – всего 25/10. Легочные капилляры настолько тонкие, что эритроциты часто не влезают в них и им приходится сгибаться и скручиваться, чтобы пролезть за своей порцией кислорода.
Эритроциты вообще профессионалы своего дела, они даже избавились от клеточного ядра, чтобы освободить побольше места для переноса кислорода и стали вогнутыми с обеих сторон, чтобы увеличить площадь поверхности для газа. Правда, без ядра не разделишься и не размножишься, поэтому жизнь эритроцитов относительно недолгая – 120 дней. Для переноса кислорода у красных кровяных телец есть особый белок – гемоглобин, ведь кислород очень плохо растворяется в воде (а значит, и в крови) и просто так с током крови его не унесешь. Гемоглобин имеет в своем «сердечке» железо, которое любит контактировать с кислородом. Результат их взаимной любви можно увидеть в виде ржавчины на гвоздях или старых крышах. В какой-то мере железо в гемоглобине от кислорода тоже «ржавеет», от этого даже кровь меняет цвет и становится светлее и ярче. Но в эритроците этот процесс обратимый и, подойдя к клетке, где кислорода меньше, он «высаживает» в нее своего «пассажира», потому что тканям тот нужнее.
Гемоглобин в 70 раз повышает кислородную емкость крови, то есть, если бы его не было, чувствовали бы вы себя так же, как если бы дышали один раз в 7 минут.
Гемоглобин – довольно древний белок, и он есть у многих позвоночных. Если кровь у животного красная, значит в ней есть гемоглобин. Исследователи из Чикагского университета не так давно определили, что происходило с этим дыхательным пигментом в ходе эволюции. Оказалось, что позвоночные животные 400 миллионов лет назад позаимствовали предка этого белка у древних бесчелюстных рыб. Для того чтобы он превратился в современный гемоглобин, понадобилось всего две мутации, в результате чего гемоглобин стал состоять из четырех частей и выполнять свои современные функции. Если обычно эволюция очень медленно и постепенно меняет и конструирует новые, более удачные варианты белков, то тут она всего за два хода поставила шах и мат[2].
Кроме гемоглобина связыванием кислорода занимается еще и миоглобин – это такой же дыхательный пигмент, но содержится он в мышцах, и из-за него мясо приобретает красный цвет. Миоглобин куда более жаден до кислорода и не готов с ним так легко расставаться, как это делает гемоглобин, а потому на роль переносчика он не подошел. Он себя ведет скорее как почтальон Печкин: «У меня есть посылка, только вам я ее не отдам». У более древних животных сложно отделить гемоглобин крови от миоглобина мышечной ткани, эти белки очень похожи, но со временем миоглобин будет использоваться как склад кислорода для мышцы, а гемоглобин – для транспорта.
Конечно, были и альтернативные варианты дыхательных пигментов крови. Так, у моллюсков кровь стала голубой из-за гемоцианина, в котором железо заменено на атом меди. Есть даже уникальные животные, которые вообще потеряли гемоглобин и не переживают по этому поводу. Это ледяные рыбы. Кровь их абсолютно бесцветная, как жидкое стекло, а мясо белое и полупрозрачное. Как понятно из названия, они обитают в очень холодных водах вблизи Антарктики, где кислорода в воде из-за низкой температуры очень много и его можно впитывать всем телом, кожей и жабрами сразу в кровь. Этим рыбам гемоглобин бы только мешал. При такой низкой температуре этот белок придавал бы крови слишком большую вязкость и ее невозможно было бы протолкнуть по сосудам. Вместо него рыбы обзавелись более полезным в их случае приобретением – специальным гликопротеином-незамерзайкой, который не позволяет их прозрачной крови замерзнуть и разорвать сосуды. Чего только не сделаешь, чтобы выжить в таком суровом климате.
Как дышит клетка
Клеточное дыхание – последний этап дыхательного процесса, но в случае с клеткой, это похоже не на вдох и выдох, а скорее на разгон пламени печи кузнечными мехами. Кислород здесь нужен для того, чтобы поддать жару и сжечь сахар и жир, превратив их в тепло и энергию. Обычное горение, например, дров, это тоже реакция с кислородом. В клетке, конечно, не зажигается маленький огонек, но по своей сути реакции действительно похожи. Отчасти поэтому энергия, которая поступает в наше тело и указывается на упаковке любого продукта, выражается в калориях. Калории – не что иное, как количество тепла, которое выделяется при сгорании продукта в специальной камере, калориметре. Энергия, которая образуется при окислении в клетке, запасается в виде особенных молекул АТФ. Эти молекулярные батарейки при расщеплении выделяют энергию. А дальше эта энергия может тратиться на движение сократительных белков в мышцах, транспорт молекул в клетку или из клетки, на разрушение некоторых продуктов или на синтез новых веществ. Только эта энергия отделяет живое от неживого. Именно она удерживает наши клетки и органы от хаоса и разрушения. Если есть энергия, мы способны отогнать смерть и восстановиться, но, если ее нет, наступает конец. Так привычный вдох и выдох, которые мы совершаем по 23 000 раз в день, дают энергию и жизнь каждой клетке нашего тела[3].
И все же кислород – очень активное вещество, и реакции с кислородом – это по сути горение. А что, если кислород – это медленный яд, который отравляет нас год за годом с каждым вдохом, и в итоге мы стареем и умираем? Предположение кажется абсурдным, ведь каждый знает, что кислород для нас необходим, тем не менее оно в целом верно.
Когда на Земле возникли первые одноклеточные живые существа, кислорода в атмосфере почти не было. Но из-за геологических процессов и из-за особенностей жизнедеятельности
