Кровь уравнивает эти разницы температур во время циркуляции. Она поглощает тепло, проходя через активные органы, например печень, затем, проникая в более холодные ткани, такие, как кожа, кровь отдает им тепло. Таким образом она охлаждает печень и согревает кожу.
В жаркие дни тело медленно отдает тепло окружающему нагретому воздуху. В качестве компенсации в организме происходит расширение мелких кровяных сосудов. Это происходит из-за расслабления крошечных мышечных клеток в стенках кровеносных сосудов. Расширенные сосуды пропускают больше крови, поэтому в окружающую среду выводится больше тепла. Это компенсирует его более медленную потерю. Поэтому лицо человека краснеет в жаркий день, или после напряженной работы, или физических упражнений, когда производимое мышцами количество тепла превосходит обычное.
С другой стороны, когда температура воздуха опускается ниже обычной, происходит повышенная потеря тепла, и организм должен компенсировать эти затраты. Одним из способов является сокращение мышц мелких сосудов, что приводит к их сужению. Таким образом поступление крови к коже снижается, и потеря тепла уменьшается. Поэтому мы и синеем от холода. Холод также вызывает дрожь, при этом повышение мышечной активности приводит к выработке дополнительного тепла; на холоде возникает «гусиная кожа», когда поднимаются до этого бесполезные маленькие волоски, и организм таким образом пытается удержать у своей поверхности более толстый слой воздуха.
Какую роль играет вода в процессе теплообмена, проходящем с участием крови и потоотделения? Для ответа на этот вопрос необходимо знать, сколько тепла могут удерживать различные вещества.
|
|
Допустим, вы нагрели литр воды до температуры 100 °C, то есть вода дошла до точки кипения. Далее, у вас есть литр этилового спирта при температуре 0 °C, то есть в точке замерзания воды.
Теперь смешайте литр горячей воды и литр холодного алкоголя, стараясь не потерять большое количество жидкости в результате активного испарения. У вас получится два литра водно-алкогольной смеси со средней температурой. Здравый смысл подскажет вам, что температура этой смеси должна составлять нечто среднее от двух температур: 50 °C.
Однако в этом случае здравый смысл ошибается, как в общем-то часто и происходит. Окончательная температура будет, скорее всего, равна 65 °C.
Вода способна удержать больше тепла, чем алкоголь. Для повышения температуры воды требуется больше тепла. И если температура падает, вода отдает больше тепла, чем алкоголь. Количества тепла, отдаваемого водой при охлаждении на 35°, достаточно для нагревания алкоголя до 65°.
Для нагревания одного кубического сантиметра воды на 1 °C требуется 1 тепловая калория. (Точное количество калорий может несколько различаться в зависимости от начальной температуры, но не будем это принимать во внимание.) При температуре тела потребуется всего 0,6 тепловой калории, чтобы нагреть один кубический сантиметр этилового спирта на 1 °C, а для нагревания такого же объема оливкового масла потребуются и того меньше — всего 0,5 калории.
Некоторые известные всем твердые вещества удерживают тепло еще хуже, чем оливковое масло. Кубический сантиметр стекла при обычной температуре нагреется всего на 1° после поглощения 35–50 тепловых калорий. Точная цифра зависит от разновидности стекла. Некоторые металлы удерживают тепло еще слабее. При обычной температуре кубический сантиметр меди нагреется на 1° после поглощения 22 калорий. Для серебра это будет примерно 15 калорий, а для золота всего 8 калорий. Температура пустого чайника на огне поднимется моментально, однако небольшое количество воды в том же чайнике будет нагреваться очень медленно.
|
|
Количество тепла, удерживаемого тем или иным веществом, называется удельной теплоемкостью, ранее я уже пытался объяснить вам, что удельная теплоемкость у воды выше, чем у любого другого вещества.
Когда кровь поглощает тепло, выделяющееся в ходе химических реакций, которые протекают в печени или работающих мышцах, ее температура повышается медленнее, чем это происходило бы, будь в составе крови не вода, а какая-нибудь другая жидкость. Когда, поступая к коже, кровь отдает тепло, то теплоотдача тоже происходит медленно. Необычайно высокая удельная теплоемкость воды помогает крови более эффективно уравнивать температуру.
Сходное воздействие оказывает вода и на погоду. Удельная теплоемкость у морской воды выше, чем у сухой почвы. Таким образом, температура океана под воздействием летней жары повышается медленнее, чем температура почвы, и так же медленно уменьшается с приходом зимы. Поэтому океан оказывает смягчающее воздействие на температуру окружающей среды: в прибрежных районах прохладнее летом, чем в глубине материка, и теплее зимой. Кровь, как я уже говорил, тоже наш океан, а омываемое им тело является как бы прибрежной зоной.
|
|
Так же как для повышения температуры воды требуется очень много тепла, так и для ее испарения требуется значительное тепло. Нужно около 550 тепловых калорий, чтобы испарился один кубический сантиметр воды, а для испарения такого же количества алкоголя требуется всего треть этого количества. Ученые-химики говорят, что для испарения воды требуется самое большое количество скрытой теплоты.
Капелька алкоголя с кожи испаряется быстрее, чем вода, поэтому и охлаждает кожу сильнее. Однако от алкоголя скоро не остается и следа. Капелька воды такого же размера продержится на коже дольше, действуя более медленно, и выведет из организма в три раза больше тепла. Потоотделение не было бы таким эффективным средством охлаждения, если бы пот состоял не из воды, а из другой жидкости.
Именно высокие теплоемкость и скрытая теплота испарения воды пришли мне на ум, когда в начале этой главы я упомянул о другой причине того, что только вода особенно хорошо подходит для жизни.
Глава 3
Дыхание и жизнь
Из всего разнообразия веществ, находящихся в окружающей среде, воздух, или, точнее, кислород, является самым жизненно необходимым. Если нужно, мы можем несколько дней обходиться без воды, а без пищи неделями. Я не хочу сказать, что это приятный процесс, однако наш организм способен накапливать питательные вещества и воду, чтобы поддерживать нас в трудный период.
Когда речь заходит о воздухе, дело обстоит совсем по-другому. Стоит прекратить доступ воздуха всего на пять минут, и наступит смерть.
Раз кислород так необходим, организм должен обладать специальной системой, которая бы снабжала им все органы. Хорошенько запомните следующее: кислород нужен не только вам и вашему организму в целом. Он необходим каждой из множества миллиардов микроскопических клеток. У каждой клеточки должен быть свой запас кислорода, иначе она погибнет. Клетка не сможет выжить, если кислород есть у ее соседок. Ей нужен свой собственный.
Всем известно, что кислород поступает в организм из воздуха при дыхании. Однако это только первый шаг. Простой вдох приводит всего лишь к тому, что воздух через нос попадает в легкие. Это ни в коей мере не поможет какой-нибудь клетке большого пальца ноги заполучить свою порцию кислорода.
Попав в легкие, кислород начинает свое путешествие. Внутренняя оболочка легких покрыта тончайшей пленкой воды, в которой растворяется кислород. Воздух состоит на одну пятую часть из кислорода и на четыре пятых из азота. Азот, не приносящий пользу организму в том виде, в каком он находится в воздухе, также растворяется в этой водной пленке, но пока давайте поговорим о жизненно важном кислороде.
Только кислород, попавший на водную пленку, успевает раствориться в ней прежде, чем вы сделаете выдох, вытолкнув почти весь воздух из легких, и вдохнете новый. Если бы легкие были просто полыми камерами, похожими на футбольные, кислород не смог бы попасть на внутреннюю пленку и раствориться в ней. К счастью, легкие совсем не похожи на футбольные камеры.
Воздух проходит через рот или нос и попадает в дыхательное горло, или, по-научному, трахею. Ее можно нащупать на шее, над и под адамовым яблоком. У самого основания шеи трахея разделяется на два бронха, каждый из которых входит в легкие. В легких бронхи делятся снова и снова, подобно мелким веточкам дерева. Каждое крошечное ответвление заканчивается полым мешочком, который получил название легочной альвеолы. Легкие сплошь состоят из этих мешочков, что делает их похожими на губку.
Когда вы делаете вдох, воздух попадает в миллионы альвеол. Каждая альвеола снабжена тонкой водяной пленкой, выстилающей внутреннюю поверхность; альвеола настолько мала, что весь кислород находится вблизи от этой пленки. Внутренняя поверхность всех вместе взятых альвеол огромна, и так же огромна площадь водных пленок. Если бы можно было разгладить поверхность всех альвеол, она бы покрыла площадь около ста квадратных метров или пять больших комнат.
Благодаря влажной поверхности, в которой может растворяться кислород, между вдохом и выдохом одна пятая часть кислорода воздуха, попавшего в легкие, растворяется в водной пленке. Мы вдыхаем 20 % кислорода, а выдыхаем только 16 %. При обычном спокойном дыхании в легкие попадает и выдыхается около 500 кубических сантиметров воздуха. Из них 100 кубических сантиметров составляет кислород. 100 кубических сантиметров вдыхается, выдыхается всего 80, а 20 кубических сантиметров поглощается. Конечно, при повышенной мышечной активности или во время сильных эмоций, когда требуется больше кислорода, дыхание автоматически учащается и становится глубже.
Что происходит с кислородом после того, как он растворился во влажной внутренней пленке альвеол? Мембрана, покрывающая альвеолы, очень тонкая. Ее толщина всего около одного микрона. Микрон — одна из единиц системы измерения, используемая учеными всего мира и жителями всех стран, за исключением англоговорящих. Микрон равен одной миллионной части метра или одной десятитысячной части сантиметра.
Итак, эта мембрана слишком тонка, чтобы удерживать воду. Маленькие молекулы, например молекулы воды (состоящие из трех атомов) или кислорода (состоящие из двух атомов), просачиваются сквозь нее, проходя через микроскопические отверстия в мембране или передвигаясь между молекулами, из которых она состоит, или, возможно, при помощи какого-то другого, пока неизвестного нам способа.
Мембрана, которая пропускает молекулы, называется проницаемой. Процесс, во время которого молекулы проходят сквозь вещество (будь то газ, жидкость или твердое тело) или тонкую мембрану, называется диффузией.
Мембраны, выстилающие альвеолы, пропускают только мелкие молекулы. В человеческом организме есть и более крупные молекулы, состоящие из сотен или даже тысяч атомов. Они не могут пройти через альвеолярную мембрану. Поэтому она называется полупроницаемой. Другими словами, она проницаема для одних молекул, но непроницаема для других.
Все живые клетки окружены полупроницаемыми мембранами, и это жизненно важно. Если бы клетка была не в состоянии удерживать одни молекулы внутри, а другие снаружи, по химическому составу она бы не отличалась от окружающей среды и не могла бы существовать.
Продолжим наш рассказ. Кислород проходит сквозь мембрану альвеол не только в одном направлении, то есть из окружающей среды в альвеолы и организм. На «воздушной» стороне мембраны, контактирующей с окружающим воздухом, достаточно много кислорода, а на стороне, контактирующей с организмом, его меньше, поэтому диффузия молекул идет таким образом, чтобы уравнять количество кислорода с обеих сторон, подобно воде, которая стремится к одному уровню, не важно, течет ли она со склона, как ручей, или вырывается из земли ключом.
В итоге кислород из воздуха переходит в клетки, выстилающие альвеолу. Под этими клетками расположена еще одна мембрана. Она не толще первой и представляет собой стенки крошечных кровеносных сосудов — капилляров. Частая капиллярная сеть плотно охватывает каждую альвеолу. Стенка капилляра также представляет собой полупроницаемую оболочку. Молекулы кислорода проникают сквозь нее, чтобы уравнять количество кислорода с обеих сторон. Как только кислород проходит через стенку, он оказывается в кровяном русле, где начинается другая стадия его путешествия.
Если вам показалось, что самая трудная часть путешествия кислорода из воздуха к клеткам организма осталась позади, если вы думаете, что кровь просто переносит молекулы кислорода из легких в другие органы, что они без труда через стенки капилляров попадают во все клетки организма, то вы ошибаетесь. Перенести необходимое количество кислорода не так легко, как кажется, и для этой цели существует сложный химический механизм.
Прежде чем приступить к обсуждению сложностей и возможностей решения вопроса перемещения кислорода, я бы хотел познакомить вас с еще несколькими единицами измерения.
Литр — единица измерения объема. Миллилитр — одна тысячная литра. Это относительно маленькая единица.
Грамм — единица измерения массы. Это маленькая единица. Миллиграмм — одна тысячная доля грамма.
Если чистый кислород пропустить через литр ледяной воды, то в воде растворится только часть кислорода, далеко не весь. В литре ледяной воды растворится всего 70 миллиграммов кислорода.
Напомню, это происходит, если кислород пропустить через воду. Если бы пропускали пузырьки обычного воздуха, состоящего всего на одну пятую из кислорода, то растворилась бы только эта одна пятая часть. В литре ледяной воды растворилось бы 14 миллиграммов кислорода. Растворилось бы также какое-то количество азота, но пока не будем говорить об азоте.
Может показаться, что 14 миллиграммов на литр воды — настолько незначительное количество, что можно не обращать на него внимания, однако от этого количества зависит жизнь. Рыбы и другие животные, дышащие жабрами, извлекают кислород не из атмосферы, иначе они начинают задыхаться, а из воды, где он растворен.
Конечно, нельзя недооценивать растворенный в морской воде кислород. Его количество в одном литре очень мало, но в океане много литров воды. В кубическом километре морской воды при температуре замерзания будет содержаться целых 60 000 тонн растворенного кислорода, а на Земле сотни кубических километров океана.
Вы заметили, что я все время говорю о ледяной воде. Это потому, что количество газа, который может раствориться в воде, зависит от ее температуры. Чем теплее вода, тем меньше газа в ней растворяется. В литре воды при 37 °C (температура человеческого тела) растворится всего около половины того кислорода, который может раствориться в ледяной воде, — 7 миллиграммов.
Но давайте оставим в покое океан и вернемся к крови. Сколько кислорода может раствориться в крови? Чтобы ответить на этот вопрос, надо сначала задать другой. Сколько крови в человеческом теле?
Это не так уж легко определить. Самым простым способом ответить на этот вопрос было бы взять тело только что умершего человека, выпустить из него всю кровь и измерить ее объем. Беда в том, что из тела выпустить всю кровь практически невозможно. Какое-то количество ее все равно останется в микроскопических капиллярах.
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.
В организме имеется резервуар для крови — селезенка, орган размером с кулак, расположенный справа возле желудка. В ней находятся полости (синусы), наполненные кровью, которая особенно богата красными клетками. В запасе имеется 5 000 000 000 000 (пять триллионов) красных клеток. Сокращение селезенки во время физической нагрузки, в жаркие дни или при внезапном испуге приводит к выбросу красных клеток в кровь.
Вес женщины меньше, чем у мужчины, поэтому у нее также меньше крови и, следовательно, меньше красных клеток. У средней женщины массой 55 кг в организме имеется 17 000 000 000 000 (17 триллионов) красных клеток. Это всего две трети от содержащихся в мужском организме, однако женщины от этого не страдают. Можно сказать, что у них есть преимущества. В Соединенных Штатах средняя продолжительность жизни женщины на три года больше, чем мужчины, и женщина меньше подвержена расстройствам системы кровообращения.
Красная клетка состоит в основном из гемоглобина и воды, покрытых полупроницаемой мембраной.
Гемоглобин — это белок. Белки — сложные и важные молекулы организма. Молекула гемоглобина довольно крупная и состоит из тысяч атомов шести разновидностей. Ее размер, как и размер любой другой молекулы, количественно измеряется молекулярной массой. При этом сравниваются масса молекулы и масса атома кислорода, который, как произвольно установили, равен 16. Таким образом, молекулярная масса молекулы водорода, состоящая из двух самых маленьких атомов, равняется всего 2. Молекула воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, имеет массу, равную 18. Масса же молекулы гемоглобина — 68 000.
Что касается транспортировки кислорода, то самую важную роль в этом процессе играют четыре атома железа, которые содержит каждая молекула гемоглобина. Оказываясь поблизости от молекул кислорода, гемоглобин связывается с ними, в результате чего получается новое вещество — оксигемоглобин. Точками взаимодействия являются атомы железа, поэтому они так важны. Поскольку в молекуле гемоглобина содержатся четыре атома железа, каждая из них может перенести до четырех молекул кислорода.
Теперь давайте вернемся к маленьким капиллярам, пронизывающим каждую легочную альвеолу. Эти капилляры настолько малы, что даже крошечная красная клетка с трудом проникает в них. Чтобы попасть внутрь, ей приходится немного сжиматься, подобно человеку, ползущему по узкому туннелю на локтях и коленях, поэтому красная клетка по капилляру передвигается медленно.
Молекулы кислорода, проникшие через альвеолярную мембрану и стенки капиллярных сосудов, могут попасть через полупроницаемую мембрану в красные клетки, медленно продвигающиеся по капиллярам. Оказавшись в красной клетке, молекула кислорода притягивается к атомам железа, которые содержат молекулы гемоглобина. Красная клетка настолько мала, что молекулы кислорода могут проникнуть в любую ее часть прежде, чем она окажется вдали от альвеол. У покинувшей легкие красной клетки молекулы кислорода прикреплены примерно к 95 % атомов железа.
Это намного более эффективный способ переноса кислорода, чем его растворение в крови. В одной красной клетке содержится 270 000 000 (270 миллионов) молекул гемоглобина. Если каждая из них будет переносить по четыре молекулы кислорода, то в одной клетке их окажется свыше 1 000 000 000 (1 миллиарда). Если бы красная клетка состояла только из воды, то могла перенести всего 14 000 000 (14 миллионов) молекул кислорода, растворив их в воде. Поэтому в качестве транспортного средства для молекул кислорода красная клетка намного эффективнее воды, и поэтому мы можем надолго задерживать дыхание.
Но мы должны помнить, что гемоглобин крови является единственным резервуаром кислорода в организме. Даже если каждая молекула гемоглобина будет переносить кислород, то его запаса все равно хватит лишь на несколько минут. Поэтому мы должны дышать днем и ночью, год за годом.
Прежде чем продолжить рассказ о кислороде, я должен остановиться и сказать несколько слов о сердце и кровеносных сосудах.
Сердце — полый мышечный орган. Он вертикально разделен на две равные части, правую и левую. В свою очередь, каждая часть разделена горизонтально, так что в целом сердце имеет четыре отделения. Верхние отделения называются предсердиями, а нижние — желудочками. Таким образом, сердце состоит из правого и левого предсердий и из правого и левого желудочков.
Давайте начнем с правого желудочка. По мере сокращения сердца из него выталкивается кровь. Она не может двигаться в предсердие, поскольку между желудочками и предсердиями находятся клапаны, пропускающие кровь только в одном направлении. Кровь легко переходит из предсердия в желудочек, но не наоборот, если только человек не страдает заболеванием сердца. Вытолкнутая из правого желудочка кровь выходит из сердца и попадает в кровеносный сосуд — легочную артерию. Артерией называется любой крупный кровеносный сосуд, переносящий кровь от сердца.
По легочной артерии кровь поступает к легким. Там артерия разделяется и многократно разветвляется, пока не образует сеть капилляров, о которой я уже упоминал. В этих капиллярах молекулы гемоглобина, содержащегося в красных клетках, собирают кислород и превращаются в оксигемоглобин.
Кровь медленно покидает капилляры и начинает движение из легких обратно к сердцу. По пути капилляры сливаются, образуя все более крупные сосуды, пока наконец не превращаются в легочную вену. Веной называется любой крупный сосуд, переносящий кровь к сердцу.
По легочной вене кровь несет к сердцу запас оксигемоглобина и попадет в левое предсердие. Из левого предсердия через клапан кровь попадает в левый желудочек. Сердце опять сокращается, кровь из левого желудочка устремляется вперед со скоростью 25 метров в минуту прямо в самую крупную артерию организма — аорту. В самом начале от аорты ответвляются несколько артерий, включая сонную артерию, и ведут к голове и рукам. Главный ствол аорты тянется по всему туловищу и в области поясницы разделяется на две подвздошные артерии, ведущие к органам таза и ногам. Все крупные артерии делятся на более мелкие артерии, которые, в свою очередь, разветвляются на сеть капилляров, пронизывающих все тело, кроме легких.