Властелин Окси-мира

Правда, наш двигатель работает несколько иначе (и проще, и сложнее), чем обычные тепловые. Возьмём для сравнения паровую машину. Сгорание угля – химическая реакция соединения углерода и водорода с кислородом. При реакции выделяется теплота – химическая энергия переходит в тепловую. Теплота нагревает воду, превращает её в пар. Пар приводит в движение поршень – тепловая энергия преобразуется в механическую. Итак, прежде чем начать работать, «двигать», химическая энергия проходит через лишнюю ступень – тепловую.

В человеческой машине этой ступени нет. Химическая энергия клеток переходит непосредственно в механическую – вызывает сокращение мышц, возбуждение нервных окончаний, торможение. Процессы, из которых в конечном счёте складывается вся деятельность человека: от удара ногой по мячу до создания научной теории.

Реакции, идущие в организме, многообразны. С энергетической точки зрения особенно важны окислительные реакции – соединение углерода, водорода и других элементов пищи с кислородом. Именно эти реакции дают организму основную часть энергии.

Если спросить шофера, что нужно для нормальной работы двигателя, он сразу ответит: «горючее». Подумав, он назовет ещё смазочное масло, воду. О кислороде он, вероятно, и не вспомнит, хотя кислорода двигатель «съедает» больше, чем бензина и масла. Но воздух ничего не стоит, его расход не учитывается.

А мы учтём. В обычных условиях человек за сутки вдыхает не меньше 12 кубических метров воздуха. И «съедает» примерно 2 кубометра (около 3 килограммов) кислорода. Количество достаточно солидное.

Куда девается этот кислород? В окислении участвуют двое: то, что окисляется, – топливо, и то, что окисляет, – окислитель. Оба они одинаково важны.

Человеческий организм имеет большие запасы «топлива» (хотя бы жира). Но резервов окислителя в нём нет. Поэтому без еды человек может жить около трёх месяцев, а без кислорода лишь несколько минут.

Конструктор, которому поручили бы спроектировать двигатель человека, оказался бы в трудном положении. С одной стороны, необходимо обеспечить герметичность внутренних органов и тканей – преградить доступ к ним посторонних веществ из внешней среды. С другой, нужно обеспечить подачу в двигатель топлива и окислителя, отвод продуктов сгорания – углекислого газа и паров воды.

Не знаю, как решил бы эту задачу конструктор. Природа справилась с ней блестяще.

Особенно тонко и остроумно сконструирован механизм снабжения организма кислородом и отвода продуктов сгорания. Механизм состоит из двух основных узлов: внешнего и внутреннего. Внешний устроен довольно просто и напоминает обычный газопровод (рот, нос, дыхательное горло, трахеи, бронхи). Он соединяет лёгкие с внешней средой, атмосферой, откуда засасывается воздух и куда удаляются продукты сгорания.

Внутренний узел имеет гораздо более сложную и хитрую конструкцию. В лёгких размещены тончайшие пузырьки – альвеолы. Их тут великое множество – около 700 миллионов; общая их площадь колоссальна – почти 90 квадратных метров (для сравнения: площадь поверхности человеческого тела – 2 квадратных метра). Такие размеры выбраны не случайно. Альвеолы – «обменный пункт», в них происходит обмен газами между лёгкими и кровью. Обмен этот должен происходить почти мгновенно, на ходу, – для этого и нужна большая площадь.

Столь же высоким требованиям должен удовлетворять другой участник обмена – кровь. Главная часть крови – эритроциты, красные кровяные тельца. Их количество в крови огромно – около 25 триллионов.

Цепочкой из эритроцитов человека можно трижды обмотать по экватору земной шар. Эритроциты буквально набиты зёрнами гемоглобина – белка, имеющего чрезвычайно сложное молекулярное строение. По самым

скромным предположениям, формула гемоглобина имеет вид – C712H1130N214O245S2Fe.

Кровь – жидкость, и естественно, что кислород в ней растворяется. Однако в сравнительно скромных количествах. В крови (а её у человека около 5 литров) растворяется лишь 0,0165 литра кислорода. За минуту кровь совершает примерно три оборота и, следовательно, может передать тканям только 0,05 литра кислорода. А человек даже во сне потребляет в минуту 0,3 литра, при тяжёлой же работе нужда в кислороде достигает 4—6 литров.

Где же выход? В свойствах гемоглобина. Гемоглобин обладает способностью вступать с кислородом в химическую реакцию. Образуется оксигемоглобин. В таком, связанном, виде кровь переносит основную часть кислорода. Легко соединяясь с кислородом, гемоглобин так же легко отдаёт его клеткам.

Взамен кислорода гемоглобин получает «отработанный» в клетках углекислый газ и выносит его к альвеолам. Здесь происходит новый обмен. Гемоглобин расстается с углекислым газом и приобретает кислород. Чтобы снова отдать его клеткам.