Журнал "Здоровье" №8 (104) 1963

Мы кратко, в общих чертах, рассказали о процессах, происходящих в капиллярах легких, о химии легочного дыхания. Но, как мы знаем, во всех тканях и органах, в каждой клетке организма человека непрерывно происходят процессы обмена веществ и энергии. Кровь доставляет клеткам питательные вещества и кислород, а уносит от них продукты обмена веществ и углекислоту. Дыхание обеспечивает газообмен не только в наших легких, но и в тканях. Здесь происходят очень сложные химические процессы окисления. Стенки клеток, из которых построен весь наш организм, представляют собой полупроницаемые мембраны. Через них легко проходят молекулы различных веществ и газов.

Окислительные процессы в клетке завершаются образованием конечных продуктов — воды и углекислого газа. Формула воды — H₂O — наверное, известна всем. Но в клетке два атома водорода и атом кислорода просто соединиться не могут. Почему? Да потому, что кислород, доставленный сюда кровью, химически не активен. Водород же в клетке находится в связанном состоянии, он входит в состав молекул какого-либо органического вещества, например глюкозы. Чтобы началась реакция между кислородом и водородом, в действие должна вступить сложная система дыхательных ферментов кленки.

Это очень активные химические катализаторы. Они сначала расщепляют глюкозу, а затем отрывают водород и переносят электроны водорода на кислород, делая его химически, активным отрицательно заряженным ионом. И только после столь сложных превращений образуются вода и углекислый газ.

Интересно отметить, что окислительные процессы в клетке происходят медленно, как бы ступенчато. В результате такого медленного сгорания питательных веществ в клетке также постепенно освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. В этом и состоит биологический смысл сложного процесса дыхания.

Ученые подсчитали, что образование 18 граммов воды сопровождается освобождением 55 больших калорий энергии. Эта энергия частично — около 50 процентов — вдет на образование тепла в организме, а частично накапливается в клетках в виде непрочных химических соединений. Распадаясь, они освобождают энергию в такой форме, которая легко используется на различные процессы, протекающие в организме. Именно эта форма энергии превращается в энергию, необходимую для нормальной деятельности внутренних органов, для работы мозга, мышц, синтеза белков, нуклеиновых кислот и т. д.

Возникает вопрос: в какой части клетки происходит последний этап дыхания? Современная техника оптических исследований стала очень совершенной. Например, электронный микроскоп дает увеличение в сотни тысяч раз. Эти технические возможности открыли исследователям много нового в изучении строения клетки.

Помимо ядра и заключенного в нем ядрышка, в протоплазме клеток были обнаружены тельца разной величины и формы. Сравнительно большие образования, имеющие, как правило, вытянутую форму, ученые назвали митохондриями; более мелкие структуры округлой формы — микросомами. Все составные части клетки сообщаются друг с другом благодаря многочисленным каналам и полупроницаемым перепонкам.

Исследования показали также, что различные структуры клетки выполняют свои, совершенно определенные функции. Так, в ядре образуются нуклеиновые кислоты, направляющие по определенному пути синтез белка в организме. Местом синтеза белка являются микросомы. Митохондрии представляют собой главные «силовые станции» клетки, ее органы дыхания. Здесь по преимуществу протекают окислительные процессы.

Митохондрии имеют две оболочки. Внутренняя образует многочисленные складки, создающие перегородки, которые как бы делят содержимое митохондрий на несколько камер. В складках оболочек сосредоточены дыхательные ферменты. Они расположены в строгом порядке, благодаря которому процесс дыхания протекает не случайно, а в определенной последовательности.

Окислительные процессы, происходящие в митохондриях, замечательны еще и тем, что именно здесь образуются и накапливаются вещества с непрочными связями, разрыв которых сопровождается выделением энергии. К числу таких веществ в первую очередь относится аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Это вещество, образовавшись в митохондриях, переходит в окружающую среду, где в зависимости от особенностей клетки может быть использовано на различные нужды организма.

Что же может нарушать дыхание? Причин таких много. Например, недостаток кислорода в атмосферном воздухе высоко над уровнем моря. Заполнение альвеол жидкостью (отек, воспаление легких) может исключить возможность газообмена в легочных капиллярах, и организм начнет испытывать кислородное голодание. Отравление, например, угарным газом лишает гемоглобин крови способности присоединить кислород; наркотические вещества, различные яды разрушают дыхательные ферменты и т. д.