Страница 22 из 48
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 расстаётся с углекислым газом и приобретает кислород. Чтобы снова отдать его клеткам.
Ясно, что главная «деталь» внутреннего узла – обменный пункт, альвеолы. Внутри альвеол – воздух, богатый кислородом. Снаружи – кровь, в которой много углекислоты. Между ними тонкая стенка, перегородка. Через неё должен быть произведён обмен. Сложная задача. Стенка мешает. Убрать её? Но тогда кровь хлынет в лёгкие. Нет, стенка нужна. Но стенка особой конструкции. Непроницаемая для жидкостей и твёрдых частиц, она должна свободно пропускать газы.
Именно так и решил задачу великий конструктор – природа. Теперь уже подобные стенки (их называют обычно полупроницаемыми перегородками) начинают применяться и в технике. Но создателем их является природа – не будем забывать автора…
Итак, на обменный пункт прибыла тёмно-вишнёвая венозная кровь, несущая продукты окисления – углекислоту, пары воды. Она омывает тонкие стенки альвеол. Там, в альвеолах, воздух, богатый кислородом. Молекулы газов, летящие во всех направлениях, «прошивают» перегородку. Происходит постепенное (а в конечном счёте очень быстрое, ибо площадь альвеол огромна) выравнивание состава. Часть альвеолярного кислорода поступает в кровь; продукты сгорания проникают в альвеолы и при выдохе уходят в атмосферу.
С обменного пункта кровь следует дальше, к клеткам. Теперь она алого цвета. У неё и название другое, светлое – артериальная кровь. Сердце – бесперебойный насос – качает и качает её, чтобы самые отдалённые ткани получили кислород. Ведь кислород – это жизнь.
В конструкции человеческого двигателя есть ещё одно, очень интересное и важное устройство. Оно напоминает современные системы автоматического управления. Это устройство регулирует «внешнее» дыхание.
Допустим, меня что-то заинтересовало: футбольный матч или партия в шахматы. Я так увлёкся, что смотрю на поле (или на доску) «разинув рот». Хочется пить, но мне не до того. В азарте я забыл даже, что надо делать вдох и выдох – дышать.
Что произойдёт? Альвеолярный воздух после каждого обмена становится всё беднее кислородом и богаче углекислым газом. Наконец настанет момент, когда обмен прекратится. Артериальная кровь станет такой же тёмной, как венозная, такой же бедной кислородом. Она пойдёт к клеткам, но ей нечего будет им дать, она не сможет ничего получить взамен. Клетки задохнутся в продуктах сгорания, наступит смерть.
Хороший конструктор учитывает свойства машины. И природа «предусмотрела» специальное устройство – «дыхательный центр», – которое действует автоматически.
Всякий автомат срабатывает от какого-то внешнего воздействия. Это может быть тяжесть трёхкопеечной монеты (в автоматах с газированной водой), повышение или понижение температуры (в термостатах), фотохимическое действие света и т. п. Однако какой-то «толчок» должен быть. Именно его улавливает «принимающая» часть автомата и передаёт приказ исполнительному механизму.
Какой «толчок» выбрали бы вы в данном случае? Подозреваю, что самый простой – недостаток кислорода, уменьшение его концентрации в лёгких (или в альвеолах) до определённой величины. Такое устройство вполне можно представить. Скажем, в альвеолах есть чувствительный «датчик», который отзывается на изменение состава воздуха. Когда содержание кислорода в них упадёт, допустим, до 12 процентов (обычно 15 – 16), «датчик» сработает, передаст сигнал в мозг, и оттуда поступит такой приказ, что вы мгновенно забудете о футболе и сделаете вдох или выдох.
Но тем временем организм будет испытывать кислородный голод. Как говорят физиологи, образуется кислородный «долг». Такой долг возникает у спортсменов при большой нагрузке. Например, при скоростном беге на короткие дистанции. В эти моменты человек способен израсходовать в минуту до 35 литров кислорода. Между тем даже у хорошо тренированного человека максимальная доставка кислорода составляет лишь 4 – 5, редко 6 литров в минуту.
Поэтому бег с такой скоростью может продолжаться лишь несколько секунд (для стометровки – 10 – 12 секунд). Этот небольшой промежуток мышцы работают в условиях недостатка кислорода, за счёт резервов. Человек быстро устаёт, ему сразу же необходим отдых, «восстановительный период», в течение которого организм погасит кислородную задолженность.
Но одно дело рекордный бег специально тренированного спортсмена, длящийся секунды, и совсем другое – обычная жизнь. Тут не может быть никаких «долгов», потребность в кислороде должна удовлетворяться полностью. Учитывая это, природа построила работу дыхательного центра на другом принципе. Автомат срабатывает не при недостатке кислорода, а при… избытке углекислоты!
Автомат действует очень хорошо и надёжно. В этом легко убедиться, если попробовать не дышать. Минута, максимум полторы, и вы начнёте жадно хватать воздух. В лёгких ещё достаточно кислорода, никакого «долга» нет. Но углекислота накопилась, и автомат сработал, предупреждая кислородный голод.
В обычных, земных, условиях дыхательный автомат работает безукоризненно. И не его вина, если человек, не довольствуясь поверхностью земли, лезет под воду или поднимается в верхние слои атмосферы. На эти случаи автомат не рассчитан, тут возможны всякие неожиданности. И когда об этом забывают…
ТРОЕ НА ВОЗДУШНОМ ШАРЕ
Утром 15 апреля 1875 года аэростат «Зенит» оторвался от земли и начал стремительный подъём. День был ясный, солнечный. Ветер почти не ощущался. Всё предвещало удачный полёт и благополучное возвращение.
Аэронавты не сомневались в успехе. Командир «Зенита» француз Тиссандье десятки раз поднимался на аэростатах различных конструкций. Немалый опыт имели и члены экипажа итальянцы Кроссе-Спинелли и Сивель.
«Зенит» был снабжён всем необходимым. Продовольствие и вода на несколько дней, тёплая одежда, резиновая лодка. Аэронавты захватили с собой даже запас кислорода в подушках. Большая подъёмная сила и солидный балласт позволяли надеяться, что «Зенит» сможет подняться на небывалую высоту.
Запас кислорода в подушках был невелик. Но аэронавтов это не беспокоило. Они решили экономить кислород, воспользоваться им, только когда почувствуют удушье. К тому же при малейшей опасности они откроют клапан, стравят избыток водорода и начнут немедленный спуск.