Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

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.