Джессика Браун - Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим

После кислорода Лавуазье обращается к дыханию. Оно кажется процессом, схожим с горением. Сначала он исследует, сколько тепла выделяют морские свинки, помещенные в самодельную холодильную камеру. Затем подопытным животным становится коллега Арман Сеген. Лавуазье заворачивает его в полотнище, а поверху изолирует резиной. Дышать Сеген в воздухонепроницаемой маске может лишь через закрепленную на ней трубку. Таким образом Лавуазье удается измерить, сколько кислорода потребляет импровизированная «лабораторная свинка» при высокой или низкой температуре, при физическом напряжении, при переваривании тяжелой пищи. Также он фиксирует количество углекислого газа, выдыхаемого другом. Серия опытов показывает: количество вдыхаемого человеком кислорода находится в устойчивой пропорции к выдыхаемому углекислому газу. Кислород необходим, чтобы усваивать питательные вещества (углеродсодержащие субстанции), при этом высвобождая тепло. В остатке — углекислый газ. Сами того не осознавая, оба участника эксперимента дали ответ на вопрос, куда девается «потерянный» вес. По большей части он выдыхается — в форме воды и углекислого газа.

Кто знает, сколько всего еще обнаружил бы Лавуазье, освещенный ярким пламенем кислорода? Но его свет угас слишком рано. Отец химической революции, он стал жертвой Великой французской, в 1794 году окончив жизнь на гильотине. Джозеф Пристли, сторонник Французской революции и консерватор в химии, напротив, спасся от огня в 1791-м. Толпа, разъяренная политической ангажированностью пастора, подожгла его дом в Бирмингеме. А Карл Вильгельм Шееле умер в сорок четыре года от туберкулеза, не подозревая, что история воздаст ему должное как соавтору открытия кислорода.

Смерть всегда удушение, и неважно, как она приходит: сердце ли перестает биться, кровоснабжение ли иссякает.

Органы больше не получают кислород — они «задыхаются». То, что от нас остается после смерти, отнюдь не пустая оболочка. Тело новопреставленного на две трети состоит из воды, на шестую часть — из жиров, углеводов и минералов. Оставшаяся одна шестая — это протеины и аминокислоты, основа передачи нашей генетической программы будущим поколениям: ДНК. А ее базис — азот.

Азот составляет около трех процентов веса тела, у семидесятикилограммового взрослого — примерно два килограмма. В воздухе, которым мы дышим, азота предостаточно: семьдесят восемь — его основной компонент. Однако организм не может утилизировать элементарный N 2. Два атома его молекулы так крепко связаны, что им непросто вступать в реакцию с другими веществами. Поэтому в легких азот временно занимает место кислорода: он заполняет альвеолы, чтобы они произвольно не спадались, когда в кровь переходит больше кислорода, чем обычно. Попавшие в кровоток молекулы азота совершают кругооборот или откладываются в тканях. Азот действует как инертные газы. Когда приходит время, он покидает организм в том же неизменном виде, как и поступает.

Для строительства клеток живым организмам требуется не N 2, а его реактивные формы, такие как аммоний и аммиак. Зеленые растения продуцируют из этих соединений протеины. Без таких помощников у животных и людей не было бы доступа к жизненно важным строительным материалам. То, что азот означает рост и развитие, догадывался еще в III веке до н. э. естествоиспытатель Теофраст Эресский. Он советовал крестьянам удобрять поля гниющими бобовыми. Но что именно вызывает чудесную вегетацию, открыли лишь в 1886 году немецкие агрохимики Герман Хелльригель и Герман Уилфарт. Азот тогда только появился на сцене. В процессе своих опытов в аптеке Упсалы Карл Вильгельм Шееле получил не только легко вступающий в реакцию «огненный воздух», но и, по его определению, «испорченный воздух», который явно ни на что не годился. Врач, химик, ботаник Даниель Резерфорд в 1772 году описал его свойства в своей докторской: он без цвета, без запаха, без вкуса, не горюч — в сравнении с «огненным воздухом» совсем бездеятельный. Свое имя азот [17] Azote ( франц .; от греч . ἀζωτος — безжизненный). получил из опытов Антуана Лавуазье: в переводе с греческого «безжизненный» — поскольку мыши, не получая доступа к другим газам, умирали.

Однако это название некорректно. Ядовитым азот становится лишь в том случае, когда вытесняет кислород, или для ныряльщика, когда под воздействием давления окружающей среды кислород быстрее поступает из баллона в ткани и «опьяняет» его. Соединения азота, такие как нитраты, аммоний и аммиак, по существу не опасны для жизни, а скорее поддерживают ее. Эксперты подсчитали, что двое из пяти человек на Земле получают достаточно пищи благодаря искусственным азотным удобрениям, обеспечивающим урожай. Однако сегодня реактивные формы азота почти на четверть превышают то его содержание, которое Земля способна переработать в обозримом будущем. Избыточное удобрение перенасыщает азотом окружающую среду, а вместе с тем и воздух для дыхания. Одно лишь производство удобрений требует непропорциональных затрат энергии: синтез аммиака пожирает от одного до трех процентов расхода энергии во всем мире. Если фермеры вносят на поля больше удобрений, чем могут использовать растения, те скапливаются в почве. Там бактерии, помимо прочего, преобразуют его в веселящий газ (закись азота). Что отнюдь не весело. Это наркотическое средство является еще и мощным катализатором парникового эффекта. Если нитраты концентрируются в грунтовых водах, их очистка стоит водоснабжающим компаниям гигантских сумм. В морях и океанах переизбыток азота приводит к так называемой эвтрофикации: богатая им пища стимулирует бурный рост водорослей и цианобактерий, которые лишают остальные растения и животных жизненно важных ресурсов. Аммиак из фекальной жижи и навозных куч, выгребаемых из птичников, свинарен и коровников, повышает кислотность почвы и тем самым ослабляет леса, возобновляющие воздух для нашего дыхания. Угарный газ из выхлопных труб соединяется с солями аммония и в виде тонкой пыли загрязняет легочные альвеолы и вызывает заболевания.

Соединения монооксида азота (NO) и диоксида азота (NO 2) большинству людей известны как выбросы, которых следует избегать. Они высвобождаются, когда такие вещества, как уголь, нефть, дерево, биогаз, сжигаются при высоких температурах. Несмотря на высокую токсичность, окись азота встречается и в организме — прекрасный пример того, как лекарство становится ядом в зависимости от дозы. Еще мало исследовано, как эта аутогенная субстанция берет на себя функции заживления ран, как способна укрепить слизистую желудка, защищающую его. Она, точно посыльный, сигнализирует гладкой мускулатуре кровеносных сосудов ослабить тонус. Вследствие чего ток крови увеличивается и повышается снабжение органов кислородом. Даже следа окиси азота достаточно, чтобы ощутить чувствительные изменения: например, в легких, которые получают больше воздуха. Или в пенисе: без NO невозможна эрекция. Сердечная мышца тоже благодаря ему расслабляется и потребляет меньше кислорода. Сто пятьдесят лет назад врачи начали прописывать пациентам с сердечными болезнями взрывчатое вещество нитроглицерин, чтобы унять боль. Правда, медикамент не имеет отношения к взрывам. Изобретатель динамита Альфред Нобель, страдавший заболеванием сердца, с юмором отказывался от предписанной терапии. «Ну, не ирония ли судьбы, что мне назначают инъекции нитроглицерина?» — жаловался он своему нотариусу. В организме высвобожденный монооксид азота распространяется с кровью. В воздухе он быстро окисляется в коричневатый диоксид азота, и даже однократный вдох этого вещества полностью поражает слизистую оболочку дыхательных путей. Больные астмой или ХОБЛ, хронической обструктивной болезнью легких, реагируют на попадание диоксида азота в дыхательные пути острым приступом удушья. Выяснить, насколько опасен загрязненный воздух для здоровых легких, не так уж просто, поскольку вычленить воздействие оксидов азота весьма проблематично. Скажем, в промышленном регионе увеличивается количество инфарктов — причиной тому могут стать и другие факторы: например, тонкая пыль. При сборе сведений ученые стараются рассчитать их коэффициент. В настоящее время Федеральное агентство охраны окружающей среды видит связь между высокими показателями диоксида азота и отдаленными последствиями, такими как сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет, артериальная гипертония и геморрагический инсульт. В любом случае то, что за последнее десятилетие уровень загрязнения диоксидом азота в Германии снизился, — хороший признак. Чистый воздух не провоцирует болезни.