Айзек Азимов - Популярная анатомия. Строение и функции человеческого тела

На все эти продукты окисления можно смотреть как на аналоги отходов, в некотором смысле как на золу, оставшуюся после того, как огонь сжег все, что горит. Процесс избавления от отходов называется экскреция , или выделение (от греческого слова «отделять»), и органы, первично участвующие в экскреции отходов, составляют экскреторную (выделительную) систему.

Двуокись углерода – это газ (углекислый), и у всех животных он перерабатывается, как и кислород, с тем лишь исключением, что этот газ движется в обратном направлении. У животных достаточно простых, чтобы существовать за счет прямой диффузии кислорода из богатой кислородом окружающей среды в бедные им клетки, происходит обратная диффузия двуокиси углерода изнутри клетки, богатой этим газом, во внешнюю среду, бедную углекислым газом.

Более сложные организмы со специальными органами для поглощения кислорода и с системой кровообращения для транспорта кислорода используют те же самые приемы для экскреции двуокиси углерода. Таким образом, по мере того как клетки усваивают пищу и кислород, двуокись углерода, которая выделяется, диффундирует из клетки во внутритканевую жидкость и в конечном итоге в кровь. В определенном смысле кровь может перерабатывать двуокись углерода гораздо легче, чем кислород, поскольку углекислый газ растворим гораздо лучше. В то время как 100 кубических сантиметров воды при температуре тела растворят только 2,5 кубического сантиметра кислорода, углекислого газа в том же объеме растворится 53 кубических сантиметра. Кроме того, некоторая часть двуокиси углерода может свободно прикрепляться к участкам молекулы гемоглобина, которые не задействованы в транспорте кислорода.

Частично растворенный в воде, частично вступивший с ней в реакцию, образовав угольную кислоту, частично в соединении с гемоглобином, углекислый газ перемещается в конечном счете в капилляры, выстилающие альвеолы легких. Здесь, в то время как кислород попадает из альвеол в кровоток, углекислый газ попадает из кровотока в альвеолы. Вдыхаемый воздух содержит только 0,03 процента двуокиси углерода, выдыхаемый воздух – около 5 процентов углекислого газа.

Выделение воды – проблема гораздо более простая. На самом деле это вовсе не проблема, поскольку вода, выделяемая при окислении пищи, присоединяется к воде, которая и так составляет 60 процентов человеческого тела. Действительно, воду нельзя считать отходами жизнедеятельности, поскольку она абсолютно необходимый компонент живой ткани, и для любого существа, живущего на сухой земле, проблема состоит не в том, как избавиться от воды, а в том, как ее сохранить. Организм, к сожалению, не может не терять воду по множеству причин. Во-первых, альвеолы водопроницаемы и всегда влажные. Они должны быть влажными, потому что диффузия кислорода и двуокиси углерода может происходить только после того, как газы растворятся в водяной пленке, покрывающей альвеолы. Сухая альвеола не будет функционировать. Выдыхаемый воздух поэтому всегда насыщен водными парами, за исключением редких случаев, когда местная атмосфера сама по себе случайно бывает насыщена водяными парами, но в этом случае наш организм теряет воду с каждым вдохом. Кроме того, мы поддерживаем температуру нашего тела постоянной, несмотря на изменения температуры окружающей среды, во многом при помощи потоотделения. Это эффективная система кондиционирования воздуха, она может с большим размахом использовать воду, которая в этом случае потеряна для нас. В последнюю очередь вода нужна нам как растворитель, поскольку отходы возникают из белков, поэтому некоторое количество воды неизбежно теряется в процессе избавления от этих отходов.

Существуют некоторые животные, нашедшие способы сократить эти потери воды до такой степени, что воды, образующейся при окислении пищи, хватает для возмещения потерь. Такие животные (обычно адаптированные к жизни в пустыне) никогда не пьют, но прекрасно существуют на одной только пище, поскольку, прежде всего, пища в действительности никогда не бывает сухой. Растительность на 80–90 процентов состоит из воды, а в свежем мясе 70 процентов воды. Если уж на то пошло, хлеб по меньшей мере на 30 процентов состоит из воды, если он свежий, и даже столь сухой продукт, как сухие бобы, содержит более чем 10 процентов воды. Добавьте к этому воду, появляющуюся в результате окисления пищи, и вас не удивит, что некоторым пустынным животным никогда не приходится пить.

Человеческий организм, напротив, не может сохранить достаточно воды, чтобы одна только пища адекватно восполняла жидкость. Среднестатистический взрослый теряет до 2 литров жидкости в день через легкие, кожу и в виде мочи. (При рвоте, поносе, повышенном потоотделении в жаркие дни и во время непривычно тяжелой работы он может потерять и значительно больше.) По этой причине необходимо, чтобы взрослый человек выпивал около 2 литров воды ежедневно. Обычно это не составляет труда, при условии, что вода доступна. Когда потеря воды достигает 1 процента веса тела, человек испытывает чувство жажды и не нуждается в дополнительных стимулах, чтобы пить.

Жажда, на первый взгляд, возникает, когда пересыхает глотка, а слюноотделение частично приостанавливается из-за нехватки воды. Однако более глубокая причина состоит в повышении концентрации растворенных веществ в крови. Таким образом, простое смачивание рта и горла не устраняет симптомов жажды более чем на минуту. Но введение воды непосредственно в желудок устраняет жажду, хотя рот непосредственно не смачивается.

Жажда – состояние более неприятное, нежели голод, и переносится тяжелее. Это можно понять, поскольку среднестатистический хорошо питающийся человек имеет значительный пищевой запас на случай крайней необходимости, а запас воды значительно меньше. Если вода недоступна, человек приближается к состоянию коллапса, когда потеря воды переходит 5-процентную границу веса тела, и находится при смерти, когда потеря воды превышает 10 процентов веса тела. Эти показатели могут показаться более благоприятными по сравнению с показателями веса жира, который теряется во время голодания, но потеря воды происходит гораздо быстрее. Предел человеческой выносливости при жажде исчисляется днями, в то время как голодать человек может неделями. Вода при проглатывании попадает во внутренние органы довольно быстро и не менее быстро там всасывается, разжижая загустевшую кровь. Следовательно, жажда вскоре исчезнет, если попить.

А как обстоят дела с выделениями других отходов, помимо двуокиси углерода и воды, которые образуются при сочетании белков с кислородом? Как организм избавляется от использованных атомов азота, который вслед за углеродом, водородом и кислородом наиболее распространен в белковых молекулах? Может показаться, что логичным будет дать ему возможность образовать газ и, подобно двуокиси углерода, выделять через легкие. Увы, логика тут бессильна! Образование газообразного азота – процесс, требующий таких больших энергозатрат, на которые не способен ни один организм выше уровня некоторых бактерий. А если даже такой азот и образуется, он гораздо хуже растворим в воде, чем кислород, и его транспортировка в большом количестве кровотоком создаст большую проблему.