Виктор Панов - Люстра Чижевского - прибор долголетия

Мы употребляем 200–300 г пищи в сутки и много воды. А сколько кислорода из воздуха за это же время усваивает человек? Ответ для многих будет неожиданным: от одного до двух килограммов! Простой расчет А. Л. Чижевского убедит нас в этом.

Объем воздуха, проходящий через легкие человека за сутки:

V = 0,35 × 16 × 1440 = 8000 л = 8 м 3,

где 0,35 л — объем воздуха в одном вдохе, 16 — число вдохов человека в спокойном состоянии в 1 минуту, 1440 — число минут в сутках.

Таким образом, через легкие человека за сутки проходит около 8 м 3воздуха. В атмосфере 23 % (по весу) кислорода. В выдыхаемом человеком воздухе его остается 15 %. Зная, что м 3воздуха весит 1,3 кг, путем несложных вычислений можно определить массу кислорода, который усваивается организмом человека за сутки. Получится приблизительно 1 кг.

Замечу, что это — в «спокойном состоянии». Если человек занят тяжелым физическим трудом, то для обеспечения повышенных энергозатрат суточное потребление кислорода (и, конечно же, пищи) увеличивается. Почему так происходит, все знают. Поскольку дыхание — это окисление, веществ пищи, то фактически живой организм для получения энергии «сжигает» в себе органическое «топливо›› в атмосферном кислороде. Чтобы получить больше энергии, нужно больше «топлива» и воздуха. Но просто «сжиганием топлива» дело не ограничивается.

С точки зрения химика, живой организм представляет собой химический реактор, в котором идут процессы разложения и синтеза различных веществ. Вернее, это химический комбинат из огромного количества реакторов, в которых вещества, синтезированные в одном из них, являются исходными для другого и наоборот. Огромного потому, что только белков в организме человека синтезируется более 50 000.

«Инструкция» для работы реакторов записана в виде последовательности из четырех символов: А, Г, Т и Ц (оснований дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК) на свернутой в двойную спираль (а потом — в сложный клубок) «перфоленточку» — молекулу ДНК. «Инструкция» отрабатывалась методом проб и ошибок в ходе эволюции жизни на Земле. Продолжалось это 3,5 миллиарда лет и продолжается сейчас. Полный набор программ хранится в хромосомах каждой клетки. Сколь велика эта «инструкция» можно понять, если представить себе, что суммарная длина молекул ДНК в неоплодотворенной яйцеклетке человека составляет ни много ни мало 180 см.

Перед этой живой «химической фабрикой» природа поставила конкретную задачу: из пищи и кислорода нужно добыть энергию и использовать ее на обеспечение жизнедеятельности организма. Как напряженно и в то же время эффективно работает «химическое производство» в организме человека, можно себе представить, рассмотрев его энергозатраты. С точки зрения физики (а энергия — основное понятие физики), полученная химическим путем энергия, в основном идет на выработку тепла и механическую работу.

Тепловую мощность, необходимую для поддержания постоянной температуры тела, можно оценить исходя из того, что площадь поверхности тела человека около 2 м 2, а температура его кожного покрова близка к 36°C.

Конечно; величина тепловыделения зависит от того, как человек одет и в каких климатических условиях он находится. Усредненное же по времени и условиям окружающей среды значение тепловой мощности составляет приблизительно 75 Вт. То есть за сутки в тепло уходит 75 × 24 = 1,8 кВт/час (или 1500 ккал). Примерно столько же энергии расходуется на обеспечение работы мышц. Итого в сумме на обогрев и движение средний человек тратит в сутки 3,6 кВт/час.

Есть еще одна статья энергозатрат. Это, так сказать, «строительство и ремонт», то есть рост организма, удаление из него ненужных веществ и замена отслуживших клеток. На «текущий ремонт» тела нужно очень мало и энергии, и материала. Исключения — период усиленного роста человека в юности и процесс вынашивания женщиной плода.

Итак, человек расходует за сутки около 3,6 кВт/час энергии. В теплофизических величинах это 3000 ккал. Как известно, именно такова калорийность нормального суточного рациона. Для сравнения: этого количества тепла достаточно, чтобы нагреть до кипения четыре больших ведра воды. За год на одного человека приходится 1300 кВт/час. Трудно поверить, но в середине 70-х гг. прошлого века столько же электроэнергии на одного жителя Земли вырабатывали все ее электростанции.

Даже усредненные энергозатраты человеческого организма впечатляют. А ведь иногда ему приходится и сильно напрягать свои энергетические резервы. Например, купание в ледяной воде требует резкого увеличения выработки тепла, а тяжелая физическая нагрузка требует интенсивной работы мышц. Причем диапазон их мощности весьма широк. Мышцы тренированного человека кратковременно (на единицы секунд) могут развить мощность более 2 кВт или 3 лошадиных сил. Мощность в одну лошадиную силу спортсмен способен «выдавать» несколько минут, а две-три сотни ватт — часами. Если нужно, мышцы помогают согреться. «Дрожит от холода» — говорим мы о замерзшем человеке.

Скорости, с которыми протекают химические реакции в организме, поражают воображение, особенно если учесть, что реакции идут не в огромных промышленных установках при высокой температуре и давлении, а в живой клетке.

В химии хорошо известно ускорение химических реакций при помощи катализаторов. Явление катализа широко использует и живая природа. Почти все процессы, протекающие в клетках растений и животных, требуют участия катализаторов. Биологические катализаторы называются ферментами. Это вещества белковой природы, обладающие двумя характерными особенностями. Во-первых, они проводят химические реакции с огромными скоростями. Например, фермент каталаза расщепляет перекись водорода, которая образуется в некоторых биохимических процессах, на воду и кислород. Делает он это в миллион раз быстрее, чем промышленный катализатор с ионами двухвалентного железа.

Вторая, еще более удивительная особенность действия ферментов состоит в том, что они, в отличие от неорганических катализаторов, весьма разборчивы. Они ускоряют часто одну единственную реакцию, не обращая внимания даже на похожие превращения. Например, амилаза, содержащаяся в слюне, легко и быстро расщепляет крахмал, молекула которого состоит из огромного количества одинаковых глюкозных звеньев. Но она не может справиться с молекулой сахарозы (обычного сахара), состоящей из двух половин — глюкозы и фруктозы.

Таким образом, живой организм на уровне молекул — это нескончаемая цепочка разнообразнейших химических реакций, каждая из которых осуществляется при помощи своего биокатализатора. Но если просто в большом чане намешать борща с хлебом, каши с котлетами, компота, всяких ферментов и подавать туда воздух, то живое существо из этого не получится. Потому что живое существо — это сложная, особым образом организованная система, в которой все химические превращения происходят в соответствии с его генетической программой. За тем, как выполняется эта программа, «следят» различные «узлы» и «блоки» этой системы. Их задача — не только следить, но и корректировать при необходимости. Такое слежение и управление в биологии называется регуляцией жизнедеятельности.