Британский историк и биограф Роберт Лейси в своей книге «Аристократы» рассказывает, что именно испанцы породили в мировом сознании мысль о голубой крови аристократов. Эта идея возвращает нас к эпохе Средневековья в Европе, когда социальный класс человека определяли по тому, насколько заметными были синие вены под его кожей. Кожа у привилегированных особ была бледной, поэтому их поверхностные вены были заметнее, чем у загорелых крестьян, которые проводили свою жизнь в полях.
Вены бледнокожих людей кажутся синими из-за физики электромагнитного излучения. А точнее — из-за того, как ведут себя различные длины волн света при проникновении под кожу. Красный и оранжевый световые спектры имеют большую длину волны, поэтому кожа и гемоглобин в крови абсорбируют их. У синего длина волны короче, поэтому он не может проникнуть глубоко под кожу, а вместо этого отражается от нее, позволяя вам увидеть синеву.
Арктические белокровки практически прозрачны, поскольку в их бесцветной крови отсутствуют эритроциты.
Почти у всех позвоночных, кроме мечехвоста и шипоносой белокровки, красная кровь. Степень «красноты» зависит от количества кислорода и углекислого газа в крови. Как правило, богатая кислородом кровь бывает яркого малиново-красного цвета, а ненасыщенная — скорее темного бордово-красного цвета. Все это обусловлено содержанием белкового пигмента гемоглобина в эритроцитах (красных кровяных тельцах).
Наша кровь — это жидкая соединительная ткань, населенная клетками, которые помогают нам выжить.
Всего в нашей сердечно-сосудистой системе циркулирует порядка 5 л крови, причем мы можем потерять около четверти этого объема без каких-либо серьезных проблем и побочных эффектов. Именно на этих данных и зиждется донорство крови.
Состав крови
Кровь кишит клетками, плывущими по течению. Большую часть (45 %) составляют эритроциты. За ними следуют лейкоциты (1 %) и крошечные коагулирующие фрагменты — тромбоциты. Каждый из этих типов попадает в кровь из сосудов и играет важную роль в поддержании жизни. Бледно-желтая жидкость, называемая плазмой, занимает оставшиеся 54 % крови. Плазма состоит в основном из воды и служит идеальной средой для растворения и суспендирования необходимых веществ. Без крови наше тело не смогло бы закупоривать раны в организме и предотвращать проникновение вредных агентов. Тогда мы не смогли бы обращаться к команде срочного кровяного реагирования и не имели бы возможностей перенаправить пехотинцев нашей иммунной системы к очагам вторжения чужеродных агентов. Очевидно, что кровь играет первоочередную роль в защите организма. Подробнее о лейкоцитах и тромбоцитах см. параграфы «Белые кровяные тельца» и «Активируйте лейкоциты!» на стр. 146–154, а также параграф «Обитель тромбоцитов» на стр. 160.
Плазма
Вопрос № 1: что останется, если из крови удалить все кровяные клетки?
Ответ: плазма. Плазма крови чем-то похожа на концентрированную мочу. Но, в отличие от урины, она содержит элементы, от которых наш организм не всегда пытается избавиться. Плазма на 90 % состоит из воды и таких питательных веществ, как глюкоза, строительные блоки жиров и белков (например, жирных кислот и аминокислот), холестерин, гормоны, железо, витамины, минералы, растворенные соли или электролиты (например, натрий и калий), продукты жизнедеятельности клеток, мочевина и глобулярные белки, выполняющие разные функции (в том числе работающие в качестве ферментов и «водного такси» по транспортировке самых водобоязненных веществ).
Плазма крови содержит важные элементы, включая факторы свертывания крови и иммуноглобулины.
Самый распространенный белок в нашей крови — это альбумин. Он вырабатывается в печени и выделяется в кровь для выполнения важнейшей функции. Альбумин связывается с различными гидрофобными молекулами в крови (гормонами, стероидами и жирными кислотами, включая лекарственные вещества) и распределяет их по жидкостям организма. Кроме того, альбумин действует как обратная губка, не давая воде уходить из сосудов. Альбумин предотвращает разбухание тканей, сохраняя необходимое осмотическое давление для поддержания уровня воды в крови.
Если раскрутить кровь на высоких оборотах в центрифуге, то она разделится на отдельные фракции.
Это молекулярная структура плазменного белка фибриногена, который помогает крови свертываться.
Глобулины — это еще одни важные плазменные белки крови. Они образуются в печени или белых кровяных тельцах (лейкоцитах). Глобулины, как и альбумины, отвечают за транспорт различных веществ. Кроме того, они служат факторами свертывания крови (например, фибриноген), предотвращающими кровопотерю. Есть еще одна функция, которую выполняет только самый смелый тип глобулина — иммуноглобулин: он становится антителом, формирующим защитный барьер от патогенных микроорганизмов.
Сыворотка
Вопрос № 2: что останется, если удалить из плазмы факторы свертывания крови (например, фибриноген)?
Ответ: сыворотка. Эту часть нашей крови врачи используют для определения группы крови или проверки на различные заболевания. Также плазму используют для переливания крови людям с гемофилией (их кровь не сворачивается) либо для «дозаправки» определенными иммуноглобулинами при нарушении иммунной системы.
Эритроциты: трудная жизнь переносчика кислорода
Эритроциты, или красные кровяные тельца, начинают свой путь в костном мозге — в промежутках губчатого вещества кости. В первые три месяца жизни эмбриона за выработку эритроцитов отвечают печень и селезенка. После необходимого внутриутробного развития и реструктуризации систем функция по образованию эритроцитов переходит к костному мозгу. Печень и селезенка остаются на скамье запасных на случай, если костный мозг перестанет справляться.
Это разные стадии образования эритроцитов (эритропоэз). Когда стволовая клетка (слева вверху) готова к образованию эритроцитов, она претерпевает ряд морфологических изменений. В результате этих изменений клетка лишается ядра (справа внизу) и органелл, а также приобретает пигментный гемоглобин.
После рождения все наши кости, особенно длинные, способны производить эритроциты. Этот процесс называют эритропоэзом. К двадцати годам эта способность остается лишь у избранных структур: позвоночника, грудины, черепа, тазовой кости и проксимальных концов костей конечностей.
Эритропоэз
Эритропоэз запускается, когда определенные клетки почек фиксируют низкий уровень кислорода в крови. Они выделяют особый гормон, или фактор роста, под названием «эритропоэтин», который стимулирует деление гемопоэтических стволовых клеток (гемоцитобластов). Эти клетки живут в костном мозге, и из них образуются все клетки крови.
Далее дочерняя клетка дифференцируется в миелоидную стволовую клетку, из которой образуется ранний предшественник эритроцитов — проэритробласт. После серии изменений клетка теряет свое ядро и переносится в кровь, где становится молодым эритроцитом — ретикулоцитом.
Процесс образования всех типов клеток крови схож с процессом образования эритроцитов и называется гематопоэзом.
Клетки крови образуются из гемопоэтических стволовых клеток красного костного мозга. Тип образовавшейся клетки зависит от гормонов и факторов роста, которые запускают специфическое направление развития и деления.
Перенос кислорода
Около 1–2 % всех эритроцитов в кровотоке отводится ретикулоцитам. За какие-то два дня ретикулоцит успевает обменять свои органеллы на дополнительное место для самого ценного груза — гемоглобина. Такую зрелую клетку мы уже можем называть эритроцитом.
У нашей крови обычно есть привкус металла, потому что каждая молекула гемоглобина содержит по четыре железосодержащих пигмента (гема), каждый из которых оборачивается четырьмя цепями глобулиновых белков. Железо присутствует в форме, обратимо связанной с кислородом (двухвалентное железо, Fe2+). Это означает, что одна молекула гемоглобина будет связываться с четырьмя молекулами кислорода. Получившаяся цифра может показаться не такой уж и большой. Но не забывайте, что каждый эритроцит содержит до 300 миллионов молекул гемоглобина, а это означает, что каждый эритроцит может связывать и транспортировать до 1,2 миллиарда молекул кислорода. А теперь учтите, что в нашем кровотоке живет примерно 30 триллионов клеток крови.
Эритроциты наполнены миллионами молекул гемоглобина. В пигменте — геме — содержится железо, которое слабо связывается с кислородом.
Двояковогнутая форма нужна свободно плавающим эритроцитам (по сути это просто молекулы гемоглобина, заключенные в оболочку), чтобы увеличить поверхности для газообмена. Интересный факт: гемоглобин высвобождает кислород, только когда это нужно ткани. Кроме того, лишь четверть всего объема углекислого газа, выделенного в процессе жизнедеятельности тканями, связывается с белковыми участками молекулы гемоглобина. А большая часть углекислого газа растворяется и переносится к легким в составе плазмы.
Смерть эритроцита
Эритроцит, переносящий кислород, достигает старости через 120 дней. Эти клетки привлекают специализированных лейкоцитов (макрофагов), которые разрушают их и поглощают в костном мозге, печени или селезенке. Но и это еще не конец. В ходе этого процесса компоненты эритроцитов (белки глобины и железы) перерабатываются и используются для производства других эритроцитов. Другие части молекулы (например, гем) превращаются в пигменты, которые сначала зеленеют (биливердин), а затем приобретают желтый окрас (билирубин), прикрепляются к альбумину в крови и переносятся в печень. Здесь билирубин вторично используется для создания пищеварительного сока — желчи, которая расщепляет жиры в кишечнике.
На закате своей жизни эритроциты привлекают фагоцитарные клетки (макрофаги), которые их поедают. Частицы эритроцита могут заново использоваться для создания новых клеток — или же выделяются в желчь в виде пигмента — билирубина.
Срок жизни эритроцитов сравнительно короток. Но каждую секунду в костном мозге образуется по 2 миллиона новых эритроцитов, и их дело продолжает жить.