«Спрос определяет предложение»… Универсальный лозунг современного бизнеса, как выяснилось, определяет суть одного из основных процессов, происходящих в организме, — процесса кровообращения. Вот что пишет об этом известный научный журнал «Нейчур».
Физиологи и раньше задумывались над вопросом, каким образом регулируются кровотоки в отдельных органах и тканях. Вопрос этот отнюдь не академический — от ответа на него во многом зависит правильное лечение инфарктов, инсультов, многих болезней крови, подбор кровезаменителей и т. д.
Теория кровообращения, конечно, существует. Во всех медицинских учебниках можно прочесть, что гладкие мышцы, находящиеся в стенках артерий, получают определенные сигналы и, откликаясь на них, то расширяют, то сужают кровоток.
«В общем, получается, что в данном случае мы как бы имеем дело с социалистическим способом руководства системой — где-то в центре решают, сколько и чего нужно в том или ином регионе и отправляют туда соответствующие указания, — рассудил Джонатан Стамлер, профессор медицины в университете Дюка, штат Северная Каролина. — Но на деле ведь, как известно, куда более эффективным оказывается другой метод распределения, когда именно спрос рождает предложение».
Он занялся исследованием проблемы, откуда поступают сигналы к гладким мышцам и в конце концов выяснил, что ими командует… гемоглобин — активный элемент крови, являющийся основным транспортом кислорода от легких к органам и тканям.
«Гемоглобин доставляет ценный кислород, — говорил Стамлер. — Если бы вас облекли подобной ответственной миссией, неужели бы вы не попытались взять в свои руки и контроль над положением дел? Ведь на месте виднее, что именно и сколько надо поставлять…»
В основу своего открытия Стамлер положил старое доброе учение о гомеостазе, восходящее к великому французскому физиологу Клоду Бернару. Суть его заключается в том, что, несмотря на внешние перемены, организм всегда стремится сохранить постоянство внутренней среды. Стало чересчур жарко — кожа выделяет пот, испарения которого уносят с собой излишнее тепло. Стало чересчур много сахара в организме — поджелудочная железа увеличивает выработку инсулина, чтобы помочь глюкозе побыстрее попасть в клетки.
На том же принципе построен и механизм регуляции кровообращения, полагает Стамлер.
Обоснование новой концепции началось не с общей идеи саморегуляции, а с конкретного открытия, о котором Стамлер узнал сравнительно недавно. Оказалось, что окись азота участвует в передаче всех сигналов организма. Рождающиеся в мозгу перемены в поведении сокращения сердца, ритме дыхания, расширение и сужение сосудов, перистальтика, движения рук и ног, ритмы иммунной системы — все это и многое другое невозможно без влияния окиси азота.
«А ведь «азот», между прочим, в переводе означает «не поддерживающий жизни», — усмехается Стамлер. — Впрочем, в данном случае речь идет об окиси…»
В том же журнале «Нейчур» как-то писали, что в основных процессах жизнедеятельности задействованы три основных газа — кислород, углекислый газ и окись азота. Ученые доказали, что особая форма этой окиси, называемая эснитросогемоглобин (SNO), хоть и прячется внутри гемоглобина, но может без труда появиться на поверхности этой белковой молекулы.
Но что SNO делает внутри гемоглобина, путешествуя вместе с ним по организму?
Чем занимается сам гемоглобин, известно многим. Он разносит по тканям кислород и уносит углекислоту. Покидая сердце, он движется сначала в большие артерии, а потом во все более мелкие, называемые артериолами, пока не достигнет органов и тканей, где освобождается от своей ноши. При этом артерии в конце концов измельчаются до капилляров диаметром всего около 2300 микрон, т. е. около 1/1000 доли волоса. Своими гладкими мышцами толщиной, наверное, в стотысячную волоса, эти капилляры то сжимаются, то расширяются, от чего и зависит количество крови в данном органе — печени, мышцах и т. д.
Рядом с капиллярами проходят крошечные вены, или венови (т. е. веночки), которые, подобно ручейкам, объединяются во все более крупные транспортные сосуды, несущие кровь обратно в легкие. Здесь она отдает углекислоту, запасается новыми молекулами кислорода, и цикл повторяется.
Во время этих путешествий гемоглобин меняет свою форму. Когда он берет полный груз кислорода, он принимает одно обличье — форму А. Когда же освобождается от груза, то принимает другое обличье — форму В, и уже в таком виде забирает с собой углекислоту.
Все это было известно и до исследований Стамлера. Так же как и то, что в стенках артерий и капилляров может вырабатываться окись азота, воздействуя на их диаметр. Большое количество SNO делает сосуды шире. И тут мы подходим к самому главному — загадке, над которой долгое время бился Стамлер и его коллеги.
Откуда берется лишний кислород? Согласно общепринятой модели, молекула гемоглобина, покидая сердце, несет дальше и молекулы кислорода. В маленьких артериях она оставляет 2 молекулы, а остальные доносит до капилляров. Там она оставляет еще одну молекулу, и остается последняя…
Так получается по арифметике. А вот на практике сплошь и рядом оказывается, что, когда гемоглобин возвращается в легкие, он несет с собой 2–3 молекулы кислорода. Из этого выходит, что общепринятая модель неверна.
Тончайшие измерения, которые провел Стамлер на погруженных в наркоз животных, побудили его построить новую модель, где главное место заняла схема локального контроля над кровотоком. Согласно этой модели, молекула гемоглобина действительно может вернуться в легкие, неся с собой 2–3 молекулы кислорода, но обличье у нее при этом все равно типа В, свойственное, как известно, бескислородному гемоглобину, подбирающему углекислый газ. В легких гемоглобин обогащается кислородом и немедленно меняет свое обличье на форму А. При этом он забирает из воздуха немного окиси азота и в виде SNO прячет в свое нутро.
Но для чего молекула NО превращается в SNO? А для того, чтобы ее не поглотило железо, которым, как известно, богат гемоглобин.
Обогащенный кислородом гемоглобин направляется к сердцу, а оно отправляет его к тканям, которым он необходим. Попадая в них, SNO как бы чувствует, насколько они нуждаются в кислороде. Если уровень кислорода там низок, то гемоглобин меняет форму А на В, выпускает две молекулы кислорода и расстается с SNO. Это соединение, в свою очередь, дает команду гладким мышцам на увеличение диаметра артерии. Кровоток увеличивается, и количество кислорода в данном органе возрастает.
Но что происходит с гемоглобином после того, как он приносит с собой и выпустит две молекулы кислорода? Он выходит в капилляры и выпускает еще одну молекулу кислорода. Затем он переходит в венозную сеть. Вход в нее находится прямо против артериозного капилляра. Там он подбирает одну или две кислородные молекулы, которые отделились от него, когда он менял обличье, и, конечно, углекислоту. Если же уровень кислорода в маленьких артериях высок, гемоглобин обличья не меняет. SNO остается в его структуре и сосуды не расширяются. Они, напротив, сжимаются, так как находящееся в гемоглобине железо старается поглотить свободную окись азота и уменьшить таким образом наличие кислорода в тканях.
Как говорит Стамлер, в зависимости от спроса на кислород в данный момент гемоглобин самостоятельно определяет, какое регулирующее воздействие применить. И производит необходимую коррекцию куда оперативнее, чем если бы сигналы управления проходили через центральную нервную систему.
Несколько лет назад во Франции произошла любопытная история. Журналист Р. — российский эмигрант с многолетним стажем, обратился в клинику с жалобой на постоянные головные боли. При диагностике в его голове нашли злокачественную опухоль и спустя несколько дней прооперировали.
После операции у двери в палату больного неожиданно столкнулись две женщины. Одной из них была русская жена пациента, а вот другая — француженка, приведшая к больному двоих детей. После некоторого замешательства француженка призналась, что дети являются сыновьями господина Р.
Опешившая от неожиданности жена тем не менее предложила француженке первой пройти в палату. Та вошла, но через несколько минут выскочила оттуда вся в слезах, увлекая за собой детей.
Вскоре выяснилось, что больной узнал ее и обрадовался встрече, но не смог понять ни слова из того, что она говорила. Вместе с опухолью, как выяснилось, начисто вырезали и понимание французского языка. Интересно, что на родном, русском, языке он продолжал общаться, как и прежде.
Больной прожил еще полтора года, но за это время так и не выучил французского заново.
К тому времени неврологи уже знали, что специального центра по хранению языка в мозгу нет, и опухоль господина Р. не поразила ту область, где находились выученные когда-то французская грамматика и лексикон. Нож хирурга повредил не сам отсек, а как бы выход из него, через который больной по мере необходимости извлекал те или иные французские выражения.
Догадывались неврологи и о том, что за знание иностранного и родного языков отвечают два разных участка мозга. Люди, один из участков мозга которых пострадал в результате инсульта или черепномозговой травмы, начисто забывали один из языков.
Такая патология дала множество информации для исследований и размышлений. Но на один вопрос она ответить не могла. Как именно организовано представительство отдельных языков в одном мозге? Почему, чем позже человек начинает учить иностранный язык, тем труднее он усваивается? Могут ли сливаться центры знания тех или иных языков в одну область или всю жизнь они существуют раздельно? А что происходит в мозге человека, который с раннего детства освоил несколько языков и даже порой не может сказать, какой из них ему роднее?..
Ведь дети эмигрантов зачастую, только родившись, сразу попадают в среду 2–3 языков. У них образуются три языковых участка или все-таки расширенный один?