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.