Это очень активные химические катализаторы. Они сначала расщепляют глюкозу, а затем отрывают водород и переносят электроны водорода на кислород, делая его химически, активным отрицательно заряженным ионом. И только после столь сложных превращений образуются вода и углекислый газ.
Интересно отметить, что окислительные процессы в клетке происходят медленно, как бы ступенчато. В результате такого медленного сгорания питательных веществ в клетке также постепенно освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. В этом и состоит биологический смысл сложного процесса дыхания.
Ученые подсчитали, что образование 18 граммов воды сопровождается освобождением 55 больших калорий энергии. Эта энергия частично — около 50 процентов — вдет на образование тепла в организме, а частично накапливается в клетках в виде непрочных химических соединений. Распадаясь, они освобождают энергию в такой форме, которая легко используется на различные процессы, протекающие в организме. Именно эта форма энергии превращается в энергию, необходимую для нормальной деятельности внутренних органов, для работы мозга, мышц, синтеза белков, нуклеиновых кислот и т. д.
Возникает вопрос: в какой части клетки происходит последний этап дыхания? Современная техника оптических исследований стала очень совершенной. Например, электронный микроскоп дает увеличение в сотни тысяч раз. Эти технические возможности открыли исследователям много нового в изучении строения клетки.
Помимо ядра и заключенного в нем ядрышка, в протоплазме клеток были обнаружены тельца разной величины и формы. Сравнительно большие образования, имеющие, как правило, вытянутую форму, ученые назвали митохондриями; более мелкие структуры округлой формы — микросомами. Все составные части клетки сообщаются друг с другом благодаря многочисленным каналам и полупроницаемым перепонкам.
Исследования показали также, что различные структуры клетки выполняют свои, совершенно определенные функции. Так, в ядре образуются нуклеиновые кислоты, направляющие по определенному пути синтез белка в организме. Местом синтеза белка являются микросомы. Митохондрии представляют собой главные «силовые станции» клетки, ее органы дыхания. Здесь по преимуществу протекают окислительные процессы.
Митохондрии имеют две оболочки. Внутренняя образует многочисленные складки, создающие перегородки, которые как бы делят содержимое митохондрий на несколько камер. В складках оболочек сосредоточены дыхательные ферменты. Они расположены в строгом порядке, благодаря которому процесс дыхания протекает не случайно, а в определенной последовательности.
Окислительные процессы, происходящие в митохондриях, замечательны еще и тем, что именно здесь образуются и накапливаются вещества с непрочными связями, разрыв которых сопровождается выделением энергии. К числу таких веществ в первую очередь относится аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Это вещество, образовавшись в митохондриях, переходит в окружающую среду, где в зависимости от особенностей клетки может быть использовано на различные нужды организма.
Что же может нарушать дыхание? Причин таких много. Например, недостаток кислорода в атмосферном воздухе высоко над уровнем моря. Заполнение альвеол жидкостью (отек, воспаление легких) может исключить возможность газообмена в легочных капиллярах, и организм начнет испытывать кислородное голодание. Отравление, например, угарным газом лишает гемоглобин крови способности присоединить кислород; наркотические вещества, различные яды разрушают дыхательные ферменты и т. д.
Бывают случаи, когда в организме начинает неправильно распределяться энергия, освобождающаяся в митохондриях в процессе клеточного дыхания. Так, при заболеваниях щитовидной железы, связанных с усиленной выработкой гормона тироксина, нарушается образование богатых энергией соединений (АТФ). При этом увеличивается образование тепла в организме, ослабляется функция мышц, деятельность сердца. Несмотря на то что человек много ест, он худеет, чувствует слабость, температура тела у него, как правило, повышена.
Чтобы дыхание — важнейшая функция нашего организма — было более совершенным, его надо постоянно тренировать. Особенно полезны ежедневная утренняя гимнастика, систематические занятия физкультурой, прогулки на свежем воздухе. Если у нетренированных людей во время тяжелой мышечной работы через легкие проходит 50–70 литров воздуха в минуту, то у тренированных — 100–150 литров. Это значит, что работающие мышцы получают достаточное количество кислорода, в них быстрее протекают восстановительные процессы. Правильное понимание сущности отдельных звеньев процесса дыхания позволяет врачам распознавать и предупреждать различные заболевания, своевременно принимать лечебные меры.
Юношеское сердце
Кандидат медицинских наук Л. Т. Антонова
Рисунки П. Бенделя
Линейка в пионерском лагере затянулась. Ребята стояли в положении «смирно», вытянув руки по швам, и слушали старшего вожатого. Вдруг правофланговый Юра Петров как-то странно — покачнулся и упал на дорожку; лицо его, обычно бледное, стало совсем восковым, глаза закрылись.
Девочки закричали, вожатый кинулся к Юре, но тот уже пришел в себя и смущенно улыбнулся. Мальчику не позволили подняться — товарищи на носилках понесли его в кабинет врача и остались ждать у дверей. Что скажет доктор Мария Петровна? Наверно, велит увезти Юру в Москву? Или вызовет скорую помощь?
Через полчаса дверь кабинета открылась, и на крылечко к общему удовольствию вышел сам Юра.
— С ним ничего страшного, — объяснила ребятам Мария Петровна. — Просто он слишком быстро растет. — И, подумав, добавила: — А физкультурой занимается мало…
Что же все-таки произошло с Юрой? Попробуем объяснить это подробнее.
Возраст между 13–14 и 17–18 годами — один из важных узловых периодов развития и роста организма. В эти годы начинается половое созревание, происходит структурное оформление, завершение развития ряда органов и систем. Особенно бурно растет сердце. Так, если за семь лет — от 7 до 14 — оно увеличивается в объеме на 33 процента, то за четыре последующих года — от 14 до 18 лет — оно становится больше на 60 процентов.
Перестройка эндокринной и нервной системы, происходящая в переходном возрасте, также влияет на сердце и сосуды. В результате у подростков иногда возникают изменения в механизме кровообращения. Это не болезнь, а своего рода «трудности роста».
Быстрое развитие подчас приводит к изменению конфигурации сердца — оно несколько увеличивается в размере, особенно за счет левого желудочка; возникает так называемая юношеская гипертрофия (увеличение) сердца. При этом оно нередко принимает своеобразную форму в связи с некоторой диспропорцией самого сердца и его крупных сосудов, в частности легочной артерии. Подобная же форма сердца наблюдается обычно у людей, страдающих митральным пороком, она бывает обусловлена увеличением левого предсердия.
Именно это сходство иногда заставляет заподозрить у подростка порок сердца, но рентгенологическое исследование, а также другие данные рассеивают сомнения.
Наблюдения показывают, что гипертрофия сердца отмечается у юношей значительно чаще, нежели у девушек. Такие подростки отличаются хорошим физическим развитием, нередко преждевременным половым созреванием и могут выглядеть старше своего возраста. Обычно они ни на что не жалуются. Артериальное давление нормальное, иногда оно лишь немного повышено за счет увеличенного выброса крови из левого желудочка. Пульс бывает замедленным.
При некоторой задержке формирования сердечно-сосудистой системы может возникать и противоположный вариант юношеского сердца — малое, или «капельное», сердце.
Нередко оно формируется в тех случаях, когда у подростка на протяжении короткого времени происходит резкий скачок роста. Сердце как бы не поспевает за этим скачком, его размеры становятся слишком маленькими по сравнению с размерами тела, площадь соприкосновения с диафрагмой мала. Сердце как бы висит на своих крупных сосудах.