Баланс кислорода и углекислоты

Какие силы помогают сохранять здоровье, выздоравливать после болезни? Чем объяснить, что температура тела больного в процессе выздоровления возвращается к норме? Почему через некоторое время после ранения количество и состав крови оказываются такими же, какими были до кровопотери? Все это результат саморегуляции. Благодаря сложным, скоординированным между собой процессам физиологические и биохимические константы у здорового человека колеблются в узких границах. Такое относительное динамическое постоянство внутренней среды организма, кровообращения, обмена веществ, терморегуляции и некоторых других физиологических функций называется гомеостазом. Гомеостатические механизмы регуляции изучаются давно, однако раскрыть их до конца не удается до сих пор. Важным этапом на этом пути стало учение академика П. К. Анохина о так называемых функциональных системах. Оно гласит, что всякое конкретное отклонение или нарушение ликвидируется различными функциональными системами: одна, например, включается при кровопотере и совсем другая регулирует температуру тела. В образовании любой функциональной системы участвуют каналы информации мозга (нервы, кровеносные сосуды) и сам мозг; получив сигнал, он формирует из различных физиологических механизмов единую функциональную систему. С этого номера редакция начинает публиковать серию статей и цветных вкладок, иллюстрирующих действие различных функциональных систем саморегуляции вашего организма.

Мы дышим, чтобы насытить организм кислородом (О2) и удалить углекислый газ, углекислоту (СО2). Но что заставляет нас делать вдох? Необходимость ввести в организм требуемое количество О2. В некоторых случаях мы делаем это осознанно, однако обычно дыхание осуществляется без участия сознания—автоматически, под водительством расположенного в глубине мозга и работающего автономно дыхательного центра. Ведь и когда мы спим, поступление кислорода и выделение углекислоты не прекращаются ни на минуту.
Каждая клетка, чтобы жить, нуждается в питании и кислороде. Простейшие живые существа, например, амебы, организм которых—одна-единственная клетка, эту задачу решают просто. Они впитывают из окружающей среды как продукты питания, так и кислород всей поверхностью своего тела. Та же задача для клеток, лежащих в глубине сложноорганизованного существа, усложняется до чрезвычайности; природа решила ее с помощью «живительной влаги»—крови. Это она получает из кишечника питательные вещества, из легких—кислород, а затем, передвигаясь по многочисленным сосудистым руслам, передает соответствующие химические соединения клеткам.
Как будто все ясно. До тех пор, пока не поставлен следующий вопрос: каким образом мозг «узнает» потребности клеток в кислороде в каждый конкретный момент? Почему мы вдруг начинаем дышать чаще и глубже, и сердце, ускоряя бег крови, сокращается также чаще и мощнее, а через некоторое время и дыхание выравнивается и сердце успокаивается, замедляя кровоток? Соотношение кислорода и углекислоты в крови постоянно. Ошибается тот, кто думает, что после вдоха количество О2 в крови увеличивается, а после выдоха уменьшается процент СО2. И вдох и выдох не меняют их баланса.
Такое динамическое постоянство сохраняется даже при напряженной работе. Не правда ли, удивительно! Легкие работают, подобно кузнечным мехам, сердце стучит, как мотор на полных оборотах, а в крови соотношение кислорода и углекислоты одно и то же!
Что же позволяет крови сохранять постоянным динамичный баланс 02 и СО2? После долгих кропотливых исследований удалось установить, что кровеносные сосуды располагают так называемыми хеморецепторами. Эти окончания нервных волокон чувствительны к различным химическим веществам. Хеморецепторы и воспринимают малейшие отклонения в количестве кислорода и углекислого газа. Когда же нарушается баланс 02 и СО2? В самый начальный момент тех или иных воздействий на организм человека. Скажем, когда мы включаемся в физическую работу или оказываемся в душном помещении.
Уловив в этот момент отклонения в балансе О2 и СО2, хеморецепторы мгновенно сигнализируют о них в головной мозг. Здесь информация быстро оценивается, после чего в зависимости от ситуации мозг посылает сигналы-команды тем органам, с помощью которых равновесие должно восстановиться. Например, когда человек выполняет физичеcкую работу, мобилизуются эндокринная и сердечно-сосудистая системы, более мощными становятся дыхательные движения легких, активизируются другие системы, способствующие нормализации баланса кислорода и углекислого газа в кровяном русле. Художник А. Евсеев на вкладке иллюстрирует цепь: физическое усилие—хеморецепторы—соответствующий участок мозга—легкие.
Другая ситуация, также отраженная на вкладке: высокогорье, где кислорода меньше уже во вдыхаемом воздухе. В этом случае мозг, оставляя в покое системы, несущие кислород к клеткам, побуждает сами клетки перейти на менее активный режим дыхания и метаболизма. Механизм регуляции разный, а цель одна—удержать газовый баланс.
Впрочем, случается, что приходится сознательно его нарушать, сверх нормы насыщать кровь кислородом во имя борьбы с недугом. Для этого больного помещают в барокамеру (фото на вкладке). Гипербарическая оксигенация происходит под давлением, в 2—2,5 раза превышающим атмосферное. Но как только баровоздействие прекращается и пациент оказывается «на земле», в крови вновь восстанавливается прежнее соотношение кислорода и углекислоты.
В ряде случаев чуткие и быстродействующие механизмы саморегуляций как бы подсказывают нам, как вести себя в тех или иных обстоятельствах. Иными словами, они включают нашу сознательную деятельность. Например, мы открываем окно, если в комнате становится душно. Неосознаваемые процессы саморегуляции и разумное поведение, как правило, находятся в полном согласии.