Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий - Азимов Айзек - Страница 5

Количество тепла, удерживаемого тем или иным веществом, называется удельной теплоемкостью, ранее я уже пытался объяснить вам, что удельная теплоемкость у воды выше, чем у любого другого вещества.

Когда кровь поглощает тепло, выделяющееся в ходе химических реакций, которые протекают в печени или работающих мышцах, ее температура повышается медленнее, чем это происходило бы, будь в составе крови не вода, а какая-нибудь другая жидкость. Когда, поступая к коже, кровь отдает тепло, то теплоотдача тоже происходит медленно. Необычайно высокая удельная теплоемкость воды помогает крови более эффективно уравнивать температуру.

Сходное воздействие оказывает вода и на погоду. Удельная теплоемкость у морской воды выше, чем у сухой почвы. Таким образом, температура океана под воздействием летней жары повышается медленнее, чем температура почвы, и так же медленно уменьшается с приходом зимы. Поэтому океан оказывает смягчающее воздействие на температуру окружающей среды: в прибрежных районах прохладнее летом, чем в глубине материка, и теплее зимой. Кровь, как я уже говорил, тоже наш океан, а омываемое им тело является как бы прибрежной зоной.

Так же как для повышения температуры воды требуется очень много тепла, так и для ее испарения требуется значительное тепло. Нужно около 550 тепловых калорий, чтобы испарился один кубический сантиметр воды, а для испарения такого же количества алкоголя требуется всего треть этого количества. Ученые-химики говорят, что для испарения воды требуется самое большое количество скрытой теплоты.

Капелька алкоголя с кожи испаряется быстрее, чем вода, поэтому и охлаждает кожу сильнее. Однако от алкоголя скоро не остается и следа. Капелька воды такого же размера продержится на коже дольше, действуя более медленно, и выведет из организма в три раза больше тепла. Потоотделение не было бы таким эффективным средством охлаждения, если бы пот состоял не из воды, а из другой жидкости.

Именно высокие теплоемкость и скрытая теплота испарения воды пришли мне на ум, когда в начале этой главы я упомянул о другой причине того, что только вода особенно хорошо подходит для жизни.

Глава 3

Дыхание и жизнь

Из всего разнообразия веществ, находящихся в окружающей среде, воздух, или, точнее, кислород, является самым жизненно необходимым. Если нужно, мы можем несколько дней обходиться без воды, а без пищи неделями. Я не хочу сказать, что это приятный процесс, однако наш организм способен накапливать питательные вещества и воду, чтобы поддерживать нас в трудный период.

Когда речь заходит о воздухе, дело обстоит совсем по-другому. Стоит прекратить доступ воздуха всего на пять минут, и наступит смерть.

Раз кислород так необходим, организм должен обладать специальной системой, которая бы снабжала им все органы. Хорошенько запомните следующее: кислород нужен не только вам и вашему организму в целом. Он необходим каждой из множества миллиардов микроскопических клеток. У каждой клеточки должен быть свой запас кислорода, иначе она погибнет. Клетка не сможет выжить, если кислород есть у ее соседок. Ей нужен свой собственный.

Всем известно, что кислород поступает в организм из воздуха при дыхании. Однако это только первый шаг. Простой вдох приводит всего лишь к тому, что воздух через нос попадает в легкие. Это ни в коей мере не поможет какой-нибудь клетке большого пальца ноги заполучить свою порцию кислорода.

Попав в легкие, кислород начинает свое путешествие. Внутренняя оболочка легких покрыта тончайшей пленкой воды, в которой растворяется кислород. Воздух состоит на одну пятую часть из кислорода и на четыре пятых из азота. Азот, не приносящий пользу организму в том виде, в каком он находится в воздухе, также растворяется в этой водной пленке, но пока давайте поговорим о жизненно важном кислороде.

Только кислород, попавший на водную пленку, успевает раствориться в ней прежде, чем вы сделаете выдох, вытолкнув почти весь воздух из легких, и вдохнете новый. Если бы легкие были просто полыми камерами, похожими на футбольные, кислород не смог бы попасть на внутреннюю пленку и раствориться в ней. К счастью, легкие совсем не похожи на футбольные камеры.

Воздух проходит через рот или нос и попадает в дыхательное горло, или, по-научному, трахею. Ее можно нащупать на шее, над и под адамовым яблоком. У самого основания шеи трахея разделяется на два бронха, каждый из которых входит в легкие. В легких бронхи делятся снова и снова, подобно мелким веточкам дерева. Каждое крошечное ответвление заканчивается полым мешочком, который получил название легочной альвеолы. Легкие сплошь состоят из этих мешочков, что делает их похожими на губку.

Когда вы делаете вдох, воздух попадает в миллионы альвеол. Каждая альвеола снабжена тонкой водяной пленкой, выстилающей внутреннюю поверхность; альвеола настолько мала, что весь кислород находится вблизи от этой пленки. Внутренняя поверхность всех вместе взятых альвеол огромна, и так же огромна площадь водных пленок. Если бы можно было разгладить поверхность всех альвеол, она бы покрыла площадь около ста квадратных метров или пять больших комнат.

Благодаря влажной поверхности, в которой может растворяться кислород, между вдохом и выдохом одна пятая часть кислорода воздуха, попавшего в легкие, растворяется в водной пленке. Мы вдыхаем 20 % кислорода, а выдыхаем только 16 %. При обычном спокойном дыхании в легкие попадает и выдыхается около 500 кубических сантиметров воздуха. Из них 100 кубических сантиметров составляет кислород. 100 кубических сантиметров вдыхается, выдыхается всего 80, а 20 кубических сантиметров поглощается. Конечно, при повышенной мышечной активности или во время сильных эмоций, когда требуется больше кислорода, дыхание автоматически учащается и становится глубже.

Что происходит с кислородом после того, как он растворился во влажной внутренней пленке альвеол? Мембрана, покрывающая альвеолы, очень тонкая. Ее толщина всего около одного микрона. Микрон — одна из единиц системы измерения, используемая учеными всего мира и жителями всех стран, за исключением англоговорящих. Микрон равен одной миллионной части метра или одной десятитысячной части сантиметра.

Итак, эта мембрана слишком тонка, чтобы удерживать воду. Маленькие молекулы, например молекулы воды (состоящие из трех атомов) или кислорода (состоящие из двух атомов), просачиваются сквозь нее, проходя через микроскопические отверстия в мембране или передвигаясь между молекулами, из которых она состоит, или, возможно, при помощи какого-то другого, пока неизвестного нам способа.

Мембрана, которая пропускает молекулы, называется проницаемой. Процесс, во время которого молекулы проходят сквозь вещество (будь то газ, жидкость или твердое тело) или тонкую мембрану, называется диффузией.

Мембраны, выстилающие альвеолы, пропускают только мелкие молекулы. В человеческом организме есть и более крупные молекулы, состоящие из сотен или даже тысяч атомов. Они не могут пройти через альвеолярную мембрану. Поэтому она называется полупроницаемой. Другими словами, она проницаема для одних молекул, но непроницаема для других.

Все живые клетки окружены полупроницаемыми мембранами, и это жизненно важно. Если бы клетка была не в состоянии удерживать одни молекулы внутри, а другие снаружи, по химическому составу она бы не отличалась от окружающей среды и не могла бы существовать.

Продолжим наш рассказ. Кислород проходит сквозь мембрану альвеол не только в одном направлении, то есть из окружающей среды в альвеолы и организм. На «воздушной» стороне мембраны, контактирующей с окружающим воздухом, достаточно много кислорода, а на стороне, контактирующей с организмом, его меньше, поэтому диффузия молекул идет таким образом, чтобы уравнять количество кислорода с обеих сторон, подобно воде, которая стремится к одному уровню, не важно, течет ли она со склона, как ручей, или вырывается из земли ключом.