Клетки организма постоянно вырабатывают мочевину, а почки все время ее выводят, и таким образом количество мочевины в крови поддерживается на низком и относительно постоянном уровне. Если почки из-за инфекции или других заболеваний не в состоянии постоянно выполнять очистительную функцию, в крови начинает увеличиваться концентрация мочевины. Это состояние называется уремией и может привести к смертельному исходу. Деятельность почек настолько важна, что у них есть собственный механизм поддержания кровообращения. Если по какой-то причине приток крови замедляется, почка выделяет фермент под названием ренин. Он изменяет один из белков в крови, превращая его в соединение — ангиотезин, который сужает различные кровеносные сосуды, поднимает кровяное давление и ускоряет кровообращение.

В этой главе я упоминал о том, как содержание воды в организме может изменяться посредством выделения более концентрированной мочи в период дефицита воды и более частого мочеиспускания при переизбытке жидкости в организме. Почки управляют этим процессом, контролируя обратное всасывание воды в почечных канальцах. Если в организме не хватает воды, возвращается больше жидкости, при переизбытке — меньше.

Эта функция почек, в свою очередь, управляется химическим веществом — вазопрессином, вырабатываемым в малых количествах гипофизом^[3] — маленьким органом, расположенным в основании мозга. У некоторых людей гипофиз не в состоянии выполнять эту функцию. В таком случае вазопрессин не образуется и контроль над деятельностью почек утрачивается.

Следовательно, вода в почечных канальцах плохо всасывается обратно или не всасывается совсем, и у больного человека учащается мочеиспускание — до трех литров в день или больше. Эта болезнь называется несахарным диабетом. Слово «диабет» происходит от греческого «сифон», и, действительно, вода просто откачивается из организма больного, который, постоянно испытывая жажду, много пьет. «Несахарный» указывает на то, что в этом случае моча настолько разбавлена, что представляет собой практически одну воду. Больным несахарным диабетом можно помочь, их состояние можно значительно улучшить (хотя болезнь полностью вылечить нельзя) при помощи инъекций вазопрессина, полученного из гипофиза крупного рогатого скота.

Вазопрессин — это гормон, химическое вещество, вырабатываемое специальным органом — железой, которое попадает в кровь и участвует в химических реакциях в организме. Многие гормоны являются белками и имеют довольно маленькие молекулы. Например, молекула вазопрессина состоит из восьми аминокислот, по сравнению с шестьюстами аминокислотами в молекуле гемоглобина. В 1953 году группа биохимиков из медицинской школы Корнелльского университета в Нью-Йорке под руководством Винсента дю Виньо синтезировала этот гормон — первый пептидный гормон, полученный не из гипофиза животного.

Синтез вазопрессина стал последним штрихом в доказательстве точной структуры молекулы этого гормона и явился важным шагом к пониманию механизма действия гормонов вообще. Принимая во внимание чрезвычайную важность гормонов для организма, последствия, вызываемые избыточной или недостаточной продукцией того или иного гормона, и их роль в лечении различных заболеваний, изучение гормонов широко и интенсивно продолжается до сегодняшнего дня. За свои открытия в этой и других областях биохимии Винсент дю Виньо в 1955 году получил Нобелевскую премию в области химии.

Пока мы рассмотрели два способа контакта крови с внешним миром, естественно, сквозь мембраны: в легких и почках. Легкие служат входом и выходом для газов: в кровь поступает кислород, а выходят углекислый газ и пары воды. Почки служат выходом только для жидких веществ — воды, в которой растворены мочевина и другие продукты распада.

Есть еще одна точка соприкосновения крови и внешнего мира: пищеварительный тракт. Это длинная трубка, идущая ото рта к заднему проходу. С обоих концов она открыта внешнему миру, поэтому нельзя сказать, что содержимое пищеварительного тракта находится в организме. Таким же образом предмет, находящийся в дырке пончика, не находится в самом пончике, или вода, текущая по трубе, не проходит через металл, а лишь по внутренней поверхности трубы.

Когда мы едим, пища попадает в пищеварительный тракт, проходя через рот, горло и пищевод, под конец попадая в желудок, где может находиться часами. Организм не в состоянии усваивать твердую пищу. Только газообразные или жидкие вещества, в том числе и твердые вещества в растворах, могут проходить сквозь мембраны и попадать в организм. По этой причине мы пережевываем пищу и смешиваем ее со слюной, прежде чем проглотить. В желудке пища смешивается с желудочным соком — жидкостью, выделяемой маленькими железами, находящимися в оболочке желудка, тогда как слюна выделяется несколько более крупными железами, расположенными в щеках, под языком и под нижней челюстью. В слюне и желудочном соке содержатся ферменты, ускоряющие расщепление крупных молекул. Когда пища из желудка попадает в тонкую кишку, где в основном происходит пищеварение, она представляет собой густую массу.

Некоторые животные, например коровы, питающиеся грубой пищей, такой, как трава, постоянно жуют. У плотоядных животных, таких, как собаки и кошки, которые питаются мясом, а мясо легче превращается в желудке в более жидкую массу, чем трава, слюны недостаточно, и они проглатывают куски пищи целиком. У птиц, также проглатывающих пищу целиком, обычно есть зоб и мускульный желудок, иногда наполненные маленькими камешками, которые птицы специально глотают и которые действуют как жернова, размалывающие пищу. В каждом случае пища покидает желудок в разбавленном виде.

Тонкая кишка — важная часть пищеварительного тракта. Это трубка длиной шесть и более метров, которая помещается в брюшной полости только потому, что свернута много раз.

В самом начале тонкой кишки (в двенадцатиперстной кишке) пища вбирает еще больше жидкости, поставляемой двумя большими железами — печенью и поджелудочной железой. Жидкость, продуцируемая печенью, или желчь, не содержит ферментов, но она помогает расщеплять жировые компоненты пищи на мелкие, легкоусвояемые частицы. Сок поджелудочной железы содержит множество ферментов.

Продвигаясь по тонкой кишке, пища смешивается с жидкостью, полной пищеварительных ферментов, поступающих из маленьких желез, расположенных на стенках тонкой кишки. Это кишечный сок. Благодаря жидкому секрету пища превращается в жидкую мелкодисперсную массу, в которой различные ферменты расщепляют крупные молекулы на мелкие фрагменты, способные проникнуть сквозь оболочки, и все это составляет процесс пищеварения.

Изнутри шестиметровая трубка тонкой кишки устроена так, что ее поверхность, через которую молекулы могут проникать в организм, имеет очень большую площадь. Площадь увеличивается за счет крошечных тонкостенных выростов — ворсинок. Благодаря им поверхность напоминает махровое полотенце, которое может впитать больше воды, чем обычное кухонное того же размера, потому что петельки махрового полотенца действуют как абсорбенты. Внутри каждой ворсинки есть капилляр, и в кишечнике повторяется та же ситуация, что и в легких и почках. С одной стороны оболочки капилляр, с другой — внешний мир.

Вода может просачиваться сквозь стенки кишечника в кровь (и наоборот). Вместе с водой в кровь попадают маленькие молекулы различных веществ, образовавшихся из пищи после расщепления крупных молекул в процессе пищеварения. Прохождение этих веществ через стенку пищеварительного тракта в кровь называется усвоением.

Когда пища покидает тонкую кишку и попадает в более короткую толстую кишку, она почти полностью состоит из воды (благодаря жидкости, попавшей в нее в процессе пищеварения) и веществ, оставшихся в форме крупных молекул, которые не проходят сквозь оболочку. Эти неперевариваемые продукты состоят из растительной и животной клетчатки. Не оказывая влияния на работу организма, поскольку они не усваиваются, эти вещества все же полезны: они наполняют кишечник, пока идет процесс пищеварения.