Прямоугольник “Газообмен и кровообращение” означает функцию обеспечения всего организма кислородом и удаления углекислоты, для чего существуют дыхательная и сердечно-сосудистая системы. Система кровообращения выполняет и другие функции: перенос питательных и пластических веществ, а также гормонов, от специальных органов ко всем клеткам, продуктов обмена – к органам выделения. Она же переносит тепло и при случае охлаждает части тела. Буквой “Р” в левом верхнем углу выделены собственные нервные регуляторы сердца и сосудов. Стрелка к высшим регуляторам – мощная, чем подчеркивается большая зависимость этой подсистемы от них.
Ниже расположена подсистема “Питание и обмен веществ”. Я пытался объединить в ней все функции снабжения организма энергетическим и строительным материалами, понимая под этим не только специфические органы, такие как желудочно-кишечный тракт, но и внутриклеточные энергетические и пластические (“строительные”) функции. Обмен углеводов, жиров, белков, витаминов, а также солей и воды – все объединено в одну функциональную подсистему. Внизу прямоугольника выделен участок с обозначением “Жир”. Этим подчеркнута единственная в своем роде функция создания запасного энергетического материала в специальных клетках, и она тоже относится к питанию.
Следующий прямоугольник – поскромнее; он означает одну маленькую функцию – “терморегуляцию”. Она осуществляется кожными сосудами, но замкнута и на клеточный обмен, на кровообращение, на сокращение мышц и достаточно представлена в коре мозга, в сознании.
Расположенная ниже подсистема названа сложно: “Соединительная ткань, клеточная защита и кровь”. Соединительную ткань всегда отличали от других тканей по разнообразию видов клеток и их функций. Диапазон их действительно велик – от кости до эритроцитов. Но в системе есть одно общее качество: большая автономия клеток и их высокая способность к перестройке структуры. В ней всегда есть незрелые, почти эмбриональные клетки, способные к делению. Простым примером является кроветворная ткань: из очень молодых, так называемых “стволовых” клеток выходят и эритроциты, и различные формы белых кровяных телец – лейкоцитов. Главная функция иммунной подсистемы – защищать организм от чужих белков, а также от своих, если они изменились в результате генных мутаций. Конечно, деятельность этой системы зависит от “снабжения”, особенно от доставки таких активных биологических веществ, как витамины и микроэлементы. Связь этой системы с регуляторами самая слабая среди всех других клеток. Однако гормоны коры надпочечников могут активировать или тормозить реакции соединительной ткани на микробы из внешней среды или на умирающие собственные клетки.
В самом низу помещена еще одна специфическая подсистема – “Органы размножения”. Не буду на ней останавливаться, поскольку ее влияние на организм ограничено.
Все прямоугольники схемы объединены одной связью с надписью “I PC – кровь и лимфа”.
Описание всех подсистем, показанных на схеме, можно для простоты вести по единому плану.
Прежде всего необходимо остановиться на “выходах”, то есть на том, как деятельность каждой подсистемы отражается на других. Их много, и выделить можно два: субъективный – это чувства при разных уровнях активности, и объективный – уровень или количество специфической функции, для которой нужна мера измерения.
“Входов” на подсистему тоже всегда несколько. Нужно выделить “главный”, определяющий воздействия извне или от другой подсистемы, и дополнительные, меняющие главную функцию. Примеры описаний подсистем пояснят все это.
Зависимость “выходов” и “входов” представляет собой “характеристику” подсистемы, примерно такого вида, как показана на схеме.
Важным является описание тренировки: как постепенно возрастают “выходы” после больших нагрузок. Примером может служить, опять-таки, эта схема.
Как подсистема влияет на другие подсистемы и что происходит в организме, когда функция подсистемы серьезно нарушена? Ограничусь лишь простеньким схематическим описанием, показывающим связи некоторых распространенных болезней с нарушениями функции подсистем, вызванными поведением человека, а не внешними причинами.
Возьмем мышцы. “Входом” для них является сопротивление внешней среды движению, например тяжесть гантелей, объективным “выходом” – развиваемая при движении мощность. Субъективным – чувство утомления, для преодоления которого нужно психическое напряжение. Важнейшим дополнительным “входом” служит доставка кислорода, которую обеспечивает подсистема “газообмена”. Тренировка характеризуется тем, как постепенно возрастает поднимаемый груз или увеличивается скорость бега по мере упражнения. Характерно, что при этом возрастает и КПД, то есть сколько процентов химической энергии пищи превращается в механическую энергию работы. Соответственно уменьшается потребность в кислороде, а следовательно – в притоке артериальной крови.
Обратимся к подсистеме “Газообмен и кровообращение”. Она состоит из сердца, сосудов и легких. Любой из этих компонентов может ограничить максимальную функцию доставки кислорода тканям и удаления углекислоты. Однако у молодых и здоровых главная причина снижения резервных мощностей – это детренированность сердца. “Период полураспада белков” очень хорошо демонстрируется на нем. За месяц строгого постельного режима “коэффициент резерва” (то есть отношение максимума производительности сердца к состоянию покоя) даже у тренированного человека снижается с 5 до 1,3.
Субъективно мы это чувствуем по нехватке воздуха при возрастающей мышечной работе. Если замерять в таком случае потребление кислорода в минуту или частоту пульса, то получим кривые, представляющие объективную характеристику. Для этого производят исследования на специальном велосипеде – велоэргометре.
Значение легких в обмене газов меньшее, чем сердца, если нет болезни. Объем легких, количество действующих легочных альвеол, проходимость бронхов – все тренируется вместе с сердцем при нагрузках. Большая роль отводится бронхам: курение и простуды ведут к развитию бронхитов и затрудняют движение воздуха к альвеолам, так же как спазм мелких бронхов при бронхиальной астме.
Вредные влияния на газообмен со стороны других подсистем разнообразны. “Система напряжения” нарушает регулирование, возникают спазмы коронарных артерий, изменяется ритм сердца. Изменения соединительной ткани в сердце и в сосудистой стенке из-за неправильного питания и инфекции затрудняют проникновение кислорода к клеткам. Эндокринная система изменяет регулирование. Если в аорту поступает кровь с недостатком кислорода, органы оказываются в трудном положении. Так, когда напряжение электростанции понижается, все лампочки тускнеют и моторы не дают мощности. Аналогичное случается с кровью при дыхательной недостаточности, когда диффузия кислорода затруднена из-за утолщения стенок альвеол или выпотевания в них жидкости из кровеносных капилляров. Первое зависит от легких, второе бывает, когда “не тянет” левый желудочек сердца, и легкие переполняются кровью. Больше всего страдает мозг, так как он эволюционно не рассчитан на плохое “снабжение”.
Несколько легче обстоит дело, когда легкие в порядке и артериальная кровь хорошо насыщается кислородом, но ее недостаточно поступает в аорту из-за плохой работы правого желудочка сердца. Равенства в снабжении органов нет, и привилегированные – мозг и сердце – получают свою долю, даже если все другие посажены на голодный паек. Управление организмом со стороны мозга идет правильно, но так долго жить нельзя, и в клетках накапливаются продукты неполного окисления. В конце концов они отравляют кровь, и хорошая работа легких не спасает дело. Развивается все та же гипоксия (кислородное голодание) при сдвигах в кислотно-щелочном равновесии (рН), и это ведет к многочисленным неприятным последствиям. В общем, хороший газообмен, или, точнее, “газоснабжение”, – необходимое условие здоровья.
Подсистему “Питание” труднее охватить, поскольку ее функции многообразны и в разных клетках и органах очень различны. В принципе, это система снабжения энергетическим и пластическим “строительными” материалами. Она призвана обеспечить непосредственные затраты энергии, создание некоторых энергетических запасов и представить материалы для построения структур организма во всем их многообразии. При этом следует учесть, что организм получает извне очень разную пищу, ее нужно сначала разложить до простых кирпичиков, которыми восполняется энергия и из которых строятся собственные структуры. Кирпичиками белков служат аминокислоты, углеводов – глюкоза и жиров – жирные кислоты. Их разнообразие сравнительно невелико, и наука их давно определила.
