Обитаемый остров Земля

Скляров Андрей Юрьевич

Это, кстати, недавно наглядно продемонстрировал один из жителей США, который из-за панической боязни микробов длительное время принимал препараты, содержащие серебро. В итоге его кожа приобрела насыщенно голубой цвет…

* * *

Однако кровь на основе гемоцианина имеет не только некоторые преимущества, но и серьезные недостатки. И прежде всего в том, что касается транспортных свойств — только по отношению не к кислороду, а к углекислому газу. Но здесь нам сначала придется вернуться к биохимии человека и посмотреть, как при привычной нам крови осуществляется вывод СО ₂из организма и с чем связан этот процесс…

Процесс дыхания и транспорта газов кровью основан на том, что переход какого-либо газа от одних органов к другим осуществляется

прежде всего путем диффузии, которая обеспечивается за счет разности парциальных давлений этого газа в разных органах. Для незнакомых с этим термином поясним: парциальное давление газа в смеси равно тому давлению, которое будет иметь данный газ, если все остальные газы из смеси удалить.

Рис. 179. Транспорт газов.

Диффузия кислорода в кровь обеспечивается разностью парциальных давлений O ₂в воздухе альвеол легких и в венозной крови (8–9 кН/м ², или 60–70 мм рт. ст.). Углекислый газ, приносимый кровью из тканей в связанной форме, освобождается в капиллярах легких и диффундирует из крови в альвеолы; разность pCO ₂(парциального давления углекислого газа) между венозной кровью и альвеолярным воздухом составляет около 7 мм рт. ст. Переход O ₂в ткани и удаление из них CO ₂также происходят путем диффузии, так как pO ₂(парциальное давление кислорода) в тканевой жидкости всего 2,7–5,4 кН/м ²(20–40 мм рт. ст.), а в клетках еще ниже, при этом pCO ₂в клетках может достигать 60 мм рт. ст.

Но помимо простой диффузии в процессе переноса газов играют роль и химические реакции. И углекислый газ не находится в организме в свободном состоянии — он, соединяясь с водой (гидратируясь), дает угольную кислоту (H ₂CO ₃), молекула которой диссоциирует на ион гидрокарбоната (HCO ₃—) и протон (H +). Следовательно, повышение концентрации CO ₂в растворе ведет к снижению pH (этот показатель — отрицательный логарифм концентрации ионов H +), то есть к повышению кислотности раствора. Основная часть поступающего в кровь CO ₂растворяется, снижая ее pH, а небольшая его доля обратимо связывается с гемоглобином, образуя карбогемоглобин. Падение pH среды и присоединение CO ₂уменьшают сродство гемоглобина к кислороду (то есть способность гемоглобина поглощать кислород), что способствует высвобождению последнего в раствор (плазму крови) и поступлению оттуда в окружающие ткани.

Обратная картина наблюдается при удалении из крови CO ₂около дыхательной поверхности. Происходящая здесь оксигенация (присоединение кислорода) гемоглобина приводит к высвобождению из его молекулы протонов (то есть ионов H +), что подавляет диссоциацию угольной кислоты на ионы и ведет к ее разложению на воду и СО ₂, который удаляется из организма через дыхательную поверхность. В тканях же стимулируется обратный процесс: дезоксигенация гемоглобина (потеря им кислорода) способствует гидратации CO ₂и поступлению его в кровь. При этом гемоглобин содержится в эритроцитах вместе с ферментом карбоангидразой, который катализирует процессы гидратации и дегидратации CO ₂, ускоряя их примерно в 10.000 раз.

Таким образом, процесс дыхания и переноса газов кровью оказывается тесно связан с кислотно-щелочным балансом крови. И вот, что нам будет важно: оксигенированный гемоглобин (т. е., гемоглобин, насыщенный кислородом) — в 70 раз (!!!) более сильная кислота, чем гемоглобин. Это играет большую

роль в связывании в тканях О ₂и отдаче в легких СО ₂. Потеря кислотных свойств гемоглобином при отдаче кислорода тканям усиливает его взаимодействие с СО ₂(а соответственно и передачу СО ₂от тканей в кровь). И наоборот: насыщение кислородом крови в легких повышает кислотность гемоглобина, который вытесняет кислотный остаток угольной кислоты из ее соединений, способствуя ее переходу в форму угольной кислоты (Н ₂СО ₃), которая тут же распадется на воду и углекислый газ, что увеличивает отдачу СО ₂из крови в воздух легких. Говоря языком специалистов, благодаря гемоглобину процесс переноса СО ₂в крови оказывается очень тесно сопряжен (связан) с переносом О ₂.

Так вот. У животных, использующих вместо гемоглобина в качестве дыхательного пигмента гемоцианин, перенос O ₂кровью не так тесно сопряжен с транспортом CO ₂, как у живых организмов, гемоглобин которых находится в эритроцитах вместе с карбоангидразой.

Прежде всего: становится более понятен выбор эволюции в пользу тех дыхательных пигментов (а именно — гемоглобина), которые содержат именно ионы железа — гемоглобин более эффективен.

Теперь посмотрим, что будет происходить, если будет повышаться концентрация углекислого газа в крови. Ясно, что прежде всего это увеличит концентрацию Н ₂СО ₃, т. е. увеличивается кислотность крови (рН крови снижается).

Для регулирования кислотно-щелочного баланса кровь содержит специальные так называемые буферные системы, поддерживающие кислотность крови на стабильном уровне. И 75 % буферной способности крови обеспечивает именно гемоглобин!!! Это происходит благодаря описанной выше способности гемоглобина сильно менять свои кислотные свойства. В результате у человека pH крови равен 7,35-7,47 и сохраняется в этих пределах даже при значительных изменениях питания и других условий. Например, чтобы сдвинуть pH крови на какую-то величину в щелочную сторону, необходимо добавить к ней в 40–70 раз больше щелочи, чем к равному объему чистой воды. (На других буферных системах, а также дополнительных возможностях решения проблемы повышенной концентрации СО ₂мы остановимся чуть позже.)

Но у богов в крови не гемоглобин, а гемоцианин, который не столь сильно меняет свою кислотность при изменении концентрации О ₂, и поэтому не столь сильно способен нейтрализовать излишки кислотности при изменении концентрации СО ₂. Тогда что же будет с ними происходить при избытке углекислого газа?..

Прежде всего нарушится кислотно-щелочной баланс крови, ее рН упадет (то есть повысится кислотность). Как можно привести в норму кислотно-щелочной баланс в этом случае?..

Первый ответ, который просится: путем добавления щелочей или оснований. И вот тут-то есть смысл вспомнить про замечательную формулу — С ₂Н ₅ОН!!! Для тех, кто случайно не в курсе: это — формула этилового спирта, содержащегося в алкогольных напитках и обладающего основными свойствами.

И тогда пристрастие богов к спиртным напиткам, отмеченное ранее и легко обнаруживаемое в мифах, получает свое вполне прозаическое объяснение. Просто боги попали в условия, в которых их организм не справлялся самостоятельно с избытком углекислого газа(вследствие наличия у богов голубой крови). Им требовалось (!!!) чем-то нейтрализовывать избыточную кислотность крови, возникающую из-за «излишков» углекислоты в ее составе! И боги использовали для этих целей так называемую этерификацию — реакцию образования сложных эфиров из спирта и органических кислот, содержащихся в крови. Эта реакция смещает равновесие в сторону более высоких рН, химически «выдавливая» вредный углекислый газ.