Оживление без сенсаций
Шрифт:
Как же объясняется согласованность в работе четырех субъединиц гемоглобина? Напрасно мы будем искать здесь аналогию с дружеской солидарностью. Каждая свободная субъединица жадно хватает кислород, а в ансамбле ее инициативу сковывают шесть солевых мостиков. Когда эти пути разрываются, присоединить кислород становится легче. Поясним это на простом примере.
«Четыре человека, взявшись за руки, образовали круг. Каждый из них должен поймать мяч, бросаемый извне круга. Человеку, который первым ловит мяч, приходится труднее всего, так как он должен освободить обе руки. Второму сделать это легче, ибо одна его рука свободна. Последний поймает мяч легче, чем все участники игры,— ведь он никак не связан с соседями. Ну и, конечно,
Конечно, разные патологические процессы могут нарушать работу «молекулярного легкого», а реанимация молекул, к сожалению, дело неимоверно трудное, такие задачи — удел медицины будущего.
Когда в организм пациента проникают «враги», которые пытаются поломать или блокировать гемы, реаниматологу приходится думать не только о судьбе гемоглобина: порфириновые кольца с железным атомом в центре работают также во многих других частях тела. Они всегда связаны с белковыми цепями и образуют важнейшие гемсодержащие белки — гемопротеины. Но гемоглобин — единственный гемсодержащий белок, в названии которого есть слово «гем» (кстати сказать, происходящее от греческого слова «айма» —• кровь). Все остальные скрывают свою принадлежность к гем-клану, хотя функции свои выполняют исправно.
В мышцах кислородную эстафету от гемоглобина принимает другой гемсодержащий белок — миоглобин (мио — от греч. «мышца»). Молекула миоглобина в 4 раза меньше гемоглобиновой — у нее лишь одна цепь и одна пуговица гема, но мышечный гемопротеин оказывается более активным, чем его более солидный брат-путешественник, и легко отнимает у того дефицитный кислород. Миоглобин захватывает кислород и запасает его на тот случай, когда мышца сокращается и по ее сжатым сосудам кровь с «эликсиром жизни» временно циркулировать не может. Вполне понятно, что это особенно важно для сердечной мышцы. Интересно, что миоглобина особенно много у длительно ныряющих животных, например у кашалота.
Итак, кислород совершает свой путь от легких к тканям, оседлав гемоглобин, а затем пересаживается на другой гемсодержащий белок — миоглобин. Дальнейшее путешествие кислорода тесно связано с еще одним семейством гемсодержащих белков — цитохромами. Но если гемоглобин и миоглобин участвуют в транспорте кислорода, то цитохромы служат переносчиками электронов в мембранах митохондрий — частиц еще более мелких, чем клетки.
Процессы электронного транспорта играют ключевую роль в обеспечении живых организмов энергией. Кислород — превосходный окислитель. Но если горение протекает с бурным выделением энергии в виде тепла, то в живых организмах окислительные свойства кислорода используются иначе. До горения тут дело не доходит, потому что окислитель и горючее не приходят в непосредственный контакт. Тем не менее окислительно-восстановительный процесс все-таки идет, заключается он в переносе электронов от продуктов превращения пищи (субстратов) к молекулярному кислороду, однако по дороге каждый электрон вынужден побывать на множестве молекул, образующих так называемую дыхательную цепь. При этом та энергия, которая выделилась бы при обычном горении в виде тепла, в особых органах клетки — ее энергетических станциях— митохондриях частично превращается в энергию химических связей молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Молекулы АТФ затем используются в качестве источника энергии в других биохимических процессах.
Последний перед кислородом участок дыхательной цепи как раз и включает несколько гемсодержащих белков, объединяемых под общим названием цитохромов.
Интересно, как природа расставляет на всех ключевых участках транспорта кислорода железные верстовые столбы. Мало того, на опасных участках этого пути стоят железные часовые.
Процесс окисления с помощью цитохромов дает побочный продукт, в больших концентрациях губительный для всего живого,— перекись водорода. Вспомним, что раствор этого вещества применяют, например, при дезинфекции ран. Будучи сильным окислителем, перекись водорода может вызвать, в частности, распад эритроцитов. Совершенно ясно, что организм нуждается в защите от столь опасного агента. Главный защитник — известный фермент каталаза. Ее молекула состоит из четырех субъединиц (наподобие гемоглобина), каждая из которых содержит гем, связанный с белковой цепью. Таким образом, и здесь работают четыре атома железа.
Вот так и функционирует железная цепь нашего тела. Вы читаете эти строки, а по вашим сосудам мчатся триллионы красных «летающих тарелочек» с торчащими во все стороны, как у ежика, железными иглами, на которых наколоты кислородные молекулы. Они несут клеткам «эликсир жизни». Его примет в свои объятий запасливый миоглобин. Во всех тканях цито-хромы будут целиться из своих железных гем-пушек, чтобы выстрелить в молекулу кислорода четырьмя электронами, добытыми клеткой из съеденной ее хозяином пищи. И каждый такой «тихий» выстрел принесет организму 36 новых молекул АТФ, химических аккумуляторов энергии, без которой клетке и человеку так трудно жить.
Почему же Виктор Петрович Семенцов, которого нелепый случай закупорил в железной душегубке, поступил в реанимацию в таком тяжелом состоянии? Потому что угарный газ — один из Главных врагов гемов — заблокировал их железные антенны, и реаниматологу понадобится много усилий, чтобы вернуть им способность схватывать и отдавать кислород.
Захватчики гемов
Виктор Петрович еще возился со своим карбюратором в закрытом гараже, а первые порции угарного газа СО уже поступали в его легкие, а потом и в кровь.
Профессор А. М. Чарный в своем классическом руководстве «Патофизиология гипоксических состояний» пишет: «Возникновение кислородной недостаточности организма при отравлении СО, т. е. окисью углерода, объясняется свойством гемоглобина вступать с этим газом хоть и в обратимое, но очень стойкое соединение, получившее название карбоксигемоглобина. Окись углерода связывается с тем же элементом в молекуле гемоглобина, что и кислород — с железом. Однако «сродство» гемоглобина человека к СО приблизительно в 360 раз выше, чем к кислороду. Известно, что даже небольшие концентрации окиси углерода могут вытеснять кислород из оксигемоглобина, а наличие 0,1 % СО во вдыхаемом воздухе может превратить 50 % гемоглобина в карбоксигемоглобин».
Один из основателей физиологии дыхания Холден ставил опыты с угарным газом на себе. При этом он выяснил, что, пока содержание карбоксигемоглобина в крови не превышает 20 %, признаков отравления нет. При 30 % появляются сердцебиение, головокружение и снижение зрения, при 40—50 % — помрачение сознания.
Как свидетельствует опыт токсикологов, 60—70 % карбоксигемоглобина—уровень практически смертельный.
Захватчик оккупирует железные атомы гемов и очень прочно удерживает свои позиции: если вынести отравленного из загазованной атмосферы на воздух, то гемам удается освободиться от молекул угарного газа только через 7 часов.
Что же происходит в организме, наполненном карбоксигемоглобином?
Прежде всего падает количество кислорода в артериальной крови, хотя здоровые легкие да и весь аппарат дыхания стараются вовсю. Но транспортные баржи — гемоглобиновые молекулы — на 30—50—70 % загружены не «эликсиром жизни», а окисью углерода. А потому кислородный душ, который в норме орошает ткани, резко уменьшается. Организм не смиряется — он борется с кислородным голодом. Включаются аварийные механизмы компенсации — если в крови мало кислорода, нужно увеличить поток крови.