Наука о механизмах болезней и здоровья 1 страница
Зачем говорить о болезнях? Но если бы не было болезней, кто бы вообще думал о здоровье? Поэтому приходится идти от противного: показывать, отчего болезни, чтобы наметить пути, как от них спастись. Нет, не лекарствами — активностью.
Понятия болезни и здоровья тесно связаны друг с другом. Казалось бы, они противоположны: крепкое здоровье — мало болезней, и наоборот. Однако все гораздо сложнее. Измерить здоровье и болезнь трудно, границу между ними провести практически невозможно.
Во-первых, болезнь с субъективной и объективной точек зрения не одно и то же. Во-вторых, можно трактовать болезнь в понятиях биохимии, физиологии, психологии, социологии. Все трактовки важны.
Начнем с психологии, с субъективного. Болезнь — это понижение уровня «приятного», УДК, связанное с тягостными физическими ощущениями или со страхом перед болями и смертью. Ощущения здорового сильного тела («мышечная радость», как говорил И.Павлов) у всегда здорового человека редки. Он давно адаптировался и просто не замечает тела. Здоровье само по себе вспоминается как счастье, только когда его уже нет.
Но существует и адаптация к неприятным чувствам, особенно если человек занят увлекательным делом. И наоборот, у мнительного субъекта может быть масса тягостных ощущений, которые принимают форму болезней. Поэтому психологические, субъективные критерии болезни ненадежны. Интенсивность жалоб не соответствует тяжести заболевания, это знают все врачи. Особенно теперь, когда болезни просто культивируются из-за обилия медиков и их неправильной установки считать всех людей потенциально больными.
Ощущения с тела направляются в кору мозга. Если возбудимость ее клеток повышена и они натренированы постоянным вниманием, то и нормальные импульсы, идущие с тела, воспринимаются как чрезмерные.
Сколько видишь людей, ушедших в болезнь!
Они носят ее как драгоценность, как оправдание всех своих неудач в жизни, как основание требовать у окружающих жалости и снисхождения. Очень неприятные типы! Врачу нельзя пренебрегать жалобами пациента, но не следует только по ним строить гипотезу о болезни. Однако не следует и забывать, что в конечном итоге врачи должны освободить человека именно от психологии болезни. Если нельзя избавить его от телесных страданий, врач обязан пытаться лечить их душевные последствия.
Вопросы болезней и здоровья приходится разбирать на разных уровнях: биохимии в клетках, физиологии в органах и целом организме.
Вот простенькая схема:
Начнем с клеток, с молекулярного уровня. На молекулярную биологию с надеждой смотрит вся медицина.
Еще совсем недавно, лет 50 назад, клетку представляли очень примитивно: ядро, протоплазма, оболочка. Теперь не так: клетка — это сложнейшая организация с полужестким скелетом из структурных белков, с множеством «каналов», по которым циркулируют токи жидкостей, содержащие различные простые и сложные молекулы. По ним осуществляются как вещественно-энергетические, так и информационные связи. Оболочка — это совсем не пассивная полунепроницаемая мембрана, а сложная структура с управляемыми «из центра» порами, избирательно пропускающими и даже активно захватывающими вещества извне.
Рассмотрим до предела упрощенную схему клетки (рис. 1).
Вверху изображены «органы управления»— ДНК, состоящая из генов, и рибосомы; ниже — «рабочие элементы», тоже условно поделенные на «специфические» и «обеспечивающие» структуры, которые выполняют соответствующие функции. Толстыми стрелками с надписями обозначены внешние «входы» и «выходы», тонкими — прямые и обратные связи между элементами.
Деятельность клетки сводится к многочисленным химическим реакциям, каждая из которых протекает под действием своего белка-фермента. Белки синтезируются, «печатаются» в рибосомах по матрицам-образцам РНК, которые получаются путем копирования одного гена с ДНК. Говорят: один ген — один белок. Таким образом, в генах содержится набор «моделей» для всех видов белков-ферментов клетки, а кроме того, масса специальных генов — «инструкций», призванных управлять, то есть включать и останавливать синтез тех или иных белков в зависимости от деятельности клетки в данный период. Например, для деления клетки нужны одни белки, для захвата пищи или переваривания ее — другие. «Неработающие» гены заблокированы. Они включаются в действие по сигналам, идущим от «рабочих» элементов (смотри стрелку «запрос на синтез»), а также от регулирующих систем организма, действующих через специфические гормоны.
В каждой клетке организма есть полный набор генов для всех видов его клеток, который сформировался еще в яйцеклетке при ее оплодотворении. В нем закодированы все белки-ферменты и все «инструкции»: как развиваться плоду, как вырасти взрослому, как должен действовать каждый вид клеток в процессе жизни человека. С развитием генетики дело с генами усложнилось: оказалось, что кроме генов «нужных» — для белков-ферментов, белков структурных, генов-регуляторов — в геноме содержится масса генов неизвестного назначения. По крайней мере — пока неизвестных. Таких насчитывают 50–80 %! Впечатление, что геном «засорен». Источниками «лишних» генов считают вирусы. Возможно, что часть из них служит резервом, который включается при больших нагрузках. Возможно, что за их счет осуществляются процессы приспособления и механизмы эволюции.
«Главная» деятельность клетки, служащая нуждам целого организма, осуществляется ее «специфическими» рабочими элементами. Объем, или количество, функции, например, сила сокращения мышечного волокна, определяется тремя факторами: интенсивностью внешнего раздражителя, массой «наработанных» ранее белков и наличием энергии, поставляемой «обеспечивающими» структурами. Для всех них на схеме показаны стрелки и надписи. «Обеспечивающие» элементы работают под воздействием «специфических» стимулов, производят по их запросам энергию в виде активных фосфорсодержащих молекул АТФ из глюкозы, аминокислот и жирных кислот, получаемых из крови.
Биохимики установили интересный факт: все живые белки закономерно распадаются на простые молекулы с постоянной скоростью. Величина ее определяется как «период полураспада». Для белков сердечной мышцы он равен примерно 30 дням. Это значит, что из 200 граммов белка через 30 дней останется только 100, еще через 30 дней 100: 2 = 50 и так далее, если за это время не синтезируются новые молекулы. Есть долгоживущие белки с периодом полураспада в 100 и более дней. Из них составлены стойкие структуры соединительной ткани — связки, хрящи, даже кость.
Новый белок «нарабатывается» в рибосомах по «моделям», снятым с гена в ответ на «запросы» от «рабочих элементов» при регулирующем воздействии гормонов. Чем напряженнее работает каждая молекула белка-фермента и чем больше этих молекул, то есть чем больше масса белка в «рабочем элементе», тем выше «запрос», тем больше синтезируется новых молекул белка. Так осуществляется баланс белка: одни молекулы распадаются в количествах тем больших, чем больше масса, а на их место синтезируются другие — в количествах, зависящих от интенсивности функции и от уже имеющейся массы. В то же время предел максимальной функции прямо определяется количеством белка.
Важно уяснить два типа процессов, протекающих в клетке, а соответственно и в организме, состоящем из многих клеток.
Первый процесс — тренировка . Если внешний раздражитель сильный, он заставляет функционировать все молекулы «рабочих» элементов с максимальным напряжением, от них идет максимальный «запрос на синтез» в ДНК-рибосомы, и они так же максимально синтезируют новый белок. «Старый» белок при этом продолжает распадаться с постоянной скоростью. В результате при большой нагрузке синтез обгоняет распад, и общая масса белка возрастает. Соответственно возрастает и мощность функции. Самый простой пример — тренировка спортсмена: чем больше нагрузка, тем больше мышечная масса и соответственно увеличивается поднимаемый тяжелоатлетом вес.
Второй процесс — детренированность . Предположим, что внешний раздражитель резко ослабляется, соответственно падает функция и уменьшается «запрос на синтез» новых молекул. В то же время наработанная ранее при большой функции масса белка продолжает распадаться с прежней скоростью, пропорционально массе на данный момент. В результате распад обгоняет синтез, суммарная масса белка уменьшается (атрофия), и соответственно уменьшается сила сокращения мышцы, возможность функции. Спортсмен бросил тренироваться, мышцы у него «растаяли», и он уже не может поднять даже половину того веса, который поднимал ранее.
Эти механизмы тренировки и детренированности белковых рабочих структур универсальны для всех клеток: мышечных, нервных или железистых — и для всех их функций. В частности, именно детренированность определяет развитие многих болезней, когда орган не в состоянии справиться с возросшей нагрузкой. Конечно, в разных органах различна масса функционального белка, поскольку различно потребление энергии. Поэтому уменьшение объема детренированного нейрона коры мозга несравнимо с атрофией бицепсов неработающего спортсмена.
Клетка живет по своим программам, заданным в ее генах. Она очень напоминает современный большой завод, управляемый хорошим компьютером с гибкими программами, обеспечивающими выполнение плана при всех трудностях. Если условия среды становятся для клетки неблагоприятными, то функции ее постепенно ослабляются, и наконец замирает сама жизнь.
На схеме (рис. 2) показаны характеристики функциональной структуры клетки при разных уровнях тренированности. Кривые отражают изменение «специфической» («главной» для целого организма) функции клетки в зависимости от силы внешнего раздражителя.
Над верхней кривой для самой тренированной клетки обозначены три режима: нормальный, форсированный и патологический. Что это такое? Названия говорят сами за себя. Нормальный режим обеспечивает среднюю интенсивность деятельности клетки, он устойчив и не ограничен во времени. Все химические реакции хорошо сбалансированы и не напряжены. На кривых мы видим линейную зависимость между силой раздражителя и возрастанием функций.
Форсированный режим временно обеспечивает повышенную функцию ценой снижения КПД и расходования запасов энергии. В сложном организме он вызывается действием особых веществ — активаторов, чаще всего гормонов. Деятельность его ограничена резервами энергии.
Патологический режим — это уже болезнь, и об этом особый разговор.
В чем выражается здоровье клетки? Это выполнение программ жизни: питание, рост, специфические функции, размножение. «Уровень здоровья» — это интенсивность проявления жизни в нормальных условиях среды, которая определяется тренированностью структур клетки.
Есть и другое определение: «Количество здоровья — это пределы изменений внешних условий, в которых еще продолжается жизнь».
«Количество здоровья» можно выразить в понятии «резервные мощности». Оно хотя и не биологического происхождения, но всем понятно: например, при движении по ровной дороге с нормальной скоростью от мотора автомобиля требуется 15 лошадиных сил, а максимальная его мощность 75 сил. Следовательно, есть пятикратный резерв мощности, который можно использовать для движения в гору или по плохой дороге. То же самое в клетке или органе. Нижняя точка на оси ординат — это величина функции, которую организм в состоянии покоя требует от клетки. Для детренированной клетки — это почти предел нормального режима, чтобы получать больше, нужна форсировка. Для среднетренированной клетки есть трехкратный резерв, а при высокой тренированности — шестикратный. На оси абсцисс треугольником отмечена точка. Для детренированной клетки — это предельная величина силы раздражителя, при усилении раздражений наступает патологический режим. При высокой тренированности раздражитель такой силы является нормальным.
Тренировка наиболее эффективна, когда величина функции приближается к границе форсированного режима. Эта точка отмечена на средней кривой.
Схема показывает, какое значение имеет тренировка для повышения «резервных мощностей». Сильный внешний раздражитель для детренированной клетки (органа или целого организма — все равно) вводит ее в патологический режим, то есть уже в болезнь, а для тренированной — это нормальная интенсивная работа.
Болезнь клетки в сложном организме — понятие непростое. Может ли «болеть» завод? Очевидно, да. Когда при нормальном снабжении и хороших рабочих он недодает продукцию или выпускает брак, значит, есть тому причины.
По идее клетка не должна «болеть», пока она нормально снабжается энергетическими и строительными материалами, пока периодически получает извне раздражители, дающие ей хорошую тренировку и пока ее «органы управления», то есть ДНК, в порядке. В самом деле: все структуры клетки обновляются, новые «детали» делаются по программам, заложенным в ДНК, в генах.
Даже если было плохо и клетка «заболела», то создай ей нормальные условия, и спустя некоторое время она обновит свои структуры и выздоровеет. Если только гены в порядке. Специалисты по молекулярной генетике говорят, что гены повреждаются редко. Подумайте, как это хорошо!
И тем не менее болезней полно, и все они первично проявляются в клетках.
Какую клетку сложного организма мы считаем больной?
Если она не выдает достаточной функции в ответ на «нормальное» раздражение, поступающее от системы организма, не выполняет свои программы деления, ее химия нарушена, и она выдает вовне продукты неполного обмена, вредные для других клеток. В общем, с позиций целого организма клетка больна, если она не справляется с требуемыми от нее функциями — осуществлять движение, выделять гормоны, продуцировать нервные импульсы. Перечислю возможные причины патологии клетки .
Детренированность . Если клетка периодически не получала больших нагрузок, она детренируется и на нормальный раздражитель дает пониженную функцию. Если раздражитель превышает предел достигнутой тренированности, клетка вступает в патологический режим, при котором химические реакции идут не до конца, и в ней накапливаются их продукты. Условно их можно назвать «помехами».
Плохое «снабжение». В крови недостаточно энергетических или строительных материалов: молекул глюкозы, жирных кислот, аминокислот, витаминов, микроэлементов, кислорода. Иногда это бывает, когда между кровью и клеткой возникает барьер из межклеточных структур — продуктов соединительной ткани или нарушается циркуляция крови по капиллярам (так называемая микроциркуляция).
Встречается и нарушенное гормональное регулирование генов со стороны эндокринной системы, и «отравление» клеток микробными токсинами или другими ядовитыми веществами, которые тормозят действие ферментов. Аналогично могут действовать нормальные продукты обмена, если они не удаляются из-за нарушения кровообращения («шлаки»). Наконец, возможны прямые повреждения генов из-за радиации, отравлений, внедрения новых участков ДНК, привнесенных вирусами или в результате мутаций. Это самая тяжелая патология, так как нарушаются «чертежи», по которым изготовляются ферменты. Правда, клетка имеет возможность сама «ремонтировать» двойную спираль ДНК, если поражена одна ее нить, но только при делении. Но не все клетки делятся. Например, нейроны коры мозга рассчитаны на «всю оставшуюся жизнь»: когда они повреждаются, то заменяются рубцом из соединительной ткани.
Клетки могут «болеть» в результате любой из перечисленных причин, и для разных болезней человека разные причины становятся важнейшими.
Чтобы перейти к уровню органов и их систем, необходимо несколько пояснений.
Очень трудно представить себе картину эволюции как развития все более сложных организмов из простых. Несомненно, участвовали три компонента, показанные на схеме:
В процессе эволюции сначала изменение среды меняло «рабочие» функции «тела» при неизменных генах. При этом нужно учесть гибкость программ управления со стороны генов, обеспечивающую приспособление к среде, когда в некоторых пределах ее изменений удается осуществить рост и размножение. Можно говорить о «напряжении приспособительных механизмов», когда жизнь идет на границе возможностей приспособления.
В генах закономерно происходят мутации. Или в них попадают новые гены от вирусов и микробов: геном изменяется. Чем энергичнее размножение, тем больше возможностей для проявления изменений, которые приводят программы управления организмом от генов в большее соответствие с требованиями среды. Эффективность изменчивости отрабатывается в ходе естественного отбора. Это обычная схема эволюции. По-ученому это звучит так: организация управления клетки меняется в ходе самоорганизации генома.
В самом начале эволюции меняющиеся физико-химические условия среды могли привести к тому, что поделившиеся клетки первых одноклеточных не разошлись, как им полагалось изначально, а остались связанными. Так возникли «колонии». Это механическое изменение привело к изменению тел связанных друг с другом клеток — к асимметрии строения. В дальнейшем это закрепилось в генах, появилась новая строка «инструкции», меняющая структуру клеток.
Дальше — больше. Образовались колонии с замкнутой внутренней средой, через которую клетки могли влиять друг на друга. Некоторые клетки потеряли связь с внешней средой и стали целиком зависимы от внутренней среды. Одновременно шла так называемая дифференцировка, специализация клеток, разделение функций между ними.
Модель нормы и патология
Основные рабочие функции живого присущи всем одноклеточным. Это прежде всего энергетика обмена веществ — свои «электростанции», вырабатывающие энергию из глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Второе — пищеварение, захват частичек пищи и переваривание внутри клетки в специальных пузырьках — лизосомах. Третье — движение, есть и у одноклеточных — сократительные элементы. Четвертое — защита внутренней среды от внешней и связь с ней за счет действия специфических каналов, избирательно пропускающих различные вещества внутрь или наружу. Кроме того, на поверхности клетки существуют разнообразные рецепторы, способные захватывать и препровождать внутрь избранные сложные молекулы. Через каналы и рецепторы осуществляется «снабжение» части «рабочих» функций клетки, передаются управляющие сигналы.
Клетки многоклеточного организма усовершенствовали и развивали отдельные функции одиночной клетки и таким образом сформировали органы: пищеварения, размножения, движения, восприятия раздражения, регулирования.
Особенное развитие в процессе эволюции получили органы управления . Они сформировались в несколько регулирующих систем , выполняющих различные функции. Мы выделяем четыре системы (рис. 3).
Первая регулирующая система (I PC) условно определена как «химическая неспецифическая» и представляет жидкую замкнутую среду организма — кровь и лимфу. Кровеносная система объединяет все органы через посредство относительно простых химических веществ, например, таких, как кислород, углекислота, глюкоза. Каждый орган получает и отдает в кровь то, что предназначено его «специализацией».
Вторая регулирующая система (II PC) представлена эндокринными железами. Они регулируют «обеспечивающие» функции организма с помощью гормонов. Эти химически активные вещества тормозят или активируют клеточные ферменты, а через них и большинство функций клеток. Гормоны действуют через I PC, через кровь и лимфу, а специализация регулируемых процессов определяется клетками-«мишенями», обладающими особой чувствительностью к тем или иным гормонам.
Третьей регулирующей системой (III PC) является вегетативная нервная система, которая контролирует внутренние органы и главным образом уровень их специфической активности. Ее принцип действия отличается от предыдущей тем, что активирующие (или тормозящие) вещества (подобные гормонам) доставляются непосредственно к «адресату», выделяясь в окончаниях нервных волокон непосредственно в органах-«мишенях». То есть действует «адресная» система регулирования. Вегетативная нервная система состоит из двух отделов-антагонистов: симпатической и парасимпатической. Они управляют главным образом внутренними органами («симпатикус» выделяет адреналин, «парасимпатикус» — ацетилхолин).
Наконец, четвертая регулирующая система (IV PC) носит название анимальной нервной системы и отвечает главным образом за связи организма с внешней средой. Ее клетки и структуры воспринимают и передают внешнюю информацию и управляют произвольными движениями. Высший ее «этаж» — кора мозга. В IV PC представлены также «датчики» — глаза, уши, рецепторы кожи, мышц, суставов и, в меньшей степени, внутренних органов, доставляющих к коре (к сознанию) избранную информацию о теле.
Регулирующие системы (PC) имеют «этажную» структуру. Например, в IV PC описывают кору мозга, подкорку, спинной мозг. В III PC можно выделить высшие вегетативные центры, ведающие обобщенными функциями, например, питанием; «главные» центры, ведающие органами (кровообращение, дыхание), и местные нервные сплетения самих органов, регулирующие отдельные клетки. Эндокринная система (II PC) имеет несколько «этажей»: гипоталамус и гипофиз в подкорке головного мозга, большие эндокринные железы — надпочечник, щитовидная, половые, специфические клетки в «рабочих» органах. Даже I PC и ту можно поделить на две: кровеносная и лимфатическая системы.
В функциональном отношении все регулирующие системы связаны между собой прямыми и обратными связями: «высшие» управляют «низшими», но, в свою очередь, находятся под их обратными воздействиями. То есть типичная кибернетическая система управления.
Регулирующие клетки способны к тренировке при повышении функции, как и всякие другие. Для клетки это вполне физиологично, но в целом организме их повышенная тренированность может вызвать патологию, так как изменится характеристика регулятора, а, следовательно, он будет «неправильно» управлять органом или функцией. Например — кровяным давлением.
Всякая схема живых организмов условна. Клетки регулирующих систем проникают в «рабочие» органы, отдельные уровни самих регулирующих систем перекрываются, функции разных регулирующих систем наслаиваются и дублируются. Анатомически органы четко отделены, физиологически же они участвуют в совершенно разных функциональных системах. Поэтому я сделал совсем условную и простую функциональную схему, выделив важнейшие функции целостного организма, не вдаваясь в разделение по их анатомическим деталям.
В самом верху помещена «психика», представленная корой и подкоркой. Отдельно выделен квадратик «чувства», а ниже показан четырехугольник с надписью II и III PC, то есть эндокринная и нервно-вегетативная системы.
Посредине помещен прямоугольник с надписью «Система напряжения». Анатомически она не выделяется четко, но функционально весьма важна. Массивным «входом» к ней показана стрелка от чувств, а «выходы» направлены как вверх — к «психике», так и вниз — к регуляторам II и III PC. Единственный выход от психики ведет к мышцам, к органам движения. Они направлены на внешнюю среду, и им противостоит ее «сопротивление».
Выделение других функциональных подсистем зачастую весьма спорно, но начнем по порядку.
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». Я пытался объединить в ней все функции снабжения организма энергетическим и строительным материалами, понимая под этим не только специфические органы как желудочно-кишечный тракт, но внутриклеточные энергетические и пластические («строительные») функции. Обмен углеводов, жиров, белков, витаминов, а также солей и воды — все объединено в одну функциональную подсистему. В низу 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 и система иммунитета». 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 своих, если они изменились в результате генных мутаций. Конечно, деятельность этой системы зависит от «снабжения», особенно 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 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 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». 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».