Резервы организма. 
Здоровый образ жизни

Если от неблагоприятных условий среды организм не может устраниться, то он должен экстренно (а в дальнейшем и более прочно) приспособиться к ним. Какими же резервами для этого он обладает? Эти резервы можно разделить на две группы: функциональные и молекулярные. Под первыми мы понимаем диапазон изменений интенсивности той или иной функции, под вторыми — энергетические ресурсы организма, возможности регуляции биохимических процессов в нем и изменения структур биологически активных молекул.

Обращаясь к сердечнососудистой системе, мы видим, что резервы ее очень велики. Частота и сила сердечных сокращений могут возрастать в 3−4 раза против уровня в оптимальных для организма условиях, ударный объем (т. е., количество крови, выбрасываемое в сосудистую систему при каждом сердечном сокращении) — с 60 до 200 мл., а минутный объем (объем крови, выбрасываемый за 1 мин) — с 4 до 38 л.

Существенно может увеличиваться и сеть функционирующих кровеносных капилляров. Например, в покоящихся мышцах на 1 см² приходится 35 действующих капилляров с поверхностью 3−8 см², а остальные закрыты и в кровоснабжении мышцы не участвуют. При интенсивной же работе мышц количество их достигает 3000, а поверхность — до 360−370 см². Значительно могут возрастать и скорость кровотока, и объем циркулирующей крови. В состоянии, не требующем функционального напряжения, в кровообращении не участвует до 30% всего объема крови. Эта кровь находится в так называемых кровяных депо: в селезенке (у собаки — от 10 до 20%, у человека — от 8 до 12%), в сосудах кожи (10%) и в печени (20%). По мере надобности эта кровь может поступать в общее кровяное русло, увеличивая объем циркулирующей крови, что приводит, в частности, к возрастанию кислородной емкости организма, т. е., количества кислорода, поглощаемого кровью и переносимого ею от легких к тканям и органам. Поскольку поступивший в легкие кислород присоединяется к красящему веществу красных кровяных телец — гемоглобину, то, чем больше будет абсолютное содержание его в крови, тем больше кислорода сможет перенести кровь.

Значительно могут возрастать и параметры дыхательной системы: частота дыхания — в 3−4 раза, объем легочной вентиляции — в 8 раз, газообмен — в 20−30, максимальное поглощение кислорода — в 2.5−3 раза. Столь же значительны резервы и других функциональных систем, так, мочеотделение может увеличиваться в 10−15 раз, потоотделение — в 10−12 раз. Словом, функциональные резервы организма достаточно велики.

Каковы же пути включения этих резервов? Прежде всего, это нервные, рефлекторные механизмы, регулируемые центральной нервной системой, но могут они осуществляться и гормонами или продуктами обмена веществ через кровь.

Так, адреналин вызывает учащение сердечных сокращений, а от концентрации углекислоты в крови зависит возбудимость дыхательного центра в продолговатом мозгу, а значит, частота и глубина дыхания, и т. д.

Рассмотрим молекулярные и субклеточные резервы организма. Прежде всего это запасы источников энергии, необходимой для жизнедеятельности и осуществления различных физиологических функций. Первым и наиболее легко используемым является животный крахмал — гликоген, построенный из цепей глюкозных остатков, которые по отщеплении от гликогена могут окисляться (а следовательно, генерировать необходимую организму АТФ и тепло) как аэробно, так и анаэробно, гликолитически. В том или ином количестве гликоген содержится во всех клетках организма, но особенно много его в печени (от 4 до 8% ее массы), скелетных мышцах (от 0.3 до 0.8%), сердечной мышце (от 0.25 до 0.3%) и головном мозгу (от 0.2 до 0.25%). Гликоген нервной системы, сердечной и скелетных мышц используется в первую очередь для собственной потребности этих органов, но в критических ситуациях, при понижении содержания гликогена в миокарде и головном мозгу, гликоген скелетных мышц может расщепляться до глюкозы, которая, поступая в кровь, и переносится в эти жизненно важные органы. Главным же резервом гликогена в организме является печень. Содержащийся в ней гликоген, расщепляясь под действием фермента гликогенфосфорилазы, служит для поддержания уровня глюкозы в крови и снабжения ею всех тканей и органов. В печени человека до 500 г. гликогена, в скелетных мышцах — до 200, в сердечной мышце и головном мозгу — около 90 г. Окисляясь до углекислоты и воды, гликогенные запасы организма могут обеспечить около 11 055 кДж, так как окисление 1 г. глюкозы дает 13.7 кДж.

Другим, еще более мощным запасом является резервный жир. В организме человека он составляет 10−20% от массы тела, а у некоторых животных — до 50%. На каждый килограмм живой массы приходится в среднем 90 г жира. Но не весь этот жир используется как источник энергии. При смерти от полного голодания в организме остается еще 23 г. жира на 1 кг массы тела. Это так называемый плазматический жир (главным образом жироподобные вещества — фосфолипиды), входящий в состав субклеточных структур, и прежде всего в различные биологические мембраны. Таким образом, на долю резервного жира остается 67 г., на 1 кг., массы тела, т. е., у человека с массой 70 кг., он составляет около 5 кг.

Жиры, точнее образующиеся из них жирные кислоты, могут окисляться только аэробно, но зато они дают больший выход энергии: 30.2 кДж/г. При окислении всего резервного жира организм получает 155 775 кДж.

Наконец, существуют и резервные белки — некоторые белки плазмы крови, печени и скелетных мышц. В организме человека их около 5 кг.

Правда, в основном они служат резервом для синтеза различных функционально важных белков — структурных и ферментных, но в тяжелых условиях часть образующихся из них аминокислот, теряя свои азотсодержащие аминогруппы, может подвергаться окислению, снабжая организм дополнительно еще около 40 200 кДж (окисление 1 г., белка дает 13.7 кДж). Таким образом, запасы энергии организма человека составляют суммарно около 207 030 кДж. По мере уменьшения этих запасов они пополняются за счет продуктов питания, а при полном голодании постепенно используются, поддерживая жизнь в течение того или иного времени. Чем интенсивнее идут процессы обмена веществ, тем быстрее они расходуются.

Интенсивность обмена веществ зависит от массы и относительной поверхности тела: чем масса меньше и отношение поверхности к массе выше, тем обмен веществ интенсивнее. Сравним мышь и слона. Масса тела первой составляет 20 г., а второго — 3.7−106 г. Потребление же кислорода, отражающее интенсивность обмена веществ, у мыши равно 1.70 мл. (г/ч), а у слона — 0.11 мл / (г/ч), т. е., почти в 15 раз ниже! Еще примеры. При полном голодании человек теряет за 1 сут. 0.6% массы тела, собака — 1.9, кошка — 3.1, морская свинка — 5.2, мышь — 7.5%. Соответственно этому выживаемость при голодании различна: мышь (масса тела 20−30 г.) погибает на 2−4-е сут, морская свинка (300−500 г.) — на 8−10-е, кошка (2.0−2.5 кг.) — на 14−21-е, собака (20 кг.) — на 30−40-е, а человек (масса тела 70 кг.) — на 40−75-е сут.

В зависимости от условий среды и функциональной активности организма существенно варьирует и интенсивность обмена веществ. Например, при мышечной деятельности максимальной и субмаксимальной мощности расход энергии (а значит, и обмен веществ) может возрастать в 100−150 раз, а при зимней спячке снижаться в 10−15 раз. Соответственно в широком диапазоне активируются и энергопоставляющие процессы: аэробное окисление глюкозы и жирных кислот Может повышаться более чем в 10 раз, а анаэробное использование глюкозы (гликолиз) — в 100 раз. В большой степени может увеличиваться и транспорт источников энергии из депо в органы потребители: содержание глюкозы в крови — в 3.5−4 раза, жирных кислот — в 8 раз. В широких пределах может изменяться и содержание в крови различных регулирующих веществ, прежде всего гормонов: глюкокортикоидов — в 4 раза, альдостерона — в 15, адреналина и норадреналина — почти в 10, глюкагона — в 2, соматотропина — в 10 раз. Эти сдвиги напряженности обмена веществ связаны главным образом с активностью ферментов (скоростью катализируемой ими реакции), которая может повышаться в 5−6 раз и более. Активность фермента зависит прежде всего от количества субстрата, т. е., вещества, подлежащего химическому превращению в процессе реакции. Всякая ферментативная реакция протекает по уравнению:

Ц + С = ФС = Ц — f + Р Где:

Ц — фермент;

С — субстрат;

ФС — фермент-субстратный комплекс;

Р — продукт реакции.

Началом реакции является образование этого комплекса (ФС) — присоединение субстрата к активному центру фермента. Затем внутри этого комплекса происходит химическое превращение субстрата в продукт реакции (например, расщепление его на два новых вещества), и комплекс распадается с освобождением продукта реакции и фермента, готового к взаимодействию с новой молекулой субстрата. Естественно, чем больше субстрата, тем полнее насыщены им молекулы фермента и тем большим будет эффект реакции. При полном насыщении всех имеющихся молекул фермента скорость реакции максимальна. Но еще большее увеличение концентрации субстрата может препятствовать расщеплению комплекса ряда ферментов с их субстратами и тем снижать скорость ферментативной реакции. Это явление получило название субстратного угнетения (ингибирования) активности ферментов.

Активность ферментов зависит также от температуры и реакции среды. У каждого фермента определенный температурный оптимум, при котором скорость реакции наивысшая. Для большинства ферментов животного организма термический оптимум лежит в области температуры тела: 35−40°С. Но для ферментов тканей, соприкасающихся с внешней средой (кожа, дыхательные пути, легкие, слизистые оболочки пищеварительного тракта) он более широк, чем для ферментов внутренних органов, и расположен в области более значительного температурного диапазона. Это одно из проявлений приспособления организма к условиям среды. Так, у птиц, температура тела которых выше (40−41°С), чем у млекопитающих (36−37°С), более высокие и термические оптимумы ферментов.

При увеличении температуры выше 45−50°C ферменты становятся неактивными вследствие денатурации их молекул. При глубоком охлаждении (от -20 до -40°С) они тоже теряют активность, но обратимо. Даже после охлаждения до -196°C ферменты при оптимальной температуре снова проявляют свою активность в полной мере. Значит, высокие температуры вызывают необратимую, а низкие — обратимую денатурацию молекул ферментов.

Конечно, это не значит, что синтез конститутивных ферментов происходит лишь при каких-то особых обстоятельствах. То, что было сказано выше, относится к усилению синтеза ферментов, приводящему к повышению содержания их в клетке. Каждому ферменту, как и любому веществу в организме, свойствен определенный «период жизни». Все вещества в организме (а особенно белки) постоянно разрушаются и синтезируются, обновляя свой состав. При этом в обычных условиях сколько вещества расщепляется, столько и синтезируется, и содержание того или иного химического соединения в клетке остается неизменным. Все это в полной мере свойственно и конститутивным ферментам. Как видим, возможности организма в приспособлении его к условиям среды достаточно велики и разнообразны.

Необходимо отметить, что все изменения обмена веществ, вызываемые условиями существования, контролируются нервной системой, интегрирующей их в интересах организма как целого. Это можно наглядно продемонстрировать расчетами немецких физиологов В. Холльмана и Т. Хеттингера. Рассматривая рабочие резервы организма (его мышечной и нервной системы), авторы разделили их на четыре группы:

• — используемые при автоматизированных движениях (15%);
• — физиологические (20%);
• — специальные, расходуемые в различных сложных ситуациях, например при мышечной деятельности очень высокой интенсивности или длительности, охлаждении организма, пребывании его в условиях гипоксии и т. п. (35%), и автоматически защищаемые (30%), снижение которых опасно для жизни. Между расходованием третьей и четвертой группы резервов и стоит на страже центральная нервная система, накладывающая вето на использование «неприкосновенного запаса».

Конечно, этот запрет — охранительное торможение, возникающее в центральной нервной системе и влекущее за собой снижение функциональной активности, в известных условиях может быть преодолен (например, при стремлении животного уйти от преследователя). Однако последствия этого могут не только спасти организм, но и привести его к гибели.