Внутренняя среда
Мы не знаем, каковы условия существования на других планетах. Формы бытия разнообразны. Но на Земле жизнь возможна в очень ограниченных пределах и выдерживает едва заметные, по сравнению с космическими масштабами, колебания и сдвиги.
Если бактерия, вирус или амеба в определенных условиях еще способны вынести глубокое замораживание или сравнительно высокое нагревание, то человек неизбежно погибает, не защитив себя от них специальными (естественными или искусственными) приспособлениями. Живой организм, особенно организм высших животных и человека, обладает удивительными свойствами сохранять свою жизнеспособность в самых неблагоприятных условиях. Он сопротивляется натиску бушующей стихии, продолжает жить при стремительных перепадах температуры воздуха и атмосферного давления, под обжигающими лучами солнца, при ледяном дыхании межпланетного пространства, при непрекращающейся бомбардировке космическими лучами. Он живет и может жить, потому что сохраняет постоянство своей внутренней среды.
Учение о внутренней среде — одна из вершин современного естествознания. Оно объединяет не только разные области биологии, позволяет связать воедино деятельность отдельных органов и физиологических систем, но дает возможность осмыслить проблему жизни, понять взаимоотношение между организмом и природой, постичь секрет сохранения живой материи на Земле. Чем глубже проникает человеческая мысль в таинственный мир внутренней среды, тем яснее становятся законы, управляющие существованием живых тел, тем отчетливее вырисовываются пути сохранения здоровья, молодости, работоспособности.
Как известно, наш организм может жить и развиваться лишь в том случае, если между ним и окружающей средой происходит постоянный обмен веществ. Из внешней среды он получает необходимые питательные вещества и энергию. Внешняя среда направляет, регулирует и организует его деятельность, создает условия для его существования.
Это относится не только к наиболее совершенному и наиболее сложно устроенному человеческому организму, но и к любому простейшему существу растительного или животного мира.
Для бактерии, инфузории или амебы, соприкасающейся своей поверхностью с каплей воды, в которой она живет, эта капля олицетворяет весь мир, всю внешнюю среду. Состав и свойства воды, наличие в ней питательных веществ, способность пропускать солнечные лучи, ее температура — факторы, определяющие всю жизнедеятельность клетки, реакцию ее на внешние раздражения, размножение.
Но у животных, организм которых состоит из различных по своему строению и деятельности бесчисленных клеток, жидкость, омывающая поверхность тела, не является средой обитания для внутренних органов, например: печени, легких, мозга, сердца. Пресная вода реки или соленая вода моря — это внешняя среда для обитающего в ней организма, но не для отдельных клеток, из которых состоят его органы и ткани.
Воздушный океан, окружающий наше тело, не приходит в соприкосновение с внутренними органами. Но ни одна клетка не может существовать, если не получает в достаточном количестве кислород и не удаляет отработанные продукты обмена веществ. Вот почему у сложных многоклеточных организмов в процессе эволюционного развития возникает собственная «внутренняя среда», в известной мере отгороженная от окружающего мира.
Понятие о внутренней среде впервые сформулировал великий французский физиолог Клод Бернар, который объединил под этим названием все жидкие среды организма — кровь, лимфу, тканевую жидкость. Кровь, удивительнейшая по своему составу и свойствам жидкость, жидкая ткань, заполняющая многочисленные сосуды нашего тела, питающая его клетки, несущая им кислород, белки, углеводы, жиры, витамины, соли, т.е. все то, без чего невозможно их существование. Состав и свойства ее отличаются относительным, но достаточно устойчивым постоянством, что позволяет организму вести «свободную жизнь» в меняющихся условиях земного существования. «Кровь, надо знать, совсем особый сок»,— говорит Мефистофель Фаусту.
Во тьме веков (быть может, три, а по некоторым подсчетам четыре миллиарда лет назад) в глубинах океана зародилась первая живая клетка. Соленая вода моря омывала и берегла ее. Море стало ее питательной средой. Из него черпала клетка необходимые ей питательные вещества и соли, ему отдавала продукты своего обмена. Живой организм, из которого на вершине своей эволюции произошел человек, усвоил и заключил в себе частицу моря. И до сих пор в наших артериях и венах течет жидкость, близкая по своему составу и свойствам к морской воде.
Кровь переносит огромное количество химических соединений, совершенно необходимых для жизненных процессов организма. Помимо питательных веществ, кислорода и отходов жизнедеятельности клеток, кровь содержит самые разнообразные составные части, без которых жизнь вообще немыслима. Для того чтобы жить и существовать, каждая клетка должна не только получать продукты питания, но и освобождаться от постепенно накапливающихся в ней шлаков и отбросов. И вот здесь возникает великая проблема о возможных границах жизненного процесса, о той узкой полоске в сложном многообразии природы, в которой возможна жизнь. Ведь человек погибает, если температура его тела повышается на 6—7°, если состав крови, ее осмотическое давление, кислотность или щелочность выходят за пределы какой-то очень стабильной, неизменной величины. Зона комфорта, если представить все это графически, наибольшего благоприятствования для клеток органов и тканей ограничивается такими сжатыми пределами, что в некоторых случаях переход от здоровья к болезни почти незаметен.
Если содержание сахара в крови выходит за границы 70—120 мг в 100 мл, уже создается зона дискомфорта, меньшего благополучия, ухудшенного самочувствия, преддверия болезни. А когда эти цифры падают ниже 50 и поднимаются выше 300—400 мг, возникает ряд тяжелых расстройств, требующих неотложного врачебного вмешательства. Это относится не только к сахару, но и к другим составным частям крови — солям, продуктам тканевого обмена веществ, многим сложным химическим соединениям, накопление или отсутствие которых во внутренней среде неизбежно приводит организм к болезни.
Однако понятие о внутренней среде не исчерпывается одной лишь кровью. Понадобилось немало лет для доказательства, что в сложных организмах клетки органов не только не соприкасаются с атмосферным воздухом, но и не омываются кровью. В нормальных условиях эта жидкая ткань не покидает пределы кровеносной системы, не выливается из капилляров в межклеточные пространства. Природа мудро поставила преграду между нею и клетками.
Несмотря на совершенную, четко организованную систему регуляции состава крови, в ней могут возникнуть и неизбежно возникают то кратковременные, то затяжные колебания, опасные для нормального существования клеток. Постоянство состава крови оказалось недостаточным для клеток внутренних органов, особенно для нервных клеток мозга, которые могут существовать лишь при очень устойчивом режиме.
Для каждого органа организовалась собственная интимная среда, так называемая тканевая или межклеточная жидкость. Она образуется из крови, но отделена от нее особыми сложными образованиями, получившими название тканевых барьеров. Любой орган, будь то мозг, печень или почки, имеет свою микросреду, нечто вроде микрорайона со своим микроклиматом. Ученые назвали ее непосредственной средой органов и тканей.
Из этой среды черпают клетки необходимые для их жизнедеятельности питательные вещества, ей отдают продукты своего обмена. В том крошечном мирке, который окружает клетку, недопустимы бури и катастрофы, неожиданные изменения, непредвиденные сдвиги. Здесь царит относительный покой, залог «свободной», т.е. в какой-то мере независимой от внешних воздействий, жизни.
Пусть меняются условия окружающего мира, пусть повышается и падает температура воздуха, колеблется атмосферное давление, нарастает влажность, усиливается радиация — во внутренней среде организма, к которой относится и микросреда органов и тканей, все остается на одном уровне.
Постоянство внутренней среды, конечно, не представляет собой какую-то абсолютную величину. Оно в достаточной степени относительно, ибо в живом организме нет и не может быть неколеблющегося равновесия. Для живой системы равновесие смертельно. Жизнь — это отрицание неподвижного, застывшего равновесия. Состав и свойства внутренней среды постепенно меняются, сдвигаются и снова приходят к некоторой средней величине. Но эта средняя сохраняется на каком-то определенном уровне, и колебания ее совершаются в наиболее благоприятных для жизни границах. Благодаря устойчивости состава своей внутренней среды, человек может переходить из одного внешнего окружения в другое. Он сохраняет эту устойчивость в Арктике и на экваторе, на дне океана и в стратосфере, на вершине Эльбруса и у берега моря. Извне и изнутри на организм постоянно действуют разнообразные «возмущающие» факторы. Прием пищи, время дня и ночи, атмосферное давление, различные внешние раздражители (например свет, звуки, запахи) неизбежно вызывают характерные сдвиги в составе и свойствах крови и тканевой жидкости. Но эти сдвиги, благодаря мощной системе регулирующих приспособлений, тут же сглаживаются, выравниваются, иногда предупреждаются.
Как указывает У. Кеннон, организм отличается необычайной стабильностью, несмотря на то что состоит из крайне неустойчивых и чувствительных к различным воздействиям элементов. Вся его жизнедеятельность протекает на определенном практически неизменном уровне. Отдельные части нашего тела устойчивы потому, что постоянна окружающая их жидкая основа (fluid matrix). Это постоянство регулируется автоматически. Поскольку состав и свойства внутренней среды организма однородны и противостоят более или менее значительным колебаниям, отпадает необходимость в бесчисленных специальных приспособлениях, поддерживающих устойчивую деятельность отдельных органов и физиологических систем. Поэтому постоянство внутренней среды следует рассматривать как чрезвычайно экономичное устройство.
