Во-вторых, часть давления тратится на трение крови о стенки сосудов. Трение зависит от густоты крови. Чем гуще кровь, тем медленнее она течет. Если вы когда-нибудь пробовали пролить вязкую жидкость, например мед или патоку, то поймете, что я имею в виду.
Растворимые в воде вещества обычно повышают ее вязкость. Большие молекулы, особенно асимметричные, имеющие форму палочки, а не шарика, увеличивают вязкость больше, чем мелкие. Таким образом, если миллион молекул аминокислот превратятся в двадцать больших белковых молекул в форме палочки, то они сильнее увеличат вязкость крови, чем миллион молекул аминокислот.
Наличие плазменных белков помогает контролировать течение крови и кровяное давление, чего не в состоянии делать аминокислоты. Плазменные протеины только размером и формой молекул делают то, что не под силу аминокислотам.
Но большая общая площадь сечения капилляров, а также вязкость только снижают способность кровяного давления к выталкиванию крови из капилляров. Полностью пересилить действие давления крови они не могут. Для этого требуется что-то еще.
Давайте вновь обратимся к полупроницаемым мембранам, которые ограничивают тонкие капиллярные стенки. С одной стороны (тканевой) находится межклеточная жидкость, состоящая из воды, мелких ионов и молекул, легко проникающих сквозь мембрану. С другой стороны (внутренней, там, где течет кровь) находится плазма, в состав которой входят те же компоненты, что и в межклеточную жидкость, плюс белковые молекулы. Они слишком крупны, чтобы проникнуть сквозь мембраны.
Из-за этого плазма лишена некоторых преимуществ. Межклеточная жидкость свободно проходит сквозь мембраны. Однако маленькие молекулы плазмы вынуждены обходить гигантские молекулы протеина, которые стоят у них на пути.
В итоге, если не принимать во внимание давление крови, молекулы чаще будут переходить из межклеточной жидкости в капилляры, чем в обратном направлении. Тенденция небольших молекул проникать сквозь мембрану только в одном направлении (в данном случае в капилляр) называется осмотическим давлением. Именно осмотическое давление, направленное на наружную поверхность капилляра, уравновешивает кровяное давление, действующее на его внутреннюю поверхность.
На артериальном конце капилляра кровяное давление немного выше осмотического, и поэтому жидкость вынуждена покидать капилляр. На венозном конце кровяное давление, наоборот, чуть ниже осмотического, и поэтому жидкость обратно входит в капилляр. В итоге силы обоих давлений уравновешены, и небольшая утечка с одного капилляра компенсируется восполнением потери на другом конце (в сочетании с движением лимфы под воздействием мышечных сокращений).
Если бы белки плазмы были полностью расщеплены на аминокислоты, все питательные элементы плазмы сохранялись, и мы могли бы даже предположить, что клетки в состоянии сами забирать из плазмы необходимые аминокислоты в нужных пропорциях. Однако осмотический эффект тогда бы пропал. Аминокислоты легко просачивались бы сквозь стенки капилляров в обоих направлениях. Осмотическое давление на стенки капилляра отсутствовало бы. У кровяного давления в капиллярах не существовало бы противовеса, более крупные кровеносные сосуды медленно бы спались, как проколотая шина. Опять мы видим, что большой размер молекул имеет важное значение для кровеносной системы.
Это содружество осмотического и кровяного давления, возможно, не очень легко представить. Однако тем, кому удалось побывать в метро в часы пик или в других перегруженных средствах общественного транспорта, знают, с чем сравнить эту ситуацию. В вагон метро протиснуться довольно легко, поскольку все люди лезут в одном направлении и одновременно. Однако выйти из вагона уже труднее, поскольку некоторые пассажиры не выходят на этой станции и крепко держатся за поручни.
Если бы ситуация была предоставлена самой себе, тогда бы люди, желающие попасть в вагон, набивались бы внутрь, а те, кому нужно выйти, этого сделать бы не могли. Это движение пассажиров внутрь вагона мы можем назвать подземным «осмотическим давлением».
Для уравновешивания ситуации выходящие призывают на помощь голос: «Пропустите, пожалуйста!» — и люди на платформе отходят в сторону, чтобы дать выйти другим пассажирам. Поток выходящих из вагона людей — это подземное «кровяное давление». Оба давления способствуют эффективному наполнению и опустошению вагонов.
Сбой этой системы создаст в подземных вагонах хаос. Такой же хаос может воцариться и в организме. Избыток воды в тканях приведет к развитию отеков. Иногда отеки наблюдаются на ограниченных участках тела: вокруг укуса комара или пчелы, более широкие зоны отеков наблюдаются при аллергических реакциях.
Как мы знаем, кровотечение может быть опасно для жизни. Потеря какого компонента крови может вызвать летальный исход? На самом деле потеря плазмы намного опаснее потери эритроцитов. В организме имеется избыток красных кровяных телец и гемоглобина на чрезвычайный случай. Для излечения временной слабости в результате кровотечения требуется лишь небольшой отдых и, возможно, таблетки с железом.
Опасность потери плазмы состоит в потере содержащихся в ней белков. Нельзя сказать, что в организме нет механизма, способного быстро восстановить их дефицит. Физиологи проводили следующие эксперименты с животными: у собаки несколько раз брали кровь и каждый раз отделяли красные клетки. Их смешивали с солевым раствором в такой концентрации, чтобы не пострадали ни сами клетки, ни собака, и смесь вводилась в кровеносные сосуды животного. Таким образом объем крови и количество эритроцитов в ней восстанавливались. Не восстанавливалось лишь количество белков плазмы. Когда количество белков в крови собаки снижалось ниже нормы (это называется плазмаферезом), исследовали скорость их восстановления. Выяснилось, что примерно одна четверть всех плазменных белков могла восстановиться в течение одного дня.
Нет причин предполагать, что человек не способен восстанавливать уровень белков так же, как собака. Если он потеряет четверть запасов плазменных белков, то восстановит потерю за день и, естественно, его клетки смогут прожить этот короткий срок на ограниченной «белковой диете».
Однако опасность заключается не в недостатке питательных веществ. Когда при кровотечении организм покидают плазменные белки, нарушается механизм осмотического давления. Кровеносные сосуды не могут восстанавливать жидкость, уходящую в ткани, и не могут извлекать ее из тканей. Если этот процесс затягивается надолго, больной может погибнуть.
Именно по этой причине раненным на поле боя часто переливают плазму, когда цельная кровь недоступна. Плазма не вызывает трудностей при переливании, поскольку в ней нет красных клеток, которые могут вызвать агглютинацию (см. главу 6), и она предоставляет необходимые в данный момент плазменные белки для поддержания осмотического давления в организме. Восстановление красных клеток после кровотечения может происходить более медленно в процессе выздоровления пациента.
Но если осмотический эффект поддерживается именно благодаря большому размеру белковых молекул и организм может короткое время обходиться без плазменных белков, то почему белки в плазме не могут заменить другие большие молекулы? В конце концов, плазменные белки долгое время восстанавливаются в крови, к тому же в организме нет их запаса. Бесценной оказалась бы другая крупная молекула из более легкодоступного источника.
Конечно, подойдет не всякая большая молекула. Она не должна принести вреда организму при попадании в кровь и оставаться там длительный промежуток времени, не выделяясь почками. Молекула также не должна быть слишком большой, иначе осмотический эффект опять будет нарушен.
Такие молекулы-заменители вызывают увеличение объема плазмы в результате деятельности осмотического давления. Они называются «заменителями плазмы». Однако пока не найдено заменителей плазмы, которые бы полностью удовлетворяли все требования, но большую пользу приносят препараты, созданные на основе декстрана (крахмалоподобный материал, создаваемый некоторыми микроорганизмами) и поливинилпиролидона (производимое в промышленности синтетическое вещество, состоящее из крупных молекул).
