Загадки физиологии человека

"Человек не может дышать, это не согласуется с известными законами физики" - заявил в 1929 году шведский ученый К.Неергард. В чем тут дело?

Ученый провел соответсвующие расчеты и пришел к выводу, что давление в легких человека должно превосходить имеющееся в действительности и экспериментально измеренное почти в 10 раз, а имеющиеся у него дыхательные мыщцы не позволят человеку сделать даже один вдох.

Для того, чтобы разобраться в причинах такого парадокса, необходимо обратиться к эволюции. Для маленьких примитивных организмов, имевших к тому же низкую температуру тела, было вполне достаточно того количества кислорода, которое поступало в их организм через внешние покровы. Но с ростом размеров, а следовательно, и массы организмов потребность в кислороде стремительно нарастала. Так, на каждый килограмм массы тела теплокровного животного необходимо не менее 1м2 поверхности газообмена. Для удовлетворения этой потребности был сформирован специальный орган - легкие.

В обычном представлении это некое подобие воздушных мехов, которые при вдохе наполняются воздухом, а при выдохе этот воздух их легких выходит. Оказалось, что это полностью справедливо, если говорить о птицах.Но для человека площадь газообмена должна составлять примерно75 м2. Грудная клетка при этом должна быть неимоверных размеров, почти достигающих железнодорожного вагона. Легкие же человека имеют дендритовую структуру, то есть, напоминают собой дерево с ветвящейся кроной. От главной трахеи, ветвясь 24 раза, отходят все более мелкие трубочки. На конце каждой такой трубочки находится пузырек - альвеола. Радиусы альвеол малы и не превышают 0,05 мм, а число - до 300 миллионов.

Эта структура приводит к тому, что легкие при при их малом объеме имеют огромную поверхность газообмена, которая, если ее просуммировать, покрыла бы собой теннисный корт.
Но уменьшение диаметра альвеол вступает на определенном этапе с силами поверхностного натяжения. Еще Пьер Симон Лаплас исследовал эти силы, почему они и получили наименование лаплассовых. Так, для раздувания мыльного пузыря надо преодолевать тем большее сопротивление этих сил, чем меньше радиус пузырька.

Неергард предположил, что при реальных размерах альвеол должны сказваться силы поверхностного натяжения имеющейся в легких воды. Положив коэффициент поверхностного натяжения жидкости альвеол (= 50 дин/см, радиус альвеолы r равным 5*10-3см, ученый получил величину давления, необходимого для поддержания альвеолы в расправленном состоянии 20 000 дин/см2 .

Этот курьезный вывод никто всерьез не принимал, пока этим вопросом не заинтересовался англичанин Пэтл. Он обратил внимание на то, что пузыри пены, выступающие на губах людей, например, эпилептиков во время припадка эпилепсии, сохраняются долгое время, намного дольше обычных мыльных пузырей. Исследуя эту жидкость, Пэтл пришел к выводу, что в альвеоальной жидкости содержатся поверхностно активные вещества. Эти вещества - сурфактанты - понижают поверхностное натяжение в несколько раз. Именно они сильно понижают противодействующее дыханию лаплассово давление, позволяют сосуществовать в структкре лгких пурькам различного диаметра. Все альвеолы, к тому же, соообщаются между собой, вследствие чего в них поддерживается одно давление. Если бы не сурфактанты, то вследствие лаплассового давления маленькие альвеолы стремились бы еще больше уменьшить свои размеры, а большие вследствие этого непомерно бы раздулись.

Эксперименты показали, что сурфактанты уменьшают поверхностное натяжение при уменьшении поверхности пузыря.
Эти исследования позволили иначе взглянуть на такое явление, как трудность первого вдоха у новорожденного младенца. Повинным в этом оказался недостаток сурфактанта. Предусмотрительное введение этих веществ в организм матери еще до рождения ребенка позволяет справиться с этой трудностью.

Существует и ещё одна физиологическая подробность.
Как при такой вязкости, какая свойственна крови, сердцу удается прогнать ее по всем, даже по самым мелким капиллярам? Ведь сопротивление движению жидкости обратно пропорционально четвертой степени радиуса трубы, по которой она протекает, а вязкость крови сопоставима с вязкостью глицерина.

Еще в 1661 году Марчелло Мальпиги, а спустя некоторое время и Антони Левенгук обнаружили в живой ткани микроскопические капилляры, а затем красные кровяные тельца, которые так и были названы по-гречески - эритроциты - "красные клетки". Они-то и составляют основной объем клеток, содержащихся в крови, и придают ей красный цвет. Кровь, таким образом, является суспензией, где ее клетки составляют почти половину объема, что является показателем гематокрита или гематокритом. Для человека эта объемная норма равна 45.5%.

Течение суспензий не может быть удовлетворительно описано методами обычной гидродинамики. Будь упомянутые клетки твердыми частицами таких же размеров, вязкость крови возросла бы в 500 раз.
Но удивительным является то, что кровь течет; и при указанном гематокрите ее вязкость лишь втрое превышает вязкость воды, а при гематокрите 85% она лишь в 50 раз превышает вязкость воды.

Красные кровяные тельца в обычном состоянии имеют вид двояковогнутой линзы, то есть, представляют собой диск диаметром в 8 микрон, вогнутый с обеих сторон в середине. Максимальная толщина диска - 4, минимальная - 2 микрона. Внутри оболочки эритроцита находится его жидкое содержимое - цитоплазма. Ядра у эритроцита нет.

Это строение клетки позволяет ей по мере надобности менять свою форму в процессе движения. Особенно при движении в узких капиллярах, диаметр которых меньше диаметра эритроцита. Здесь она принимает обтекаемую форму пули и движутся согласованно, друг за другом.

В обычных кровеносных сосудах движение эритроцитов опережает движение крови в целом. Это происходит вследствие того, что эритроциты при движении крови концентрируются в центральной, наиболее быстрой части канала.

Живет эритроцит только 4 месяца, после чего погибает, и печень и селезенка изымают их из кровообращения. Стареющий эритроцит не способен пластично менять свой объем, как это делают молодые или зрелые, поэтому с возрастом попадание старых клеток в узкие каналы становится все менее вероятным. Погибающие клетки током крови относятся к селезенке - "кладбищу эритроцитов".

Мембрана эритроцита очень прочна и пластична; она способна как бы переливаться, приобретая ту или иную форму. Таким образом, клетка оказывается псевдожидкой, что при ее движении не оказывает сильного сопротивления движению.
Так как при нормальном движении крови скорость движения максимальна в центре и практически нулевая у стенок, то разные части диска эритроцита оказываются под действием слоев, движущихся с разными скоростями, то эритроцит начинает катиться. Но движется эритроцит не как колесо, а как гусеница трактора.

Таким образом, текучая мембрана практически не создает гидродинамического сопротивления, и кровь имеет гораздо более низкую вязкость, чем следовало бы ожидать, будь эритроцит твердым или эластичным.

Исследования показали, что красные и белые кровяные тельца и другие элементы крови несут на своей поверхности отрицательный электрический заряд. И на внутренней поверхности кровеносного сосуда образуется заряд такого же знака. Таким образом, частички крови и ее элементов не соприкасаются со стенками сосудов.

В случае если сосуд нарушается, как в этом месте заряд меняется на противопложный, и отрицательно заряженные частицы крови немедленно оседают на этом месте и закупоривают дырку. Более того, создающаяся разность потенциалов приводит к коагуляции коллоидных частиц, что процес заживления еще больше ускоряет.

В дополнение к сказанному следует отметить, что в последнее время установлена еще одна подробность движения крови. Оказалось, она движется не прямым потоком, как до этого считалось, а ее частицы в процессе движения имеют спиральные траектории, то есть, ее поток закручивается. Этот поток, как считают авторы этого открытия др м.н. В.Захаров и академик РАМН В. Шумаков, не позволяет частицам крови слипаться и предотвращает образование тромбов. Установлено также, что потоки в большом и малом кругах кровообращения вращаются в разные стороны.

Но оказалось что у человека кроме обычного сердца существует ещё и сердце лимфатическое.
Лимфатическая система представляет собой совокупность капилляров и других сосудов, собирающих лимфу из тканей и органов и отводящих её в венозную систему. Эта система возвращает в кровеносную систему жидкость, которая фильтруется из кровеносных капилляров, в ткани, передаёт питательные вещества, всасываемые в кишечнике и играет защитную роль для организма.

Давно было известно, что в грудной полости имеется тонкостенный сосуд - грудной проток, к которому отовсюду стекается лимфа. Считалось что этот орган служит только лимфатическим коллектором. Поступающая сюда лимфа передаётся дальше в вены под действием сокращения дыхательных мышц и сердечной деятельности.

Но оказалось, что грудной проток является органом, активно действующим, постоянно пульсирующим; деятельность его вполне может быть уподоблена деятельности сердца.
Лимфатическое сердце" представляет собой длинную трубку, разделённую двадцатью клапанами на сегменты; оно простирается вдоль позвоночника и постоянно работает независимо от дыхания или сердечной деятельности. Ежедневно этот орган перекачивает 5-6 литров жидкости.

Источник: Ufolog.ru


Интересные материалы: