Но как сохранить неизменным состав крови и тканевой жидкости, если продукты питания, попадающие в организм, резко отличаются по своему строению от тех веществ, которые входят в состав органов и тканей животного? Попав в общий кровоток, даже после переваривания в пищеварительном тракте, эти продукты резко изменяют состав крови и могут вызвать тяжелые заболевания животного. Очевидно, в организме в процессе эволюции должны были выработаться особые приспособления для химической переработки продуктов, поступивших извне, в вещества, характерные по своему строению для данного животного. Опыты с удалением печени или выключением ее из венозного кровотока брюшной полости наглядно показали, что именно печень и является одним из таких защитных приспособлений, своеобразным барьером, который лежит между желудочно-кишечным трактом и общим кругом кровообращения.
Во время пищеварения резко увеличивается образование и выделение желчи. Особенно усиливается этот процесс, когда в желудок и кишечник поступают жиры.
1 — печень, 2 —желчный пузырь, 3 — желудок, 4 — жиры
Еще в начале прошлого века было известно, что, исследуя состав крови, притекающей к органу и оттекающей от него, можно судить о процессах обмена веществ, совершающихся в самом органе. Если, например, кровь приносит к органу больше сахара, чем уносит, значит, клетки органа какую-то часть сахара задержали. То же относится к белкам, жирам и прочим необходимым для жизни веществам.
Но как исследовать обмен веществ в печени, если она упрятана в глубине брюшной полости и снабжающие ее кровеносные сосуды прикрыты кожей, подкожной клетчаткой, мышцами, брюшиной, сальником? В середине прошлого века знаменитый французский ученый Клод Бернар изучал деятельность печени, вырезав ее из организма. Это позволило ему выявить ряд очень интересных закономерностей. Но этот метод не мог, разумеется, заменить изучение биохимических процессов, протекающих в естественных условиях в печени живого организма.
После долгих лет упорного и «ропотливого труда советский ученый Е. С. Лондон разработал простой способ изучения роли печени в обмене веществ. Он подшивал к венам различных органов, в том числе и печени, тонкие трубки из нержавеющих металлов, через которые при помощи длинной иглы можно было легко насасывать кровь. Этот способ позволил изучить роль печени в обмене углеводов, жиров, белков и других веществ. Впоследствии Е. С. Лондон ввел в практику физиологического эксперимента такую трубку, через которую можно было вырезать маленькие кусочки ткани органа для изучения их химического состава.
Все эти экспериментальные исследования, произведенные на животных, а также наблюдения над больными людьми показали, что печень прямо или косвенно участвует во всех процессах обмена веществ, протекающих в организме.
Прежде всего исследователи обратили внимание на участие печени в углеводном обмене. Углеводы имеют огромное значение для жизни организма. Они содержатся главным образом в пище растительного происхождения. Из хлеба, картофеля, различных круп организм человека усваивает основной углевод — крахмал. В процессе пищеварения крахмал расщепляется до простого сахара— глюкозы, а она, пройдя слизистую оболочку кишечной стенки, проникает в кровь и через воротную вену попадает в печень. Сравнивая содержание глюкозы в крови, притекающей к печени и оттекающей от нее, ученые установили, что часть глюкозы задерживают клетки печени, а остальная часть проходит печень и током крови разносится по всему телу. Глюкоза, оставшаяся в печени, превращается в сложное углеводное соединение — гликоген, который из-за сходства с крахмалом называют «животным крахмалом». Гликоген задерживается в клетках печени в виде нерастворимых блестящих микроскопических глыбой. Но печень задерживает глюкозу лишь в том случае, когда содержание глюкозы, поступившей в кровь из кишечника, превышает десятую долю процента. В противном случае концентрация глюкозы в крови, протекающей через печень, не меняется.
Глюкоза — топливо животного организма. Без нее не может работать ни один орган. Некоторые органы используют ее непосредственно как источник энергии. Тогда она сгорает до углекислого газа и воды. Так происходит, например, в мозгу. Другие органы вначале превращают глюкозу в гликоген, а уж последний используют как источник энергии. Это относится главным образом к мышцам. В деятельном состоянии они потребляют в 3–4 раза больше сахара, чем в состоянии покоя. Каким же образом покрываются потери сахара во время работы?
Концентрация сахара в крови — величина довольно постоянная, снижение сахара в крови до половины нормы вызывает судороги и действует на организм губительно. Можно ли представить себе, что убыль сахара в крови непрерывно пополняется глюкозой, поступающей из кишечника? Конечно, нет. Ведь между приемами пищи бывают большие перерывы, а даже при длительном голодании содержание сахара в крови все же остается на одном и том же уровне.
В сохранении постоянного уровня сахара в крови, то есть в равномерном обеспечении всех органов топливом, главную роль играет печень. Если в организм поступает много сахара, излишек его откладывается в печени в виде гликогена. Это как бы резервный склад топлива. Как только органы и ткани начинают испытывать потребность в сахаре, гликоген печени превращается в глюкозу, которая поступает в кровь. Запасы гликогена в печени достигают 150 граммов. При голодании и мышечной работе эти запасы уменьшаются. Исследования показывают, что кровь, оттекающая от печени голодающих животных, содержит больше сахара, чем притекающая к ней.
Однако подсчет говорит за то, что запасов гликогена в печени может хватить только на два-три часа интенсивной работы. Стало быть, у организма имеются какие-то другие возможности пополнять запасы сахара, и он получает его не только из углеводов, поступающих с пищей, но также из каких-то других источников. Действительно, такое предположение оправдалось. Оказалось, что молочная кислота, в которую переходит гликоген во время мышечной работы, с током крови переносится в печень и здесь из нее путем сложных химических превращений вновь восстанавливается гликоген. Более того, печень способна вырабатывать сахар не только из углеводов, но и из жиров и белков. При помощи этих сложных превращений печень фактически сохраняет в крови определенный уровень сахара и тем самым поддерживает и регулирует деятельность почти всех органов нашего тела.
Не менее важное участие принимает печень в белковом обмене. Белки — главный строительный материал организма. В течение жизни большая часть клеток нашего тела успевает полностью смениться не один раз. А так как основные структурные элементы органов построены из белков, то белки совершенно необходимы для поддержания жизни.
В пищеварительном канале белки, поступающие с пищей, расщепляются до простых частиц — аминокислот. В тканях организма аминокислоты вновь соединяются в белковые молекулы. Но этот белок отличается от того, который получен организмом из пищи. Именно в печени и совершаются сложнейшие превращения аминокислот, причем перерабатываются не только вещества, поступившие из кишечника, но и продукты белкового распада тканей и органов тела, попавшие в кровяное русло. Резервные белки накапливаются в печени так же, как и гликоген, и расходуются при повышенной потребности в них организма. Те белки, которые не идут на построение тканей и не откладываются как резерв, тоже перерабатываются печенью.
Пройдя ряд многообразных биохимических реакций, такие белки превращаются в глюкозу и используются как источник энергии. При этом от аминокислот отщепляется аммиак, в больших количествах ядовитый для организма. Печень его обезвреживает: он превращается в безвредное соединение — мочевину, которая выводится из организма почками. Под влиянием гнилостных бактерий, населяющих кишечник, некоторые аминокислоты образуют ядовитые вещества. Они тоже задерживаются и обезвреживаются печенью.