Итак, кислород совершает свой путь от легких к тканям, оседлав гемоглобин, а затем пересаживается на другой гемсодержащий белок — миоглобин. Дальнейшее путешествие кислорода тесно связано с еще одним семейством гемсодержащих белков — цитохромами. Но если гемоглобин и миоглобин участвуют в транспорте кислорода, то цитохромы служат переносчиками электронов в мембранах митохондрий — частиц еще более мелких, чем клетки.
Процессы электронного транспорта играют ключевую роль в обеспечении живых организмов энергией. Кислород — превосходный окислитель. Но если горение протекает с бурным выделением энергии в виде тепла, то в живых организмах окислительные свойства кислорода используются иначе. До горения тут дело не доходит, потому что окислитель и горючее не приходят в непосредственный контакт. Тем не менее окислительно-восстановительный процесс все-таки идет, заключается он в переносе электронов от продуктов превращения пищи (субстратов) к молекулярному кислороду, однако по дороге каждый электрон вынужден побывать на множестве молекул, образующих так называемую дыхательную цепь. При этом та энергия, которая выделилась бы при обычном горении в виде тепла, в особых органах клетки — ее энергетических станциях— митохондриях частично превращается в энергию химических связей молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Молекулы АТФ затем используются в качестве источника энергии в других биохимических процессах.
Последний перед кислородом участок дыхательной цепи как раз и включает несколько гемсодержащих белков, объединяемых под общим названием цитохромов.
Интересно, как природа расставляет на всех ключевых участках транспорта кислорода железные верстовые столбы. Мало того, на опасных участках этого пути стоят железные часовые.
Процесс окисления с помощью цитохромов дает побочный продукт, в больших концентрациях губительный для всего живого,— перекись водорода. Вспомним, что раствор этого вещества применяют, например, при дезинфекции ран. Будучи сильным окислителем, перекись водорода может вызвать, в частности, распад эритроцитов. Совершенно ясно, что организм нуждается в защите от столь опасного агента. Главный защитник — известный фермент каталаза. Ее молекула состоит из четырех субъединиц (наподобие гемоглобина), каждая из которых содержит гем, связанный с белковой цепью. Таким образом, и здесь работают четыре атома железа.
Вот так и функционирует железная цепь нашего тела. Вы читаете эти строки, а по вашим сосудам мчатся триллионы красных «летающих тарелочек» с торчащими во все стороны, как у ежика, железными иглами, на которых наколоты кислородные молекулы. Они несут клеткам «эликсир жизни». Его примет в свои объятий запасливый миоглобин. Во всех тканях цито-хромы будут целиться из своих железных гем-пушек, чтобы выстрелить в молекулу кислорода четырьмя электронами, добытыми клеткой из съеденной ее хозяином пищи. И каждый такой «тихий» выстрел принесет организму 36 новых молекул АТФ, химических аккумуляторов энергии, без которой клетке и человеку так трудно жить.
Почему же Виктор Петрович Семенцов, которого нелепый случай закупорил в железной душегубке, поступил в реанимацию в таком тяжелом состоянии? Потому что угарный газ — один из Главных врагов гемов — заблокировал их железные антенны, и реаниматологу понадобится много усилий, чтобы вернуть им способность схватывать и отдавать кислород.
Захватчики гемов
Виктор Петрович еще возился со своим карбюратором в закрытом гараже, а первые порции угарного газа СО уже поступали в его легкие, а потом и в кровь.
Профессор А. М. Чарный в своем классическом руководстве «Патофизиология гипоксических состояний» пишет: «Возникновение кислородной недостаточности организма при отравлении СО, т. е. окисью углерода, объясняется свойством гемоглобина вступать с этим газом хоть и в обратимое, но очень стойкое соединение, получившее название карбоксигемоглобина. Окись углерода связывается с тем же элементом в молекуле гемоглобина, что и кислород — с железом. Однако «сродство» гемоглобина человека к СО приблизительно в 360 раз выше, чем к кислороду. Известно, что даже небольшие концентрации окиси углерода могут вытеснять кислород из оксигемоглобина, а наличие 0,1 % СО во вдыхаемом воздухе может превратить 50 % гемоглобина в карбоксигемоглобин».
Один из основателей физиологии дыхания Холден ставил опыты с угарным газом на себе. При этом он выяснил, что, пока содержание карбоксигемоглобина в крови не превышает 20 %, признаков отравления нет. При 30 % появляются сердцебиение, головокружение и снижение зрения, при 40—50 % — помрачение сознания.
Как свидетельствует опыт токсикологов, 60—70 % карбоксигемоглобина—уровень практически смертельный.
Захватчик оккупирует железные атомы гемов и очень прочно удерживает свои позиции: если вынести отравленного из загазованной атмосферы на воздух, то гемам удается освободиться от молекул угарного газа только через 7 часов.
Что же происходит в организме, наполненном карбоксигемоглобином?
Прежде всего падает количество кислорода в артериальной крови, хотя здоровые легкие да и весь аппарат дыхания стараются вовсю. Но транспортные баржи — гемоглобиновые молекулы — на 30—50—70 % загружены не «эликсиром жизни», а окисью углерода. А потому кислородный душ, который в норме орошает ткани, резко уменьшается. Организм не смиряется — он борется с кислородным голодом. Включаются аварийные механизмы компенсации — если в крови мало кислорода, нужно увеличить поток крови.
Если кровь обеднела кислородом наполовину, значит, нужно увеличить количество ее, проходящее через ткани, в 2 раза — тогда кислородный душ будет почти нормальным. Для этого надо мобилизовать все резервы крови из запасников, и прежде всего из селезенки, где всегда готова к старту аварийная команда эритроцитов. Но главное — надо усилить работу сердечного насоса: если в норме сердце прогоняет через ткани 5 литров крови в минуту, то при захвате половины гемоглобина угарным газом ему придется вдвое увеличить выброс ее в аорту. У такого больного пульс учащается до 140—150 ударов в минуту. Врачи говорят: появилась резкая тахикардия. Сердце работает в крайнем напряжении и в очень не выгодном для себя режиме. Дело в том, что коронарные сосуды, снабжающие кислородом мышцу самого сердца, во время систолы (сжатия) кровь не пропускают. Снабжение мышцы кровью и глюкозой происходит только при сердечном расслаблении (диастоле). При учащении сердцебиений количество необходимой сердцу энергии, а следовательно, и кислорода должно возрасти в 2 раза. Но при этом (очередной парадокс реанимационных состояний) перерывы между систолами сокращаются наполовину, а следовательно, и коронарный кровоток и кислородоток уменьшаются вдвое. Больное сердце долго подобного режима выдержать не может, да и не каждое здоровое сердце в состоянии вытянуть такую нагрузку при плохом питании. Если гемы заняты угарным газом достаточно долго, сердце начинает сдавать: кровоток через ткани падает, без «эликсира жизни» начинается энергетический голод клеток. Само собой понятно, что, чем больше уровень карбоксигемоглобина (60—70 %), тем меньше шансов скомпенсировать недостаток кислорода в артериальной крови увеличением сердечного выброса.
Положение усугубляется еще и тем, что угарный газ не только захватывает 50—70 % атомов железа в гемах крови, но и «развращает» оставшиеся 50—30 °/о непокоренного гемоглобина: он делает его жадным — теперь тот с трудом отдает кислород тканям.
Но этого мало: молекулы окиси углерода вцепляются не только в гемы крови, но оккупируют также порфириновые кольца миоглобина. Кислородное голодание мышц нарастает еще и по этой причине.
— Борис Михалыч! — подходит встревоженная медсестра.— Я сняла пленку, а тут вроде инфаркт... Откуда — не пойму: такой молодой, и вдруг инфаркт... Мало ему отравления?
Реаниматолог смотрит пленку электрокардиограммы — картина действительно напоминает ту, что бывает при закупорке коронарного сосуда и инфаркте (омертвении) переднебоковой стенки левого желудочка.