Все дыхательные гимнастики. Для здоровья тех, кому за… - [13]

О солидных (в размерах целостного организма) масштабах этого процесса говорят весьма солидные цифры:

• митохондрии взрослого человека среднего роста и веса «перекачивают» через свои мембраны около 500 г ионов водорода в день, образуя протонный потенциал;

• за это же время в митохондриях производится около 40 кг (!) АТФ и такое же его количество утилизируется обратно в АДФ;

Сразу «бросающаяся в глаза» важность функции накопления «энергоносителей» и связанных с ней процессов формирует ошибочное представление, что роль дыхания в жизнедеятельности клетки исчерпывается участием кислорода в образовании АТФ. Однако существуют и другие функции клеточного дыхания. Наиболее очевидный пример – образование тепла в целях терморегуляции.

Чтобы жить, надо жить в тепле

Практически вся энергия, которую производят клетки, в конечном итоге превращается в тепло. Расщепляются синтезированные ранее вещества, кровь нагревается за счет трения о стенки кровеносных сосудов, тепло образуется и в результате протекания внутриклеточных процессов, сопряженных с расходом АТФ. Для сравнения, на совершение мышечной работы уходит всего около 20 % вырабатываемой организмом энергии, а все остальное ее количество – это «энергия тепла». Поэтому чтобы, например, согреться на холоде, организму, в принципе, не нужно подключать процессы дыхания. Иногда согревание так и происходит: дрожь на сильном морозе не что иное как мышечные сокращения, помогающие расщепить АТФ посредством актомиозина. Никакой полезной работы при этом не совершается, и вся энергия дыхания превращается в тепло. Однако такой способ вырабатывания тепла вряд ли можно назвать оптимальным, поскольку не достигается глобальная цель терморегуляции – вывести биологические процессы из зависимости от температуры окружающей среды.

...

Практически вся энергия, которую производят клетки, в конечном итоге превращается в тепло.

Неудивительно, что при адаптации к холоду у животных и человека дрожь постепенно исчезает, тепло начинает вырабатываться каким-то другим способом, при котором дыхание по-прежнему активировано, но мышечных сокращений не происходит.

Итак, рассмотрев энергетические функции дыхания, мы узнали о том, что энергия накапливается в форме протонного потенциала и АТФ или расходуется на выработку тепла. Мы убедились в альтернативности энергозапасающей и тепловыделяющей функций дыхания, которое образует либо АТФ, либо тепло. Обратите внимание на то, что речь идет опять-таки не о «прямом противопоставлении». Эти функции представляют собой две чаши одних весов, находящихся у живых организмов в состоянии неустойчивого равновесия. В таком же состоянии неустойчивого равновесия находится и процесс превращения АТФ в АДФ, а также процесс транспорта CO2 и O2 – направление процесса четко связано с концентрациями газов, т. е. против естественной разницы потенциалов идти не будет.

Теперь нам предстоит уже в более краткой и простой форме познакомиться с двумя другими функциями дыхания, отвечающими за «превращение» (синтез) веществ, а не выработку энергии.

Клетка делает себя сама

Метаболические процессы, жизненно необходимые для клетки, сопровождаются поглощением кислорода. При этом в итоге образуются те или иные полезные соединения. Поставленная задача (получение необходимых веществ) решается посредством сложной цепи реакций, часть из которых происходит в митохондриях. Когда речь идет о крупномасштабных превращениях веществ, например образовании углеводов из жиров, возникает закономерный вопрос о доступности необходимых запасов АТФ как «энергетической валюты». Этот процесс требует потребления большого количества кислорода, поскольку сахара содержат больше атомов кислорода, чем жир.

Убери за собой!

В процессе синтеза новых веществ и их распада внутри клетки образуются «остатки» (токсины), которые не могут быть использованы клеткой в дальнейшем. Многие из таких остатков сами по себе опасны для клетки, при повышении их концентрации клетка может даже погибнуть.

Удалению из организма токсических соединений обычно предшествует их окисление кислородом, в результате чего образуются продукты, которые лучше растворяются в воде и потому могут быть быстрее выведены из организма через почки. Кислород доставляется, как мы уже разобрались, с воздухом, который мы вдыхаем.

Дыхание также участвует в «уборке» молочной кислоты – конечного продукта бескислородного (анаэробного) метаболизма. При тяжелой и продолжительной физической работе в мышцах заканчивается запас кислорода, единственным механизмом энергообеспечения становится анаэробный распад углеводов (гликолиз), завершающийся образованием молочной кислоты. Закисление межклеточной жидкости и клеточной цитоплазмы из-за накопления кислоты грозит распадом клеточных белков и массовой гибелью клеток, поэтому возникает проблема скорейшего удаления молочной кислоты после того, как работа уже выполнена. Это особенно существенно для клеток мышцы, которая находится в состоянии покоя, когда энергозатраты резко снижены (по сравнению с состоянием физической работы).

Кроме того, как это ни парадоксально, но одним из самых токсических продуктов, с которым сталкивается дышащая клетка, является сам кислород.