исследование). Взятые образцы подвергаются разным манипуляциям: обычному или более сложному иммунному окрашиванию, которое выделяет тот или иной элемент клетки. Рассмотреть его подробно помогают микроскопы. Эти приборы бывают разной сложности: например, простой оптический микроскоп (мы все использовали такой на уроках биологии), конфокальный[17] или сложнейший электронный. Выбор прибора зависит от задач биолога.

Микроскоп дает хорошее изображение трех основных типов клеток крови (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты) — и гематологи могут исследовать как размер клетки, так и ядро или окружающую его цитоплазму, они изучают зернистость, контуры, относительные размеры компонентов. Полученные результаты позволяют отличить здоровые клетки от больных и определить стадии их созревания. Гематологи также выявляют относительное количество жира в клетках, отслеживают возможные появления чужеродных клеток (например, раковых) и микроорганизмов (в частности, паразитов) — все то, чего не должно быть в кроветворной ткани. Словом, исследование костного мозга — целое морфологическое путешествие.

В арсенале гематолога есть методы, которые позволяют анализировать клетки по специальным меткам, нанесенным на их поверхность. Один из таких методов называется проточной цитометрией[18]. Он, кроме прочего, позволяет детально изучить содержание белков или экспрессию генов[19] в отдельно взятых клетках. Благодаря средствам молекулярной биологии можно подробно анализировать хромосомы, гены и их варианты в здоровых и больных клетках. Такие молекулярные методы исследования позволяют очень точно ставить диагнозы.

Маршруты кровяных клеток

Как клетки выходят в кровь? В костном мозге они находятся под присмотром особых молекул, они-то и позволяют им выйти, когда приходит время. Попав в кровь, клетки оказываются в разветвленной сети дорог, ведущих к месту их назначения — к той или иной ткани. Кровь циркулирует по сотням километров сосудов, выстланных эндотелием — пластом специальных клеток, которые не позволяют ей свертываться, и нагнетается огромным насосом — сердцем. Оно бьется с частотой в среднем 1,16 удара в секунду: у взрослого это примерно 100 ударов в минуту, то есть более 100 тысяч в день и 36,8 миллиона в год. Получается, что когда человеку исполняется восемьдесят лет, его сердце успевает сделать около трех миллиардов ударов.

Кровь циркулирует непрерывно, сердце ритмично с большой силой выталкивает ее в артериальную систему: ее средняя скорость в аорте человека составляет 50 см/с (70 см/с рядом с сердцем и 20 см/с на отдаленных от него участках). Из аорты кровь, проходя множество перекрестков, направляется в другие крупные артерии, затем в артерии поменьше, потом в артериолы и, наконец, в капилляры. Чтобы пробираться во все более тонкие сосуды, она постепенно замедляется — и в капиллярах ее скорость не превышает 0,5 мм/с.

Кровь продвигается толчками, образуя на своем пути волны. Исследование пульса человека — целое искусство, особое место его изучению отводится в китайской медицине. Восточная медицина тысячи лет при диагностике заболеваний обращает внимание на вид пульса, западная же фокусируется в основном на его частоте — количестве ударов в минуту. Восточный целитель умело распознает совокупность сложных параметров пульсовой волны. Это непростое умение передается от учителя к ученику, и даже сегодня многоопытные аюрведические лекари говорят, что его тонкости они постигали десятки лет.

Для западных медиков скачкообразный пульс свидетельствует о болезнях сердца, например о недостаточности аортального клапана[20], по слабому же пульсу можно предположить стеноз этого клапана, другими словами — его сужение.

Эритроциты деформируются, чтобы протиснуться по лабиринту капилляров и выполнить свою задачу — доставить туда кислород. Потом красные кровяные клетки оказываются в венулах, затем проходят по венам, попадают в большие полые вены и по ним возвращаются в сердце, которое отправляет их в легкие, там они избавляются от углекислого газа и насыщаются кислородом. И начинается новый цикл.

Кровь проходит через почки — очистные станции. Они избавляют ее от токсинов, жиров, патогенных антител и т. д. Если почка перестает работать, пациенту может помочь диализ. Существует несколько его разновидностей, самые известные — автоматизированный и ручной перитонеальные диализы. Но применяются и другие, более сложные методы: пациента трубками подключают к аппарату, который фильтрует кровь вне организма, искусственные мембраны удаляют из кровотока нежелательные вещества, такие как токсины и излишки лекарственных средств.

История эволюции

Наверняка вы уже убедились, дочитав до этой главы, что кровообращение — это чудо природы, его механизм гораздо сложнее, изощреннее двигателя болида Формулы-1. Много ли этапов эволюции претерпела система кровообращения, прежде чем достигнуть такого совершенства? У простейших живых организмов, состоящих всего из одной клетки, их так и называют одноклеточными, насыщение кислородом и клеточное питание — основные функции. Вода и простые вещества попадают в них через клеточную стенку. Казалось бы, ничего мудреного, но в природе нет ничего простого. И даже такой механизм сложен.

Еще хитроумнее эти процессы устроены у организмов с несколькими клетками (у многоклеточных): им оказалось недостаточно такой системы поглощения, и природе пришлось выдумать, как обеспечить обмен веществ, или метаболизм, а также газообмен и выделение продуктов жизнедеятельности. У первых метазоа, или многоклеточных, была развита не внутренняя, а внешняя циркуляция жидкостей. Внутрь организма она переместилась в ходе эволюции{2}. Беспозвоночные оказались первыми, у кого сокращение мышц стало обеспечивать внутреннюю циркуляцию, а дыхательные пигменты[21] — связывать кислород.

В результате у многоклеточных появилась гемолимфа — своего рода кровь, жидкость, до сих пор циркулирующая в организмах насекомых. Ее движение обеспечивается рядом сократительных элементов. У рыб и личинок земноводных обогащенная кислородом кровь проходит по органам и возвращается в жабры благодаря незамысловатому сердцу[22]: на этом цикл завершается, насыщенная кислородом кровь не смешивается с кровью, наполненной углекислым газом. Сухопутный образ жизни пресмыкающихся и земноводных заставил их обзавестись легкими, пока еще достаточно простыми, и двойным кровообращением: легочным и тканевым. Легкие насыщают кровь кислородом, возвращают ее в сердце, а оттуда она направляется к периферическим органам. Если вам случалось раздавить насекомого, вы наверняка замечали, что его кровь не красная[23]. Почему так? Наша кровь красная из-за железа, транспортером же кислорода в гемолимфе выступает медь, которая дает сине-зеленый цвет. В ракообразных циркулирует не красная, а сине-зеленая или синяя жидкость, например, такого цвета она у мечехвоста, которого еще называют крабом голубых кровей.

Кровь эмбриона человека

Первый крик новорожденного очень важен. Именно он показывает, что дыхательная система ребенка работает нормально. До этого легкие малыша были заполнены околоплодными водами, и он получал кислород через пуповину. Когда ее перерезают, начинается обратный отсчет. Теперь малыш должен самостоятельно сделать вдох и избавиться от накопившегося в крови углекислого газа. Ему не хватает жидкости, которая его питала, и в конце концов включается дыхательный рефлекс: легкие расправляются и наполняются воздухом.