21.1 Нормальный состав артериальной крови – одно из обязательных условий для создания оптимальной околоклеточной среды для любых клеток организма человека

В организме человека существует несколько процессов, которые в лабильных и стабильных тканях, а также в сердце непрерывно на протяжении всей его жизни участвуют в обновлении околоклеточной жидкости. Доставка нужных клеткам веществ и кислорода определяется составом крови и количеством жидкости, поступающей из артериальной части капилляров в зону расположения клеток. Обе составляющие регулируются на уровне целого организма посредством обеспечения постоянства состава артериальной крови и величины АД. Постоянство состава крови предполагает, что в ней есть все необходимые всем клеткам организма химические вещества в достаточном для всех клеток количестве. Понятно, что при отсутствии или дефиците в крови какого-то химического элемента или элементов, необходимых клетке, в ней неизбежно возникнут отклонения внутриклеточной среды от оптимального уровня. Эти отклонения неизбежно вызовут нарушения в качестве процессов самообновления клетки. В клетке появятся и будут накапливаться неблагоприятные изменения, т. е. начнется процесс старения клетки. Противодействовать отклонению внутриклеточной среды от оптимального уровня при отсутствии в клетке какого-то необходимого ей элемента геном клетки не может, так как этого элемента нет в околоклеточной жидкости. Это значит, что процессу старения клетки, вызванному отсутствием нужного ей элемента в околоклеточной среде, геном клетки препятствовать не может. Процессу отклонения околоклеточной среды от оптимального уровня в многоклеточном организме эволюция противодействует путем создания и совершенствования механизмов обеспечения постоянства определенных физических и химических характеристик артериальной крови и механизмов обеспечения клеток количеством крови, соответствующим их потребностям.

21.2. Клетки как важнейшие регуляторы классических путей доставки необходимых им веществ и удаления продуктов обмена клеток

Только клетка «знает», какие вещества, в каком количестве и при каких минимальных энергетических затратах с ее стороны она должна получать, чтобы обеспечить свое комфортное состояние, исключающее процесс ее старения. Все элементы клетки с той или иной скоростью постоянно обновляются. Это касается всех белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, в том числе ферментов и коферментов. Сам факт сохранения КМЦ на протяжении всей жизни человека позволяет утверждать, что все необходимые элементы для создания КМЦ и их дальнейшей жизни, а следовательно, для постоянного обновления всех их элементов, каждый КМЦ в организме получает, причем в необходимом ему количестве. Отсюда можно предположить, что на протяжении всей жизни человека кровь содержит все необходимые всем клеткам организма вещества в достаточном количестве, а все КМЦ на протяжении жизни человека имеют кровоснабжение, соответствующее их потребностям. Единственным источником всего, что нужно клетке, является артериальная кровь. Постоянное отсутствие или недостаток в артериальной крови какого-то вещества, необходимого тем или иным клеткам для их обновления, неизбежно вызовет «старение» этих клеток. Следовательно, наличие в долгосрочном режиме более или менее идеального состава артериальной крови – одно из обязательных условий для создания оптимальной околоклеточной среды. Необходимо, чтобы к клетке не только поступали все необходимые ей вещества, но они должны поступать в нужном клетке количестве. Состав артериальной крови – прерогатива всего организма. На него клетка влиять не может. Но она может влиять на интенсивность поступления жидкости из ближайших артериальных капилляров в свое околоклеточное пространство посредством изменения количества открытых капилляров. Если клетка будет изменять количество открытых капилляров на основании концентрации в крови того ее элемента, к дефициту которого она наиболее чувствительна, то клетка автоматически будет обеспечивать нужное ей количество всех остальных необходимых клетке веществ.

Считается, что обмен жидкостью и растворенными в ней веществами между кровью и клетками обеспечивается двумя процессами. Один из них – это двусторонняя диффузия, другой – это механизм фильтрации и реабсорбции. Он определяется соотношением гидростатического давления воды, создаваемого работой сердца (т. е. величиной АД), и онкотического давления, создаваемого белками плазмы. В начальной части капилляров гидростатическое давление крови превышает ее онкотическое давление. Это превышение обеспечивает фильтрацию воды из артериальной части капилляров во внеклеточное пространство. В крови венозной части капилляров гидростатическое давление крови оказывается ниже онкотического давления белков плазмы, и вода реабсорбируется назад из внеклеточного пространства обратно в кровь. Интенсивность поступления жидкости в околоклеточное пространство определяется в конечном счете величиной давления крови в артериальной части капилляров и количеством открытых капилляров. Из поступившей в околоклеточное пространство жидкости клетки получают необходимые им вещества и кислород и выделяют в нее продукты своего обмена веществ. Дальше жидкость продолжает двигаться в зоны более низкого давления, а именно в венозную часть кровеносных капилляров и в лимфатические капилляры.

Поступление жидкости в лимфатические сосуды обеспечивается ритмической пульсацией лимфатических сосудов и наличием в них клапанов, обеспечивающих движение жидкости только в одном направлении, а именно от периферии к центру. В создании разницы давлений жидкости, определяющей направление и скорость ее передвижения, участвует несколько сил. Систола сердца обеспечивает превышение в артериальной части капилляров гидростатического давления крови над ее онкотическим давлением и гидростатическим давлением жидкости в околоклеточном пространстве. В результате жидкость с растворенными в ней веществами поступает во внеклеточное пространство и из него – в клетки. В венозной части капилляров онкотическое давление крови превышает ее гидростатическое давление, и жидкость поступает из околоклеточного пространства обратно в капилляры.

Таким образом, доставка клеткам питательных веществ и кислорода в соответствии с их потребностями может регулироваться на уровне целого организма через изменение частоты и силы сокращений сердца и величины АД. Кроме того, в регуляции доставки клеткам питательных веществ и кислорода участвуют сами клетки, меняя количество открытых капилляров. Повышение уровня функциональной активности клеток любых органов и тканей сопровождается повышением величины АД и количества открытых в зоне повышенной активности капилляров. Соответственно, повышается величина гидростатического давления жидкости, поступающей в околоклеточное пространство, повышается величина давлений жидкости в нем вблизи артериальной части капилляров. Ток жидкости через межклеточные пространства увеличивается. Одновременно при повышении уровня функциональной активности органов и тканей возрастает интенсивность дыхания. При этом увеличивается степень понижения давления в венозных и лимфатических сосудах, вызывая ускорение оттока из околоклеточных пространств воды и растворенных в ней продуктов обмена. Эти механизмы доставки питательных веществ клеткам и удаления от них продуктов обмена распространяются на все клетки многоклеточного организма, действуют на протяжении всей жизни человека и являются основными механизмами доставки клеткам веществ из крови и удаления продуктов обмена клеток из околоклеточного пространства обратно в кровь.

21.3. Помповые механизмы, ускоряющие обновление околоклеточной среды каждой клетки организма

В организме наряду с основным общепризнанным механизмом обновления околоклеточной среды функционирует еще несколько вспомогательных. Некоторые из них обсуждаются в специальной литературе, другие рассматриваются в этой книге, возможно, впервые. Во всех этих вспомогательных механизмах организмом используется принцип, условно обозначенный мною как принцип помпы, а именно ритмическое повышение и понижение давления на жидкость, заполняющую околоклеточные пространства и на сами клетки. В результате при наличии клапанов в венах и в лимфатических сосудах, обеспечивающих ток жидкости только в одну сторону, а именно к сердцу, скорость тока жидкости из зон более высокого давления в зоны более низкого ускоряется. Соответственно, скорость тока околоклеточной жидкости увеличивается, возрастает скорость обновления околоклеточной среды и уменьшается концентрация продуктов обмена клеток в околоклеточном пространстве и в клетках. Одним из таких дополнительных механизмов, способствующих ускорению тока жидкости, омывающей клетки, является присасывающее действие сердца в период диастолы. Чем реже частота сокращений сердца, тем продолжительность диастолы больше, степень растяжения камер сердца больше и интенсивность присасывающего действия сердца больше. Это значит, что в период диастолы сердце продолжает содействовать движению крови в основном по венозным сосудам. В отличие от периода систолы, в диастолу сердце способствует движению крови без каких-либо энергетических затрат со стороны КМЦ. Соответственно, чем меньше частота сокращений сердца и, следовательно, длительнее диастола, тем больший дополнительный вклад вносит сердце в отток крови по венам от тканей и в обновление околоклеточной среды. Увеличение скорости обновления околоклеточной среды способствует оптимизации внутриклеточной среды КМЦ и противодействует их старению.

Все органы и ткани пронизаны густой сетью артериальных сосудов. При каждой систоле сердца давление крови во всех артериях повышается, артерии расширяются, увеличивая давление на все окружающие артерии клетки и на весь массив жидкости, окружающей все клетки организма. В результате вода с растворенными в ней веществами выжимается из зон более высокого давления в зоны с более низким давлением – в венозную часть капилляров и в лимфатические сосуды. В период диастолы и снижения АД артерии, обладая выраженными эластическими свойствами, сужаются. Давление, оказываемое ими на окружающие клетки и околоклеточную жидкость, в период диастолы уменьшается, и жидкость усиленно поступает в околоклеточное пространство из артериальной части капилляров. Ее обратному движению препятствуют клапаны, а также более высокое онкотическое и более низкое гидростатическое давление крови в венозных капиллярах по сравнению с давлением жидкости в околоклеточном пространстве. Таким образом, пульсовые колебания давления в артериях должны вызывать ритмические колебания давления внутри прилежащих клеток и в окружающей их жидкости. Эти колебания давления должны способствовать перемешиванию состава околоклеточной среды, ускорять удаление продуктов обмена клеток от их поверхности, противодействовать накоплению продуктов обмена и улучшать доставку к клеткам необходимых ей веществ, т. е. должны способствовать оптимизации для клеток состава околоклеточной среды. Чем реже частота сокращений сердца, тем больше величина пульсового давления, измеряемого разницей между систолической и диастолической величиной артериального давления, тем более интенсивному сжатию и растяжению подвергаются все клетки и межклеточные пространства, противодействуя старению клеток. Амплитуда пульсаций артерий определяется также тонусом гладких мышц стенок артерий и жесткостью их соединительнотканного каркаса. Чем они ниже, тем при одной и той же величине пульсового давления амплитуда пульсаций артерий больше и их вклад в обновление состава околоклеточной жидкости больше.

Перечисленные помповые механизмы, способствующие обновлению околоклеточной среды и, следовательно, противодействующие старению организма, работают с более или менее постоянной интенсивностью на протяжении всей жизни человека – как в период роста его тела, т. е. когда старение отсутствует, так и в последующей жизни. Следовательно, эти помповые механизмы к возникновению и прогрессированию старения вряд ли имеют какое-либо отношение. Однако, даже если бы они могли ускорять или замедлять старение, человек не может по своей воле менять их интенсивность и через них произвольно менять скорость своего старения.

Вместе с тем существуют еще два помповых механизма, имеющих принципиальную особенность. Она заключается в том, что человек может по своему желанию в широчайшем диапазоне менять их интенсивность и, соответственно, менять скорость обновления среды, окружающей клетки организма. Речь идет о дыхании и ритмической сократительной активности скелетных мышц. Пока человек растет, использование этих механизмов для противодействия старению существенного значения не имеет, так как базовые механизмы обновления околоклеточной среды обеспечивают удержание ее состава на постоянном уровне, исключая прогрессирующее накопление в околоклеточной среде продуктов жизнедеятельности клеток. Однако в последующей после остановки роста тела жизни человека базовых механизмов обновления околоклеточной среды становится недостаточно, и в ней начинают накапливаться продукты жизнедеятельности клеток и менять в неблагоприятном для клеток направлении их внутриклеточную среду. Скорость процесса старения ДК лабильных и стабильных тканей начинает постепенно увеличиваться. Именно теперь, после остановки роста тела, дыхание и ритмическая сократительная активность скелетных мышц приобретают решающее значение как способы, с помощью которых человек может существенно замедлить или остановить свое старение. Подробный анализ того, каким образом дыхание и ритмические сокращения скелетных мышц противодействуют старению, будет представлен в дальнейшем изложении. В то же время в организме человека на протяжении всей его жизни ритмически сокращаются и расслабляются поперечно-полосатые мышцы, аналогичные скелетным. Этими мышцами являются сердце и диафрагма.