Тело человека: строение и функции

Концентрация ионов кальция в крови хорошо контролируется организмом и не склонна к снижению. Гораздо чаще опасность угрожает извне. Существуют бактерии, называемые Clostridium tetani (по-гречески «веретенообразные»), которые широко распространены и могут попасть в организм через любую рану. Они выделяют токсин (все ядовитое можно назвать «токсин» — от греческого слова «стрела» — из-за старинного обычая отравлять кончики стрел), который, в свою очередь, вызывает тетанию мышц обычно со смертельным исходом. Болезнь называется столбняк или, наглядно и довольно отталкивающе, тризм (спазм жевательных мышц), потому что самыми первыми поражаются мышцы челюстей, которые сокращаются и как бы «захлопывают рот на замок».

Столбняк когда-то представлял собой одну из наиболее смертоносных опасностей, сопровождающих раны, на которые в противном случае никто не обратил бы внимания. К счастью, оказалось возможным обработать столбнячный токсин химическим способом так, что он слегка видоизменился и стал вырабатывать анатоксин, или токсоид (обезвреженный бактериальный токсин). Этот токсоид не будет вызывать столбняк, а подтолкнет организм к выработке веществ (антител), которые нейтрализуют не только молекулы токсоида, но и любые молекулы самого токсина, которые попадают в организм. Таким образом, несколько инъекций столбнячного анатоксина, сделанных с определенным промежутком времени, вызовут иммунитет к болезни. Во время Второй мировой войны американским солдатам постоянно делали уколы для того, чтобы у них появился иммунитет к столбняку и другим болезням тоже, и хотя эта процедура была предметом многочисленных препирательств со стороны жертв иглы, но в конечном итоге столбняк исчез. Это стоило укола!

Симптомы похожие на симптомы столбняка и с таким же фатальным исходом вызывает препарат под названием стрихнин (название растения, из которого его получают, по-гречески называется «смертоносный паслен»). Неизвестно, каким именно образом столбнячный токсин или стрихнин вызывают такой эффект.

Мышцы также становятся негибкими и затвердевают спустя 12–36 часов после смерти, это состояние называется rigor mortis, или трупное окоченение, ставшее известным благодаря детективам с убийствами (которые также внесли свою лепту в ознакомление широкой публики со стрихнином). Трупное окоченение возникает не из-за тетании, а из-за преципитации (осаждения) обычно растворимых белков в тканях мышц. Эффект очень сходен с процессом, который мы наблюдаем при варке яиц. Как только начинается разложение, трупное окоченение исчезает.

Цена, которую платят скелетные мышцы за свой дар скорости и силы, — усталость. Химические изменения, вызываемые нервной стимуляцией мышц, неизбежно истощают относительно небольшой запас в мышечных клетках веществ, высвобождающих энергию. Каким-то образом эти вещества должны быстро восполняться по мере потребления, и это обычно делается посредством других химических реакций, связанных с молекулами кислорода, приносимыми к мышечным клеткам кровотоком, который, в свою очередь, собирает эти молекулы в легких.

Висцеральные мышцы, работая медленно и в ответ на регулярные изменения во внутреннем окружении, поддерживают темп, соответствующий своим запасам кислорода. Они все время поддерживают вещества, выделяющие энергию, на необходимом уровне и не подвержены усталости.

Однако скелетные мышцы подвергаются интенсивной активности, превышающей нормальную, довольно продолжительное время. Тогда может показаться, что необходимо проследить, чтобы подача крови была больше все время, «просто на всякий случай», и все-таки было бы неэффективно предназначать мышцы для непрерывной работы на уровне выкапывания траншеи, когда большая часть жизненной активности значительно менее интенсивна. И все-таки иногда возникает необходимость выкопать канаву, нарубить дров или бежать изо всех сил, чтобы спастись от опасности. И если уж на то пошло, иногда хочется сыграть несколько сетов в теннис. В таких случаях организм может адаптироваться к большим потребностям в кислороде. Тяжелая работа или интенсивная игра вызывают увеличение как скорости, так и глубины дыхания (мы задыхаемся), а также усиление сердцебиения (сердце колотится) и способность кровеносных сосудов подпитывать мышцы (мы краснеем). И все-таки жизнь может зависеть от того, найдется ли путь, хотя бы временный, позволяющий обойти все то, что делают для организма легкие, сердце и кровь.

Мышцы добиваются этого, получая запас энергии (конечно, ограниченный запас) за счет химических изменений, не связанных с кислородом. В процессе этих химических реакций выделяется сложное вещество, известное как молочная кислота. Эта увертка, дающая мышце дополнительный рывок, возможно, сохраняющий жизнь, тоже имеет свою цену. По мере того как молочная кислота накапливается, мышце становится все труднее сокращаться, и мы испытываем ощущение усталости. Волей-неволей замедляем движения и в конечном счете, даже если на карту поставлена жизнь, вынуждены остановиться в крайнем изнеможении.