Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

Ученые сумели выделять изотопы и создать азотсодержащие вещества с необыкновенно высоким содержанием азота¹⁵. Одним из таких веществ является глицин, который при добавлении в пищу усваивается организмом и включается во все белки, в том числе и в гемоглобин. Он может как включиться целиком в глобин, так и в виде фрагментов, содержащих атомы азота, в гемовую часть молекулы гемоглобина.

Ученый-экспериментатор может выяснить, включился ли глицин в гемоглобин. Для этого требуется выделить некоторое количество гемоглобина от крови (легко проделать), отделить атомы азота от молекул гемоглобина (тоже просто) и определить в них процентное содержание азота¹⁵. Последняя процедура уже не столь проста, она требует наличия сложного инструмента — масс-спектрометра, который измеряет массу отдельных атомов и может отличить более тяжелый атом азота¹⁵ от более легкого азота¹⁴. Если окажется, что молекула гемоглобина необыкновенно богата азотом¹⁵, самым простым объяснением этого явления будет то, что содержавшийся в пище глицин по крайней мере включился в гемоглобин.

Из-за того что это необычный изотоп, мы можем проследить за его переходом из одного вещества в другое, мы в состоянии определить его местонахождение и степень включения в те или иные вещества во время их химических превращений в живых тканях. Такие изотопы можно сравнить с ярким ярлычком, который позволяет нам легко отличить свою сумку или чемодан среди чужих вещей в багажном отделении, когда мы путешествуем по железной дороге. По этой причине вещества, содержащие различные изотопы, называются мечеными.

Теперь давайте выясним, как меченый глицин помогает определить срок жизни красной клетки. Допустим, в течение двух дней человек получает его с обычной пищей. У испытуемого через определенные промежутки берут анализ крови и проверяют гемоглобин на содержание азота¹⁵. Экскременты также анализируют на содержание этого изотопа. В течение недель в гемоглобине повышается содержание азота¹⁵, так как глицин медленно включается в молекулы гемоглобина. Причина такой медлительности кроется в том, что значительная часть глицина сначала попадает в другие белки и только после этого в гемоглобин.

После первых двух недель содержание азота¹⁵ в гемоглобине достигает своей высшей точки, после чего в течение трех месяцев или более остается неизменным. В то же время уровень азота¹⁵ в экскрементах остается стабильно низким. Это показывает, что красные клетки не расщепляются случайно, поскольку если бы это было так, то азот¹⁵ начал бы выводиться из организма сразу же после достижения пика своего содержания. Кроме того, в желчных пигментах накапливалось бы все больше и больше азота¹⁵, поскольку эти пигменты представляют собой расщепленные гемы. Они бы выводились из организма, и в экскрементах наблюдалось бы повышенное содержание азота¹⁵.

Однако ничего этого не происходит. Наоборот, после примерно ста двадцати дней стабильности наблюдается внезапное уменьшение содержания азота¹⁵ в гемоглобине и одновременно резкое увеличение его выделения из организма. Очевидно, прожив около четырех месяцев, красные клетки, образовавшиеся в то время, когда в организм вводили меченый глицин, начинают расщепляться более или менее одновременно.

Этот эксперимент позволил ученым сделать вывод, что средняя продолжительность жизни человеческой красной клетки равняется примерно ста двадцати пяти дням. Некоторые живут немного дольше, некоторые меньше, так же как и средняя продолжительность жизни людей равна семидесяти годам, но одни умирают молодыми, а другие живут до глубокой старости. Результаты, полученные при помощи изотопов, подтверждаются более ранними опытами с использованием менее точных методов. Научные выводы всегда бывают основательнее, если сделаны на основании независимых исследований. Конечно, некоторые красные клетки образуются каждую секунду, а некоторые каждую секунду достигают своей зрелости и погибают.

Если в организме взрослого человека в среднем находится 25 000 000 000 000 (25 триллионов) красных клеток и каждый день разрушается 0,8 % из них, значит, каждый день гибнут 200 000 000 000 (200 миллиардов) клеток, а в секунду — 2 300 000. Само собой, это не должно вас волновать. Организм способен заменять погибшие клетки сразу же после их гибели.

Красные клетки в организме других животных не обязательно живут такое же время, как и в организме человека. Красные клетки собак живут всего около 107 дней, а у кошек и кроликов только 68 дней.

В экспериментах над животными можно использовать радиоактивные изотопы, которые обычно не существуют в природе, их получают в лабораторных условиях. Радиоактивные изотопы неустойчивы и постоянно расщепляются, освобождая обладающие высокой энергией субатомные частицы, которые можно легко заметить с помощью специальных приборов — счетчиков. Наиболее известным из них является счетчик Гейгера.