Энергообеспечение клеток при анаэробном дыхании – крайне неэффективный процесс, потому что значительная часть энергии, которую можно было бы извлечь при полном окислении глюкозы, все еще остается невостребованной.
Когда же в процессе фотосинтеза растения начали выделять кислород в качестве побочного продукта и он постепенно стал накапливаться в атмосфере, использование его живыми организмами при аэробном дыхании дало возможность им извлекать больше энергии из пищевых веществ. С этого момента и начался своеобразный взрыв в развитии жизни на Земле.
Теперь нам ясно, что анаэробный путь извлечения энергии возник на самых ранних этапах развития жизни, когда кислорода в атмосфере Земли совсем не было. Когда же в атмосфере появился кислород, живые организмы не замедлили воспользоваться им, так как теперь в процессе метаболизма стало возможным извлекать из углеводов в 18 раз больше биологически полезной энергии в сравнении с анаэробным дыханием. Суммарный выход АТФ (аденозинтрифосфат, играющий роль «разменной монеты» в реакциях энергетического обмена у всех живых организмов) при аэробном дыхании составляет 36 молекул вместо двух при анаэробном.
Однако, что особенно примечательно, такое возрастание извлечения энергии происходит не путем простой замены анаэробных реакций на аэробные, а путем присоединения аэробных реакций к уже существующим анаэробным. Таким образом, эволюция не отказалась от своей первоначальной находки – анаэробного дыхания. И мы еще не раз будем встречаться с этим способом добычи энергии живыми существами.
Приходилось мне читать и о том, что человеку совсем не нужен кислород воздуха – именно тот кислород, которым мы и дышим (Т. Баранова. Нужен ли нам воздух для дыхания? // НЛО. 1997. № 4), что человек может дышать эндогенно, то есть получать кислород не из атмосферы, а изнутри себя, возможно, разлагая воду на ее составляющие. В указанной выше статье даже делается предположение, что «может быть, в нас заложено биологическое свойство обходиться без воздуха, но мы его теряем, едва родившись».
Все это лишь красивая фантазия, рассчитанная на доверчивых читателей. Ведь если у нас имеются легкие, то, стало быть, легкими мы и должны дышать – не могла же эволюция оставить нам этот орган лишь на тот случай, когда мы не сможем вдруг по какой-то причине дышать эндогенно. Нет, конечно. Живые организмы во всем скроены экономно и рационально, и дыхание наше приспособлено к забору кислорода из газовой смеси атмосферы. Но даже и таким способом, забегая вперед, скажу я, нам не всегда удается обеспечить свой организм в полной мере кислородом.
Автор же идеи эндогенного дыхания В. Ф. Фролов всего лишь усовершенствовал метод ВЛГД К. Бутейко, и его пациенты дышат тем же атмосферным кислородом, что и мы с вами. У Фролова нет прямых доказательств существования эндогенного дыхания. Для этого надо было бы изолировать его подопечных от атмосферного кислорода и какое-то время дать им возможность дышать автономно только эндогенным кислородом, если полагать, что таковой и в самом деле вырабатывается в организме. Но такой эксперимент никогда не будет поставлен автором идеи об эндогенном дыхании, так как он окончательно погубит его идею.
Для чего организму нужен углекислый газ?
Перейдем теперь от кислорода к углекислому газу.
Что же происходило с углекислым газом в атмосфере Земли, когда растения начали активно использовать его как основной источник углерода? Его концентрация, достигавшая некогда нескольких процентов, постепенно снизилась до современного ничтожного уровня – до 0,03 %.
По-видимому, в очень далекие времена живые организмы дышали воздушной смесью, содержавшей в себе значительное количество углекислого газа. И когда углекислый газ стал постепенно исчезать из атмосферы Земли, и это обстоятельство могло изменить какой-то из существенных параметров внутренней среды живых организмов, то последние, чтобы выжить в новых условиях, должны были или оставить внутри себя уже привычный для них уровень углекислого газа, или же попытаться приспособиться к новым условиям.
Природа, как и в случае с анаэробным дыханием, не отказалась от первоначальных параметров созданной ею внутренней среды живых организмов. По-видимому, только по этой причине в альвеолах легких и человека, и многих животных поддерживается высокая концентрация углекислого газа. Как бы в память о газовой среде атмосферы Земли далекого прошлого.
Не следует, конечно, думать, что некогда сам человек жил в атмосфере с повышенной концентрацией углекислого газа. Нынешний Hоmо sapiens возник всего лишь около 100 тысяч лет назад, а первые человекоподобные существа ответвились от других приматов не ранее четырех миллионов лет назад – об этом свидетельствуют многочисленные палеонтологические данные (Шервуд Л. Уошберн. Эволюция человека).
Оказала ли газовая среда древней атмосферы какое-то влияние на определенную задержку углекислого газа в организме животных, трудно нам об этом сегодня судить, но почему-то природа все же оставила в значительных концентрациях в организме своих живых творений этот газ. Например, подходящая к легким венозная кровь практически всех млекопитающих содержит примерно 550 см3/л СО2, а покидающая легкие кровь содержит около 500 см3/л СО2. Как видим, кровь отдает лишь малую долю содержащегося в ней углекислого газа.
Но для чего организму нужен задержанный в нем углекислый газ, этого мы пока не знаем. Ответ на этот вопрос будет найден нами лишь постепенно. Но для чего-то этот газ все же нужен нашему организму, и этот факт является уже бесспорным для нас. А Бутейко считает, что углекислый газ даже более необходим организму, чем кислород. По его мнению, человек, научившийся с помощью волевой ликвидации глубокого дыхания поддерживать в покое в альвеолярном воздухе более высокую концентрацию углекислого газа (до 6,5 %), уменьшает тем самым вероятность возникновения у него целого ряда заболеваний.
А теперь посмотрим, как происходит управление дыханием.
Управление дыханием ведется дыхательным центром. Он обеспечивает не только ритмическое чередование вдоха и выдоха, но и изменяет частоту и глубину дыхательных движений, приспосабливая тем самым легочную вентиляцию к сиюминутным потребностям организма. Накопление в крови углекислого газа, а также и недостаток кислорода являются теми факторами, которые возбуждают дыхательный центр, причем первый фактор почти в 20 раз активнее второго. Многим приходилось наблюдать ныряльщиков без аквалангов. Время от времени они выпускают воздух изо рта. Кажется, для чего они это делают, ведь таким образом они лишают себя запасов кислорода? Но оказывается, что их больше угнетает накапливаемый в крови углекислый газ, чем недостаток кислорода. И, выпуская порционно воздух из легких, они тем самым уменьшают концентрацию углекислоты в крови. Мы можем проверить и на себе реакцию дыхательного центра на кратковременно задержанное нами дыхание. Не пройдет и 30 секунд после задержки дыхания, как мы вынуждены будем возобновить дыхательные движения. И нам кажется, что причиной возобновления дыхания является недостаток кислорода у нас в легких, тогда как истинной причиной является накопление углекислоты в крови.
Высокую чувствительность дыхательного центра к концентрации углекислого газа в крови учитывают и некоторые пловцы, которые хотят подольше продержаться под водой. Для этого они в течение некоторого времени перед погружением под воду дышат глубоко и вымывают таким образом углекислый газ из легких и из крови. После такой гипервентиляции человек может дольше обычного оставаться под водой. Но такая практика очень опасна, так как из-за низкой концентрации СО2 не возникает потребности в дыхании, а запасы кислорода в крови могут полностью истощиться и человек может потерять сознание. Эта ситуация также указывает нам на то, что в основном регуляция дыханием идет по концентрации углекислого газа в крови, а по содержанию кислорода в крови она менее эффективна.
Чаще всего мы наблюдаем увеличение частоты и глубины дыхания при увеличении физической нагрузки. Но и при этом главным фактором, оказывающим влияние на регуляцию дыханием, тоже оказывается концентрация углекислого газа в крови. Если сравнить, как прореагирует дыхательный центр на изменения в составе вдыхаемого воздуха, то оказывается, что при добавлении к вдыхаемому воздуху 2,5 % СО2 вентиляция легких почти удваивается, а если уменьшить во вдыхаемом воздухе концентрацию кислорода на 2,5 %, практически никаких изменений в дыхании не произойдет. Отсюда легко сделать вывод, что с кислородом в нашем организме все обстоит довольно благополучно, и поэтому дыхательный центр не особенно активно реагирует на изменения его концентрации в атмосферном воздухе, но зато на концентрацию углекислого газа и в крови, и в атмосферном воздухе дыхательный центр реагирует незамедлительно, а следовательно, нашему организму этот газ совершенно не нужен. Но поспешные выводы не всегда бывают верными. И в отношении углекислого газа Бутейко сделал прямо противоположный вывод, что для организма углекислый газ очень нужен, что он для организма даже важнее кислорода. И стал учить нас, как задерживать этот газ в организме. А сделать это можно только путем длительных тренировок, в результате чего удается задерживать дыхание на 1–2 минуты. На этом и основан метод ВЛГД – постепенно приучать организм к повышенной концентрации углекислого газа в крови, а точнее, постепенно понижать чувствительность дыхательного центра к концентрации углекислоты в крови.
