Как появилась кровь и почему она такая

Наши одноклеточные предки миллионы лет назад жили не особенно напрягаясь: в потреблении пищи и необходимых элементов участвовала вся поверхность. Но эволюция не стоит на месте — одноклеточные вскоре начали собираться в скопления клеток, а потом появились настоящие многоклеточные организмы. С увеличением размеров тела неизбежно усложнялось и его строение. Возросшее количество клеток требовало не только улучшенной системы снабжения питательными веществами, но и хорошей системы отведения отходов. Всё острее вставала проблема нехватки среды, с помощью которой сообщались бы между собой различные ткани и обеспечивался гомеостаз.Первыми проблему роста начали решать кишечнополостные животные — полипы и медузы. Их решение было простым: использовать окружающую среду. Полипы похожи на большую, широкую, незамкнутую сверху трубу, все клетки которой соприкасаются с водой. Медузы — те же организмы, только уже в стадии полового размножения — устроены чуть сложнее, но по схожему принципу. Впрочем, такая система помогает только при очень простом строении тела — когда ткань состоит буквально из двух слоев клеток. Более сложным организмам пришлось искать ей замену, и таковой стала кровь.До сих пор у крови и морской воды много общего — от рН в районе 7,4 до процентных соотношений основных элементов. В литературе встречаются даже упоминания о том, что во время Великой Отечественной войны морскую воду разводили до 9,5%, стерилизовали и в таком виде использовали в госпиталях как кровезаменитель (Хлебович В. В., «Уровни гомеостаза»). Неизвестно, было это на самом деле или нет, но вот то, что в медицине в качестве бесклеточного кровезаменителя повсеместно используют раствор Рингера, по составу почти полностью соответствующий морской воде, абсолютная правда.

Так что, если смотреть упрощенно, кровь — это аналог морской воды, которая обеспечивала жизнедеятельность кишечнополостных. Тело в виде трубы замкнулось — жидкость попала внутрь — образовался червь. В целом по червям хорошо прослеживается история возникновения крови: эти и некоторые другие беспозвоночные стали своеобразным полем для эволюционных экспериментов.У морских кольчатых червей полости заполнены жидкостью, подозрительно напоминающей воду, в которой эти полихеты обитают. Но у таких сложно устроенных организмов (а черви по сравнению с кишечнополостными — это как хижина против многоэтажки) вода уже не справлялась бы со всей нагрузкой. Поэтому у морских червей обнаруживается специализация клеток. Те, что входят во внутреннюю среду, распределяют между собой задачи: есть элиоциты, накапливающие жир и тем самым выполняющие питательную функцию, а есть амёбоциты, отвечающие за уничтожение инородных тел в крови. Дальше, в ходе эволюции, специализация клеток расширялось, а переносчики кислорода совершенствовались. В итоге у высших млекопитающих все это вылилось в стройную систему, состоящую из огромного количества разных клеток: эритроцитов, лимфоцитов и многих других. Однако стоит добавить, что даже у высших форм позвоночных кровь может быть полностью лишена эритроцитов.Первые настоящие переносчики — молекулы, переносящие газы, — появились как раз у червей. С момента возникновения белков-переносчиков и началась история настоящей крови — цветной жидкости, по солености напоминающей морскую воду и помогающей переносить молекулы газа по организму.

Молекула гемоглобина (зеленым окрашены гемы, содержащие железо) / Zephyris [CC BY-SA 3.0]Как таковую кровь можно разделить на плазму и форменные элементы (лейкоциты и постклеточные структуры — тромбоциты и эритроциты). Если сильно упрощать, то плазма — это вода с растворенными в ней белками, различными веществами и электролитами. В плазме взвешены форменные элементы крови. Классическая классификация делит их на три большие группы — эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Но если эритроциты и тромбоциты однозначно формируют группы, то категория лейкоцитов обширна и неоднородна. Она была выделена из-за наличия у всех подобных клеток ядра, а также из-за того, что эти клетки не окрашиваются.Тромбоциты — постклеточные структуры. Это безъядерные двояковыпуклые дисковидные тельца, циркулирующие по крови, называемые также кровяными пластинками. Они совсем маленькие и по факту представляют собой лишь осколок цитоплазмы с мембраной — у них нет ни ядра, ни органелл. Главная их функция — тромбообразование, то есть защита сосудов от повреждений. Тромбоциты крайне чувствительно реагируют на механическое повреждение сосудов и участвуют в образование тромбоцитарного агрегата, закрывающего место разрыва.Лейкоциты включают в себя несколько семейств клеток: тут и лимфоциты, отвечающие за иммунитет, и моноциты, выполняющие роль уборщиков, и гранулоциты. Функции последних обширны — от противопаразитарной защиты (за это отвечают клетки-эозинофилы, которые находят паразита и метят его, чтобы лимфоциты позже его уничтожили) до борьбы с вредоносными агентами (здесь главные клетки-нейтрофилы — погибая в битве, они образуют гной). К гранулоцитам, кстати, относят и базофилс, редкие клетки, связанные с аллергией. У здорового человека их в крови почти нет, зато у аллергика их очень много — именно они запускают аллергическую реакцию. Если для вас весна — это не цветы и птички, а беспрестанное чихание и зуд, то вы знаете, кого винить.

Из школьного курса биологии некоторые, может быть, помнят, что наша кровь красная именно благодаря эритроцитам, или — как их любили называть в советские годы — красным кровяным тельцам. Эритроциты — это постклеточные структуры в виде двояковогнутых дисков, лишенные ядра, белоксинтезирующего аппарата и большинства органелл. Двояковогнутость увеличивает площадь поверхности, в частности диффузионной поверхности, что помогает эритроциту лучше выполнять свою функцию — перенос газов. Эритроциты — самые многочисленные форменные элементы крови. Количество их становится достаточно большим сразу после рождения — 5,5 млн на микролитр крови, поскольку при родах кровь перемещается из плаценты в тело ребенка. К третьему месяцу жизни количество сильно падает, поскольку новые эритроциты долгое время не образуются. В норме у мужчины их 5,1 млн, у женщины — 4,6 млн. Для сравнения, лимфоцитов, важнейших для нашего иммунитета клеток, всего 500−1500 штук в одном микролитре.За цвет крови отвечают специальные окрашенные пигменты. В нашей крови это белок гемоглобин, состоящий из белковой части и необычной циклической структуры под названием гем (от древнегреческого ἁίμα — «кровь»). Он содержится в эритроцитах. Наш гем красный из-за наличия железа, но у разных организмов гемы разные. Оттенок при этом зависит от насыщенности кислородом: насыщенная кровь ярко-алая (артериальная), а та, что уже отдала весь кислород, темно-красная, почти бордовая (венозная — она видна в венах, правда, из-за толстого слоя кожи ее цвет кажется синеватым). У некоторых организмов (чаще всего, конечно, беспозвоночных — ведь именно они выступают в роли подопытных для эволюции!) вместо железа в геме может встречаться и медь, и железо в других степенях окисления, и даже ванадий — тогда цвет крови будет совсем другим, от розового до голубого.Да, голубая кровь не выдумка благородных сэров — это вполне реальное явление. Только обладают ею не особы королевского рода, а ракообразные, пауки и головоногие моллюски. Голубой цвет крови придает пигмент гемоцианин (дословно — «кровяная лазурь»). Этот белок очень похож на гемоглобин, но вместо железа в нем медь. Причем она прикрепляется к белковой части очень необычно — напрямую (это означает, что никакого гема у моллюсков и пауков нет). Обогащенный кислородом, гемоцианин окрашивает кровь в насыщенно-синий цвет, а когда лишается кислорода, то бледнеет, и кровь становится голубой.

Этим фантазия природы не исчерпывается. Еще у беспозвоночных — например, у всем известных дождевых червей — кровь может быть зеленой. За такую окраску отвечает пигмент хлорокруорин. Он тоже очень похож на гемоглобин и даже содержит железо, правда, в другой степени окисления, вот только у этого белка не четыре субъединицы, а гораздо, гораздо больше — у дождевого червя, например, их 144.Фиолетовый или розоватый оттенок крови придает пигмент гемэритрин. Его можно найти в крови плеченогих, сипункулид, некоторых полихетов — тоже беспозвоночных (видите, насколько богата фантазия у эволюции, когда дело касается беспозвоночных!). Это тоже железосодержащий белок, но его активный центр содержит два иона железа вместо одного, как в гемоглобине. Фиолетовый цвет придает насыщенный кислородом белок, розовый — ненасыщенный.Из других интересных дыхательных пигментов можно упомянуть гемованадий, содержащий, как нетрудно догадаться, металл ванадий. Он встречается у асцидий — маленьких морских существ со сложным жизненным циклом, и кровь с ним почти бесцветная. Хотя с гемованадием ученые до сих пор до конца не разобрались: некоторые считают, что он не переносчик кислорода, а всего лишь токсичный агент, нужный для защиты от хищников.

Да, выглядеть кровь может очень по-разному, но вне зависимости от цвета она всегда выполняет одну и ту же функцию — обеспечивает баланс. Она разносит по всем тканям кислород и уносят продукты распада. В какой-то степени именно кровь связывает все системы в единый организм, и в этом прослеживается определенная романтика. Наше внутреннее море не только питает нас изнутри, но и обеспечивает нам цельность.

Когда-то давно врачи и ученые договорились, что будут использовать две системы классификации крови — систему АВ0 и систему-резус. В любой из них кровь причисляют к определенной группе по антигенам, находящимся на поверхности эритроцита, — это специальные белки, которые могут образовывать комплексы с антителами.Систему АВ0 предложил нобелевский лауреат Карл Ландштейнер в далеком 1900 году. Антитела по этой системе соответствуют специфическим сахарам, вида А и В. Причем антигенов на поверхности два, и есть несколько вариантов гликозилирования (дополнения сахаром органических молекул). На антигенах может вовсе не быть сахаров — это группа крови 0, или первая. Может быть один сахар А и больше ничего — это группа крови А0, или вторая. Может быть один сахар В — это группа крови В0, или третья. А в группе крови АВ, или четвертой, сахаров сразу два. Это редкая и ценная для переливания кровь — благодаря тому, что в ней есть антитела обеих форм.

Система резус-фактора рассматривает только один антиген на эритроците — антиген Rh0(D). Есть он есть, то человека называют резус-положительным, а если нет — отрицательным. Эта система особенно важна при ведении беременности. Если у матери резус-фактор отрицательный, а у отца положительный, и ребенок при этом наследует отцовский резус, то организм матери начнет вырабатывать антитела в ответ на антиген, и может развиться резус-конфликт.Этими двумя системами пользуются во всем мире. Но на поверхности эритроцита есть много других антигенов, по которым кровь группируется в другие системы. Всего их сейчас 36. Большинство ни на что не влияет даже при переливании, но некоторые способны немного усложнить жизнь носителю. Автор статьи, например, несмотря на всё желание, не может сдавать кровь на донорство — при попытке это сделать оказалось, что она положительна по системе Kell. Основная масса людей в мире отрицательны по этому антигену, и положительная кровь при переливании вызовет у них иммунный ответ.