Клетки

До сих пор я описывал внешний вид костей и расположение каждой в организме. Это дает довольно статичное представление о костях как о костном каркасе, и ничего более. Определенно, твердый минерал составляет 45 процентов массы кости, и эта часть ее мертвая, но при жизни кость – это больше чем просто составляющий ее минерал и все, что угодно, только не инертное вещество. Внутри ее минерального остова, а также внутри хрящевой структуры есть живые клетки.

Клетка – единица живой ткани. Она получила такое название в 1665 году, когда англичанин Роберт Гук, один из первых ученых, использовавших микроскоп, заметил, что в тонком слое пробки можно увидеть губчатую структуру, которая содержит крошечные, продолговатые, расположенные в определенном порядке отверстия. Название клетка в значении «небольшое помещение» показалось идеальным для тех отверстий. Греческий эквивалент этого слова – «kytos», и он очень часто используется в таких сложных словах, как «цитология», что значит «изучение клетки».

Однако отверстия, которые наблюдал Гук, были не чем иным, как мертвыми останками скелета дерева. В живой ткани есть такая же губчатая структура, только клетки не бывают пустыми. Они заполнены желатиноподобным веществом, которое в начале XIX века получило название протоплазма (что по-гречески означает «первая форма»).

Клетки довольно сложны по своему строению, но для целей данной книги будет вполне достаточно лишь самого простого описания. Во-первых, клетки маленькие по размеру. Самая большая клетка человеческого организма – яйцеклетка, выделяемая женским организмом, – размером почти с булавочную головку и видима невооруженным глазом. Другие клетки гораздо меньше, и их можно рассмотреть только под микроскопом.

Каждая клетка имеет тонкую и хрупкую клеточную оболочку (или мембрану). Оболочка отграничивает внутреннюю часть клетки от внешнего окружения; и химическая и физическая структура областей по обе стороны оболочки совершенно разные. Существует естественная тенденция конструкции и состава поддерживать равновесие через мембрану, но жизненно важная функция состоит в том, чтобы поддерживать разницу, несмотря на такую тенденцию к уравновешиванию.

Толщина оболочки всего около 10 миллимикрометров, и состоит она только из нескольких слоев сложных молекул. Тем не менее, она каким-то образом служит для избирательного и одностороннего прохода определенных веществ из окружающей среды внутрь и для других веществ – изнутри в окружающую среду. Механизм, посредством которого это все происходит, до сих пор мало изучен.

Внутри оболочки клетка разделена на две основные части. Небольшая центральная часть называется ядро (по-латыни «nucleus», что значит «орешек», потому что оно похоже на небольшой орех внутри скорлупы, большей по размеру) и окружено собственной ядерной мембраной. Ядро контролирует клеточное деление и содержит механизм, который в конечном счете определяет природу клеточного химического механизма. Между ядром и клеточной оболочкой находится цитоплазма, которая выполняет рутинную работу клетки.

Клетка достаточно сложна, чтобы служить не только элементом живой ткани, но и отдельным организмом. Есть много видов одноклеточных организмов. Тем не менее все растения и животные, которые мы видим невооруженным глазом, состоят из множества клеток. Человеческий организм содержит более 50 триллионов клеток. В многоклеточном организме клетки подразделяются на специализированные группы, каждая из которых выполняет определенную функцию с соответствующей эффективностью, иногда за исключением адекватного выполнения других функций, столь же жизненно необходимых. Это означает, что отдельная клетка многоклеточного организма не может поддерживать свою жизнь независимо от других, а существует только как часть сложной группы, где другие клетки восполняют ее недостатки и где бесперебойно работающая структура объединяет и контролирует все группы, специализирующиеся на какой-то одной функции. (На ум приходит аналогия с современным обществом, которое составляют множество высокоспециализированных человеческих существ, которые быстро умрут с голоду, если их высадить по отдельности на необитаемый остров, но которые прекрасно существуют в рамках одной социальной структуры.)

Определенная ткань состоит из множества клеток, выполняющих единую функцию. Это клетки, которые специализируются в образовании различных субстанций, тем или иным образом поддерживающих структуру тела как единое целое, и составляют соединительную ткань. Специализированная функция клеток соединительной ткани заключается в образовании вокруг себя тех самых молекул, что составляют кости, хрящи и другие элементы, соединяющие остов тела.

Многие из молекул, образованных таким образом, являются органическими по своей природе, то есть состоящими в основном из частиц углерода, водорода, кислорода и азота, которые входят в состав большей части всех живых тканей. Такие молекулы противопоставлены тем, что лишены углерода (ключевого элемента жизни) и похожи по своим свойствам на вещества, из которых состоят неживой воздух, море и скалы вокруг него. Эти последние соединения, естественно, называются неорганическими. Несмотря на такое название, организм может использовать и действительно использует неорганические вещества. Вода – вещество неорганическое – и фосфорнокислый кальций представляют собой основную долю костной структуры.

Органические вещества соединительной ткани подразделяются на два класса: белки (протеины) и мукополисахариды. Белки – это особенно сложные молекулы, построенные из длинных цепочек несколько меньших молекул, называемых аминокислотами. Одна белковая молекула содержит тысячи, иногда даже миллионы атомов, расположенных спиральными витками, напоминающими миниатюрные винтовые лестницы. На важность белков для жизни указывает тот факт, что слово «протеин» происходит от греческого термина, обозначающего предмет первой необходимости. В соединительной ткани белковые молекулы имеют вид пучков спиралей, то есть крошечных волокон, которые переплетаются, образуя крепкую волокнистую структуру, достаточно эластичную, если спирали располагаются надлежащим образом. Клетки, образующие эту волокнистую соединительную ткань, называются фибробластами (что по-гречески значит «волокнистая почка»). Два основных белка, существующие в соединительной ткани, – это коллаген (что по-гречески значит «производитель клея», потому что из него получается клей при продолжительном процессе варки) и эластин (названный так из-за своей эластичности).

Мукополисахариды – тоже большие молекулы, но состоят из ряда единиц – производных простых Сахаров. Часть их названия «поли» произошла от греческого слова, означающего «много», то есть много Сахаров. Раствор мукополисахарида клейкий, вязкий и липкий, и префикс «mucus» означает «слизь». Слизь, секретируемая многими частями тела, обладает такими свойствами, потому что является раствором мукополисахарида.

Особенным мукополисахаридом является гиалуроновая кислотна, которая встречается почти повсеместно между клетками и помогает им удерживаться вместе. По этой причине ее иногда называют основной субстанцией, или межклеточным цементом. Еще одной молекулой этого типа, содержащей, помимо обычных, несколько атомов серы, является хондроитинсульфат. Хрящи богаты мукополисахаридами, и от греческого слова «хрящ» («chondros») произошло название хондроитинсульфат.

Хрящи состоят из относительно больших овальных клеток, называемых хондроциты (что по-гречески значит «хрящевые клетки»), которые в основном образуют коллаген и хондроитинсульфат и откладывают эти вещества вне клетки. Хондроциты, таким образом, отделяются друг от друга хрящом, который они образуют, хотя и имеют тенденцию оставаться в группе. Хотя хрящи между клетками не живые, сами клетки – живые.

Самый часто встречающийся тип хрящей – это гиалиновый (по-гречески «стеклянный») хрящ, потому что на вид он чистый и полупрозрачный. (Наличие гиалуроновой кислоты в таком хряще и дало название этому мукополисахариду.) Именно из гиалинового хряща вначале и образуется скелет, а некоторая его часть остается до старости, например реберные хрящи, соединяющие ребра и грудину.

Существуют также эластичные хрящи, цвет которых желтый (как эластичность, так и желтизна обязаны своим существованием наличию эластина). Такие хрящи встречаются, к примеру, в ухе.

Наконец, есть еще волокнистая хрящевая ткань, или волокнистый хрящ, в котором молекулы связываются вместе, образуя скорее плотную волокнистую субстанцию, чем мягкую эластичную. Именно из волокнистого хряща состоят межпозвоночные диски, и именно он соединяет две тазовые кости в месте лонного сочленения.