Почти одновременно с Кенноном свое представление о внутренней среде сформулировала Л. С. Штерн. «В отличие от простейших, у более сложных многоклеточных организмов обмен с окружающей средой совершается при посредстве так называемой внутренней среды, из которой отдельные ткани и органы черпают необходимый им материал и в которую они выделяют продукты своего метаболизма»[7]. И дальше: «... по мере дифференциации и развития отдельных частей организма (органов и тканей) должна создаваться и развиваться для каждого органа, для каждой ткани своя непосредственная питательная среда, состав и свойства которой должны соответствовать структурным и функциональным особенностям данного органа. Эта непосредственная питательная или интимная среда каждого органа должна обладать определенным постоянством, обеспечивающим нормальную жизнедеятельность омываемого ею органа... Непосредственной питательной средой отдельных органов и тканей является межклеточная или тканевая жидкость».
И это определение вытекает из концепции Кл. Бернара, но в нем звучит новая, впоследствии полностью подтвердившаяся мысль — выделена специфика состава и свойств непосредственной питательной среды каждого органа, каждой ткани. Не универсальная тканевая жидкость, всюду одинаковая, не различимая по своему составу и свойствам во всех частях организма, а тканевая жидкость дифференцированная, приспособленная к функциям отдельных органов или физиологических систем. Это принципиально новая добавка к учению о внутренней среде — фундаментальное обоснование созданной Л. С. Штерн теории барьерных механизмов. Через несколько лет в литературе появился термин «микросреда» органов и тканей, по существу не внесший что-либо нового в представление о непосредственной питательной среде.
Все это относится не только к наиболее совершенному и наиболее сложно устроенному человеческому организму, но и к любому простейшему существу растительного или животного мира.
Для бактерии, инфузории или амебы, соприкасающейся своей поверхностью с каплей воды, в которой она живет, эта капля олицетворяет весь мир, всю внешнюю среду. Состав и свойства воды, наличие в ней питательных веществ, способность пропускать солнечные лучи, ее температура определяют всю жизнедеятельность клетки, реакцию ее на внешние раздражения, размножение.
Но у животных, организм которых состоит из различных по своему строению и деятельности бесчисленных клеток, жидкость, омывающая поверхность тела, не является средой обитания для внутренних органов, например печени, легких, мозга, сердца. Пресная вода реки или соленая вода моря — это внешняя среда для обитающего в ней организма, но не для отдельных клеток, из которых состоят его органы и ткани.
Воздушный океан, окружающий наше тело, не приходит в соприкосновение с внутренними органами. Но ни одна клетка не может существовать, если не получает в достаточном количестве кислород и не удаляет отработанные продукты обмена веществ. Вот почему у сложных многоклеточных организмов в процессе эволюционного развития возникла особая «внутренняя среда», в известной мере отгороженная от окружающего мира.
Внутренняя среда понятие интегративное, единое и неделимое. И кровь, и лимфа, и тканевая жидкость составляют физиологическое целое, разбивать которое на две отдельные внутренние среды (кровь и тканевая жидкость), как это пытаются сделать некоторые авторы, не только невозможно, но и недопустимо.
Общая внутренняя среда, быть может, вернее, ее общий отдел — кровь, это удивительнейшая по своему составу и свойствам жидкость, жидкая ткань, заполняющая многочисленные сосуды нашего тела, магистральная система, питающая его клетки, несущая им кислород, белки, углеводы, жиры, витамины, соли, т. е. все то, без чего невозможно их существование. Состав и свойства ее отличаются относительным, динамическим, но достаточно устойчивым постоянством, что позволяет организму сохранять свободу существования в изменчивых условиях окружающего его мира. «Кровь, надо знать, совсем особый сок», — говорит Мефистофель Фаусту.
Во тьме веков, быть может три-четыре миллиарда лет назад, в глубинах океана зародилась первая живая клетка. Морская вода омывала и берегла ее. Море стало ее питательной средой. Из него черпала клетка необходимые ей питательные вещества и соли, ему отдавала продукты своего обмена. Живой организм, из которого на вершине эволюции произошел человек, усвоил и заключил в себе частицу моря. И до сих пор в наших артериях и венах течет жидкость, близкая по своему составу и свойствам к соленой воде моря. «Море издавна влекло человека, — говорит Жан Пикар[8]. — Биологи усматривают в этом влечении инстинктивное желание познать тайну происхождения жизни. В самом деле ведь наша кровь по составу схожа с морской водой, а утробное развитие повторяет эволюцию жизни на нашей планете. И кто знает, быть может подводный вулкан, извергая пламя, высек в море искру жизни, а колоссальное давление глубин послужило катализатором великому процессу». И, действительно, кто может знать?
Кровь переносит огромное количество химических соединений, совершенно необходимых для жизненных процессов организма. Помимо питательных веществ, кислорода и отходов жизнедеятельности клеток, она содержит самые разнообразные элементы, без которых жизнь вообще немыслима. Для того чтобы жить и существовать, каждая клетка должна не только получать продукты питания, но и освобождаться от постепенно накопляющихся в ней шлаков и отбросов. И здесь возникает проблема о возможных границах жизненного процесса, о той узкой полосе в сложном многообразии природы, в которой возможна жизнь.
Мы не знаем, каковы условия существования на других планетах. Формы бытия разнообразны. Но на земле жизнь возможна в очень ограниченных пределах и выдерживает едва заметные по сравнению с космическими масштабами колебания и сдвиги.
Если бактерия, вирус или амеба в определенных условиях еще способны вынести глубокое замораживание или сравнительно высокое нагревание, то человек неизбежно погибает, не защитив себя от них специальными, естественными или искусственными приспособлениями. Живой организм, особенно организм высших животных и человека, обладает поистине удивительными свойствами сохранять свою жизнеспособность в самых неблагоприятных условиях. Он сопротивляется натиску бушующей стихии, продолжает жить при стремительных перепадах температуры воздуха и атмосферного давления, под обжигающими лучами солнца, в условиях ледяного дыхания межпланетного пространства, при бомбардировке космическими лучами. Он живет и может жить, потому что сохраняет постоянство своей внутренней среды. Но человек погибает, если температура его тела повышается на 6—7°, если состав крови, ее осмотическое давление, кислотность или щелочность выходят за пределы какой-то очень стабильной, неизменной величины. Зона комфорта, наибольшего благоприятствования для клеток органов и тканей ограничивается столь сжатыми пределами, что в некоторых случаях переход от нормы к нарушению почти незаметен.
Мы уже знаем, что понятие о внутренней среде не исчерпывается одной кровью. В сложных организмах клетки органов не соприкасаются ни с атмосферным воздухом, ни с кровью. В нормальных условиях эта жидкая ткань не покидает пределы сосудистой системы, не выливается из капилляров в межклеточные пространства. Клетки окружены тканевой (межклеточной или интерстициальной) жидкостью.
Несмотря на совершенную, четко организованную систему регуляции состава крови, в ней могут возникнуть и неизбежно возникают то кратковременные, то затяжные колебания, способные нарушить нормальное существование клеток. Постоянство состава крови оказалось недостаточным для клеток внутренних органов, особенно для нервных клеток мозга, которые могут существовать лишь при очень устойчивом режиме. Любой орган, будь то мозг, печень или почки, имеет свою непосредственную питательную среду, микросреду, нечто вроде микрорайона со своим микроклиматом. В крошечном мирке, который окружает клетку, недопустимы бури и катастрофы, неожиданные изменения, непредвиденные сдвиги. Здесь царят относительный покой, адекватные, оптимальные условия для жизни и деятельности клеток.