Биоэнергетика сердца (стр. 2 из 2)
При воздействии КА митохондрии сокращают свои размеры, и буквально, забиты кристами. Таким образом, любое патологическое состояние ведущее к нарушению обмена веществ (гипоксия, ацидоз, алкалоз, гиперметаболизм) – ведет к обратимому, либо к необратимому повреждению митохондрий.
Главными источниками Е для миокарда являются: глюкоза, лактаты и свободные ЖК. В
незначительной степени участвуют кетотела (< 10%).
Как же меняется Е-обмен при различных экстремальных условиях? Нормально функционирующее сердце использует для энергетических целей различные субстраты, в выборе которых
сердце весьма лабильно.
В условиях покоя важнейшим источником Е является глюкоза крови, (до 30 %).Утилизация
глюкозы миокардом, в основном, определяется не ее концентрацией, а содержанием инсулина.
При мышечной работе потребление глюкозы уменьшается – до 10%. Организм экономит глюкозу
для мозга и других органов. А при повышении концентрации глюкозы в крови утилизация ее миокардом возрастает. Окисление жира при этом снижается.
20-30% Е обеспечивают лактаты. Миокард свободно утилизирует из крови МК и ПВК. При
мышечной работе лактаты все больше окисляются в миокарде, и дают 70% всей Е. Лишь при
пульсе 190-200 ударов в минуту в сердце начинает преобладать анаэробный метаболизм, с выделением МК.
Сердце окисляет также СЖК, которые при голодании и натощак становятся основным источником. Е.
В последнее время подчеркивается роль в обмене миокарда ТГ и ЖК. В покое доля СЖК – 40%, ТГ – 15%. Во время работы доля жиров уменьшается в 2 раза.
Такую лабильность следует рассматривать как проявление адаптации миокарда к различным условиям функционирования.
Транспорт Е
В сердечных клетках Е переносится от митохондрий КФ ко всем местам использования:
миофибриллам и клеточным мембранам, субклеточным мембранам. КФ-пути внутриклеточного
транспорта Е в сердечных клетках приведены на схеме.
Схема КФ-пути внутриклеточноготранспорта Е в сердечных клетках
1-2 Главным макроэргом, выходящим из митохондрий, является КФ. В митохондриях работает замкнутый цикл превращения АТФ и АДФ, связанный через КФК - митохондрий.
3А Сила сокращения миофибриллы и длительность ПД коррелирует не с концентрацией
АТФ, а с КФ, который, в свою очередь, от креатинина. Таким образом, на силу сокращения влияет
не только поток Са++, но и концентрация КФ. КФ через КФК миофибриллы рефосфорилирует
АДФ для акта сокращения.
3В Локализация КФК на мембране клеточного ядра позволяет считать, что Е - КФ используется в биосинтетических процессах ядра.
Обеспечивая эффективный транспорт Е, КФК - реакции выполняют также регуляторную
функцию, участвуя в системе обратной связи между процессами образования и использования Е.
Точное выяснение природы обратной связи требует дальнейшего изучения.
3–й раздел: Реакциииспользования Е
Для того, чтобы понять, как происходит сокращение мышцы сердца, необходимо знать
строение кардиального миоцита.
Клетка на поперечном срезе содержит : ядро, миофибриллы, митохондрии, Т-система, СПР.
Основную массу клетки занимают миофибриллы. Их число доходит до
400-700 тысяч. Миофибриллы представляют длинные нити, которые переходят из саркомера в
саркомер. Они состоят из 2 типов нитей. Толстые, нити миозина, находятся по середине соркомера. Ось миозина образует легкая субъединица – L-меромиозин. H- меромиозин – главная, тяжелая
субъединица, снабжена головками, на расстоянии 400 А°, которые образуют мостики с актином.
Нити актина – тонкие, расположены между толстыми, в области Z – линии каждая соединена с 3-4 – мя соседнего саркомера.
F- актин за счетЕ – АТФ может переходить в G – А, глобулярный А. К актину прикреплен
тропомиозин, который не фиксировани может перемещаться. Он блокирует главные центры актина. Тропомиозин несет на себе тропонин.
Тропонин имеет 3 субъединицы:
- TN – C – связывающая Са++;
- TN – I – ингибитор актина;
- TN – T – привязывает тропонин к тропомиозину.
Таким образом, тропонин – тропомиозин - в комплексе блокирует актин.
Сейчас о роли Са++ в сокращении. Главное депо Са++ – это T – система, СПР и митохондрии. T– система образуется выпячиваниями сарколеммы в области Z – линии внутрь клетки.
СПР состоит из сети продольных трубочек и латеральных цистерн, где и концентрируется
Са++ для очередного залпа. В цистернах содержится мукополисахарид, который быстро связывает
Са++. Таким образом, свободный Са++, попав в продольную сеть, движется к цистернам, где его
концентрация меньше, а связанного – больше, это – транслокация Са++. Запас Са++ создается
только на 1 залп. Цистерны близко прилегают к T – системе.
Во время плато ПД увеличивается проницаемость мембраны для Са++, и он входит в клетку через Cа – каналы.
Это медленный Са++ток. Дальше часть Са используется в миофибриллах для сокращения,
равного 40 % всего Са. Вторая часть поступает в СПР, про запас. Когда деполяризация
достигает T – системы, срабатывает Na – триггер, и СПР выбрасывает весь запас Са из цистерн.
Это 60 % всего Са. В соркоплазме концентрация Са увеличивается в 100 раз, с 10-8 до 10-5 М.
Для расслабления необходимо уменьшить его концентрацию в миофибриллах.
1-й механизм:
Обмен Na – Cа. Cа удаляется из клетки против концентрационного градиента за счет Е
движения Naвнутрь клетки, по концентрационному градиенту. Это Na – Cа – насос.
2-й механизм:
Кальциевый насос продольных трубочек СПР быстро поглощает Са++из миоплазмы. Сам
Cа активирует свое поглощение, стимулируя АТФ – азу мембраны СПР. АТФ дает Е для транспорта Са++против градиента концентрации.
Эти процессы начинаются еще во время систолы и препятствуют сильному напряжению.
Время транслокации Са++вцистерны и определяет восстановление сердечной мышцы. Благодаря
ему не происходит титанических сокращений.
Концентрация Са++ вблизи миофибрилл уменьшается, Cа покидает тропонин – тропо –
миозиновые комплексы, так как СПР поглощает его в 3 раза более активнее, наступает расслабление.
Таким образом, во время ПД медленный ток Cа в клетку предопределяет и сокращение, и
включение механизма расслабления.
Быстрый ток Naв клетку вызывает выход Са++ из СПР – триггер и дает Е дляудаления
Cа из клетки.
3-й насос – K-Na, за счет Е АТФ, удаляет Na, и возвращает K. Наступает реполяризация
мембраны, и клетка переходит в исходное состояние.
Таким образом, необходимо говорить о едином механизме сопряжения возбуждения с сокращением и расслаблением.
Собственно мышечное сокращение происходит следующим образом. Когда Са++ присоединяется к тропонину – С (TNC), в нем происходят конформационные изменения, в результате чего тропонин - тропомиозин – комплекс сдвигается и обнажает центры актина. Головки H-меромиозина образуют мостики с нитью актина. Используются Е – АТФ, ионыСа++, Mg++.
Свойства фермента – АТФ – азы проявляет сам H-меромиозин.
Мостики образуются и вновь разрушаются. Таким образом, нити актина скользят между миозином к центру соркомера, каждый раз на 1 шаг - 400 А°.
Мышца укорачивается, происходит систолическое сокращение. В результате химическая Е
связейАТФ переходит в механическую работу.
Тропонин - тропомиозин – комплекс (с TN–I) блокирует актин.
Ионы Са++ проходят через поры мембраны, и из СПР, Cа взаимодействует с TN – C, тропонин –
тропомиозин поворачиваются, актин взаимодействует с миозином.
Cауходит из клетки или вСПР.
Заключение
Таким образом, согласованное во времени протекание всех 3-х реакций – образования,
транспорта и использования Е – обеспечивается эффективными механизмами их взаимной регуляции. Главный фактор, влияющий на Е – метаболизм - сам акт сокращения, регулируемый потоком Са++ во время плато ПД. Особенность сердца состоит в том, что значительное увеличение
работы и потребления О2 мало изменяют концентрацию макроэргов в клетке (АТФ и КФ). В сердце велик метаболический оборот этих соединений, эффективная обратная связь:
Синтез Е Расход ЕМы рассмотрели главные пути обмена Е в миокарде. Пока еще не все ясно. Многие вопросы еще требу ют изучения.
ВА Раповец 22 08 04 Минск