Метаболизм миокарда - энергетические процессы в сердечной мышце

Основным источником энергии, обеспечивающим основную механическую деятельность миокарда, является АТФ. Энергетические процессы миокардиоцита протекают в митохондриях, которые занимают около 30-40 % объема миокардиальной клетки. В ткани проводящей системы, более адаптированной по сравнению с сократительными клетками к анаэробному метаболизму, митохондрии занимают примерно 10 % объема.

Первичным энергетическим субстратом в мышце сердца являются жирные кислоты, глюкоза, лактат (молочная кислота), пируват (пировиноградная кислота), кетоновые тела и, в меньшей степени, аминокислоты.

Эти вещества поступают в миокардиоциты из плазмы крови. В норме основное количество энергии, около 70 %, образуется при окислении жирных кислот, остальные 30 % - главным образом за счет окисления глюкозы. Удельный вес глюкозы в энергообеспечении миокардиоцитов повышается в случае увеличения ее концентрации в крови в присутствии инсулина, при увеличенном содержании катехоламинов, а также в условиях гипоксии и уменьшения содержания в крови жирных кислот.

Углеводы с точки зрения химии можно определить как альдегидные или кетоновые производные полиатомных (содержащих более одной ОН-группы) спиртов. Углеводы подразделяются на:
1) моносахариды (глюкоза, глицероза, фруктоза, рибоза, эритроза и др.), которые не могут быть гидролизованы до более простых форм;
2) дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза), которые при гидролизе дают две молекулы моносахаридов;
3) олигосахариды (мальтотриоза) при гидролизе дают 3-6 моносахаридов;
4) полисахариды (крахмал, декстрины), дающие при гидролизе более 6 молекул моносахаридов.

Наиболее важным углеводом является шестиуглеродный сахар глюкоза. Основная масса углеводов в организм, а затем и в кровь человека поступает с пищей в виде глюкозы. В глюкозу превращаются в печени и другие углеводы, а также другие углеводы в печени могут образовываться из глюкозы. Она является важным источником энергии в организме. Глюкоза в печени превращается в гликоген, являющийся формой сохранения энергии, а также в рибозу, содержащуюся в нуклеиновых кислотах.

Очень распространенным пищевым углеводом является полисахарид крахмал, который содержится в злаковых культурах, картофеле, бобовых и других растениях. Главные компоненты крахмала - амилопектин, представляющий 80-85% состава, и амилоза, на долю которой приходится 15-20% состава.

Важнейшей частью пищевых продуктов являются липиды. С химической точки зрения - это большая гетерогенная группа соединений, общими свойствами которых являются их нерастворимость в воде и растворимость в неполярных растворителях (эфире, хлороформе, бензоле). Жиры важны не только вследствие высокой энергетической ценности, но и тем, что в натуральных жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые жирные кислоты (витамин F)», которые не могут синтезироваться в организме.

Жиры обеспечивают теплоизоляцию, а неполярные жиры являются элетроизоляторами, участвующими в распространении волн деполяризации вдоль миелинизированных нервных волокон. По-видимому поэтому в нервной ткани очень высоко содержание жиров.

Белковолипидные комплексы (липопротеиды) являются важнейшими компонентами клеточных мембран, митохондрий, служат основной транспортной формой липидов в токе крови.

метаболизм миокарда

Из общего числа липидов из плазмы крови в миокардиоциты путем пассивной диффузии через клеточную мембрану проникают только свободные жирные кислоты. Липопротеиды и триглицериды также могут использоваться миокардом как энергетический материал, но только после их расщепления под влиянием липопротеидлипазы и липазы эндотелия капилляров до свободных жирных кислот. В клетках свободные жирные кислоты активируются с использованием АТФ и образованием ацетил-коэнзима-А (ацетил-КоА). Ацетил-КоА окисляется в цикле трикарбоновых кислот до углекислоты и воды.

Кстати, ацетил-КоА является основным субстратом, источником эндогенного синтеза холестерина. Скорость аэробного окисления свободных жирных кислот и углеводов тесно связана с количеством потребляемого кислорода. Объем потребляемого кислорода, в свою очередь, связан прямой линейной зависимостью с количеством работы, выполняемой сердцем. Энергия, образующаяся при окислении свободных жирных кислот и глюкозы, используется для синтеза АТФ и креатинфосфата.

Большое значение в деятельности всех клеточных структур, в том числе миокарда, имеют электролиты и микроэлементы. Особенно велико значение калия, магния, кальция. Магний, например, участвует в деятельности около 300 ферментов, в частности креатинкиназы, аденилатциклазы, фосфофруктокиназы, K-Na-АТФ-азы, Са-АТФ-азы и др. Магний имеет большое значение в реакциях окислительного фосфорилирования, синтезе белка, обмене нуклеиновых кислот и липидов, а также в образовании богатых энергией фосфатов. Особая роль принадлежит магнию в трансмембранном транспорте.

Дефицит ионов магния приводит к дестабилизации клеточных мембран. Недостаточное содержание калия и магния способствует появлению сердечных аритмий. Большое значение имеет магний как физиологический антагонист кальция.

Известно, что митохондрии являются теми субстратами клетки, теми ее «энергетическими, силовыми станциями», в которых образуется энергия, необходимая для выполнения всех других функций клетки, в том числе для осуществления сократительной функции кардиомиоцитов.

На внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий располагаются в виде отдельных групп, или функциональных единиц, так называемые дыхательные ансамбли. В каждой митохондрии миокардиоцитов содержится около 20 000 дыхательных ансамблей. В них осуществляется цикл Кребса, образование АТФ. Митохондрии в кардиомиоцитах располагаются в непосредственной близости от миофибрилл. Благодаря этому, чтобы достичь сократительных элементов миофибрилл молекулы АТФ диффундируют на очень короткое расстояние.

Основным источником энергии, обеспечивающим механическую работу сердца, является АТФ. В АТФ аккумулируется 40-50% энергии, освобождающейся в ходе окислительных процессов, остальная энергия рассеивается в виде тепла. Система АТФ<->АДФ действует как переносчик химической энергии, поскольку в ходе сопряженных реакций, протекающих с потреблением энергии, образовавшаяся АТФ может отщеплять концевую фосфатную группу и вновь превращаться в АДФ.

Из общего количества АТФ для непосредственного использования ее в сокращении миокардиоцитов доступна лишь небольшая часть, которая локализована в миофибриллах и около мембран (локальные пулы АТФ). Связь между различными пулами АТФ осуществляется через креатинфосфат. Активность миозин-АТФ-азы определяет скорость образования и распада генерирующих мостиков между актином и миозином, а следовательно, силу и скорость сокращения миокарда.

При частичном или полном прекращении доступа кислорода в миокардиоциты уменьшается или совершенно прекращается окисление свободных жирных кислот, и активизируется анаэробный гликолиз с образованием молочной кислоты. Однако этот процесс не обеспечивает достаточное количество энергии, необходимое для сокращения сердца. На начальной, обратимой стадии ишемического повреждения миокардиоцитов быстрое уменьшение их сократимости в связи с дефицитом энергии происходит параллельно со значительным уменьшением креатинфосфата и менее значительным снижением АТФ. Накопление в клетках и крови молочной (лактатацидемия), пировиноградной кислот приводит к сдвигам КЩС в кислую сторону, что является важным дополнительным фактором, усугубляющим метаболические нарушения на фоне ишемии миокарда.

В последующем в миокардиоцитах постепенно уменьшается содержание АТФ, затем происходит расщепление адениловых нуклеотидов до инозина и гипоксантина. Повреждения начинают принимать необратимый характер, что, в первую очередь, связано с деструктивными изменениями в сарколеммной мембране. В связи с увеличением ее проницаемости нарушается ионный баланс в клетках, происходит их перегрузка кальцием. На этой необратимой стадии происходит набухание, а затем разрушение митохондрий. Нарушение сарколеммной мембраны сопровождается выбросом в кровь компонентов поврежденной цитоплазмы, в том числе цито-плазматических ферментов. На этом основана ферментативная диагностика инфаркта миокарда.

Полный распад адениловых нуклеотидов в миофибриллах и перенасыщение их кальцием приводит вначале к развитию контрактуры, а затем и к полному разрушению миофибрилл.

Длительная безостановочная деятельность миокарда, всех его структур, кроме энергетических процессов, требует постоянной деятельности генетического аппарата миокардиоцитов, благодаря которому на основе ДНК происходит синтез белковых структур из аминокислот и непрерывное обновление, а при необходимости и гипертрофия клеточных структур.

Интенсивность всех упомянутых процессов, обусловливающих сокращение миокарда, зависит от выполняемой физической работы и может быстро изменяться в значительных пределах. В норме все системы сердца (сократительная, кровообращение, энергетические процессы, проводящая система и т.д.) регулируются нейроэндокринной системой и работают сопряженно, абсолютно синхронно. Если же нарушается их регуляция или происходит «полом» в каком-то одном звене этой сложнейшей системы, неизбежно нарушается деятельность других звеньев и работа сердца в целом.

- Читать далее "Сосудистая система: артерии большокого круга кровообращения"

Оглавление темы "Физиология сердечно-сосудистой системы":
  1. Анатомия и физиология сердца для кардиолога
  2. Иннервация сердца - сердечные нервы
  3. Кровоснабжение сердца - кровообращение миокарда
  4. Проводящая система сердца - пучки Гиса, волокна Пуркинье
  5. Физиология сокращения миокарда - механизмы
  6. Метаболизм миокарда - энергетические процессы в сердечной мышце
  7. Сосудистая система: артерии большокого круга кровообращения
  8. Вены большого и малого кругов кровообращения
  9. Кровяное депо организма. Где хранится кровь?
  10. Возраст как причина атеросклероза

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: