1. Субстраты и обмен веществ
2. Энергетические запасы и кровоснабжение сердечной мышцы
3. Резюме
4. Список использованной литературы

а) Субстраты и обмен веществ. Сердечная мышца получает энергию за счет расщепления жирных кислот, лактата и глюкозы, причем эти субстраты взаимозаменимы; для удовлетворения энергетической потребности миокарда необходим кислород.

1. Метаболические субстраты. Для непрерывной работы сердца необходимо постоянное поступление питательных веществ, в том числе в состоянии покоя. Сердечная мышца очень хорошо защищена от колебаний уровня различных субстратов в плазме крови, поскольку в зависимости от потребности она может переключаться с жирных кислот на лактат или глюкозу.

Хотя в норме эти вещества обеспечивают более 90% энергетических потребностей миокарда в состоянии покоя, вклад пирувата, кетоновых тел и аминокислот составляет около 10% (рис. 1).

Роль лактата увеличивается при физической нагрузке, когда скелетная мускулатура при относительном ограничении кровоснабжения работает в анаэробных условиях и интенсивно выделяет лактат. Поскольку здоровый миокард даже при тяжелой физической работе кровоснабжается адекватно и потому работает в аэробном режиме, лактат здесь метаболизируется.

Таким образом, сердечная мышца способствует регуляции кислотно-щелочного баланса при физической работе.

2. Метаболические пути. Как показано на рис. 2, из таких субстратов, как жирные кислоты, лактат и глюкоза, образуются восстановительные эквиваленты в форме НАДН/H⁺ и ФАДН₂ В аэробных условиях в дыхательной цепи и при участии кислорода они превращаются в воду и НАД или ФАД. В свою очередь, АДФ фосфорилируется до АТФ. В ограниченных количествах макроэргические фосфаты (АТФ, ГТФ) образуются в процессе гликолиза и в цитратном цикле.

Превращение АТФ в АДФ также делает возможным обратимое фосфорилирование креатина. Впоследствии креатинфосфат за счет креатинкиназной реакции выполняет роль буфера, препятствующего резким колебаниям уровня АТФ.

3. Уровень метаболизма. За счет обмена веществ в миокарде в покое может вырабатываться АТФ в количествах 20-30 мкмоль/мин на 1 г сердечной мышцы. Это соответствует потреблению кислорода 4-5 мкмоль/мин на 1 г миокарда (примерно 100 мкл О₂ в минуту на 1 г). Потребление кислорода во всем сердце (300 г) достигает 25-30 мл/мин, что соответствует 10% кислородных затрат организма (масса сердца составляет 0,5% от массы тела).

Потребление кислорода в сердце преимущественно происходит в кардомиоцитах, участие клеток эндотелия и гладкомышечных клеток сердца очень невелико. При наличии субстрата эндотелиальные и гладкомышечные клетки могут удовлетворять свои энергетические потребности анаэробно.

4. Аэробные и анаэробные условия. В анаэробных условиях обмен восстановителей в дыхательной цепи приостанавливается из-за нехватки кислорода. В результате накапливаются восстановительные эквиваленты НАДН/Н⁺ и ФАДН₂, что оказывает обратный эффект на равновесие между лактатом и пируватом (рис. 2).

Поскольку последний также постоянно образуется в анаэробных условиях из глюкозы или гликогена в процессе гликолиза, в присутствии высоких концентраций НАДН/Н⁺ в сердечной мышце образуется лактат. Общее образование лактата (концентрация в коронарных венах больше, чем в коронарных артериях) служит признаком недостаточного снабжения миокарда кислородом.

б) Энергетические запасы и кровоснабжение сердечной мышцы. Запасов АТФ и кислорода в сердечной мышце хватает всего на несколько секунд для поддержания неограниченной сократительной функции.

Интенсивному обмену АТФ и кислорода, описанному выше, противостоят очень ограниченные запасы этих метаболитов в миокарде. Содержание АТФ в миокарде составляет примерно 5 мкмоль/г, содержание креатинфосфата примерно 7 мкмоль/г. Резервы кислорода в миокарде (гемоглобин и миоглобин) составляют около 0,4 мкмоль/г.

Если предположить, что расход АТФ составляет 20-30 мкмоль * мин^-1 * г^-1, а потребление кислорода 4-5 мкмоль * г^-1, то время функционирования миокарда при прекращении кровоснабжения составляет всего несколько секунд, после чего развиваются значительные функциональные нарушения.

Безопасный период до появления необратимых изменений (время поддержания структуры) длится значительно больше (примерно 20 мин), поскольку миокард располагает целым рядом эндогенных механизмов защиты. Через 20 мин нормотермической ишемии (нарушение кровоснабжения) развивается некроз сердечной мышцы (инфаркт миокарда).

P.S. Ишемический синдром. Ишемия возникает в результате нарушения перфузии миокарда по отношению к его потребности в кровоснабжении. В связи с этим можно наблюдать следующие нарушения:

• При умеренной гипоперфузии сократительная способность миокарда уменьшается в течение секунд. Это снижает потребность миокарда в кислороде и адаптирует его к сниженной перфузии («спящий миокард»). Если ограничение перфузии оказывается продолжительным (недели, месяцы), то развиваются морфологические изменения (набухание клеток, повреждение миофибрилл, отложение гликогена).

Если сопутствующий интерстициальный фиброз не интенсивен, то функция миокарда может полностью нормализоваться после успешной реваскуляризации.

• Краткие периоды ишемии в течение 5-15 мин также приводят к ухудшению функции миокарда, которое сохраняется в течение нескольких дней или даже недель («оглушенный миокард»).

• Клинически важным защитным механизмом является прекондиционирование. Речь идет о развитии толерантности к ишемии, вызванной кратковременными ишемическими периодами (продолжительностью 2-5 мин). Во время транзиторной ишемии, например, образуется аденозин или брадикинин. Они активируют через свои рецепторы сложные сигнальные каскады, в которых задействованы протеинкиназы С, тирозинкиназы и МАР-киназы.

Вероятно, эта активация предотвращает открывание пор в митохондриях и, следовательно, индукцию апоптоза или некроза клеток.

в) Резюме. Субстраты и обмен веществ. Энергетические потребности сердечной мышцы могут быть удовлетворены разными группами субстратов: жирными кислотами, лактатом и глюкозой. Достаточная продукция энергии при расщеплении этих веществ осуществляется только в аэробных условиях (окислительное фосфорилирование).

Общая продукция лактата (концентрация в коронарных венах больше, чем в коронарных артериях) служит метаболическим признаком недостаточной оксигенации миокарда. Поскольку запасы энергии и кислорода в миокарде ограниченны, при прекращении кровоснабжения (ишемии) сократительная функция нарушается через несколько секунд. Активность миокарда может восстановиться в случае, если реперфузия начинается не позже чем через 20 мин.

P.S. Ишемическая болезнь сердца:

- Патофизиология. В основе нарушения функции эндотелия под влиянием локальных гемодинамических факторов лежит прогрессирующее воспаление стенки сегмента эпикардиальной артерии, сопровождающееся появлением кальцинированных отложений липидов и обструкцией сосуда (стенозирующий атеросклероз коронарных сосудов).

Дополнительно к этому клиническую картину при дисфункции эндотелия определяют локальные тромбозы (коронарные тромбозы) и нарушение регуляции сосудистого тонуса (коронарные спазмы). Основным и наиболее частым последствием ишемической болезни сердца при недостаточном кровоснабжении миокарда является его некроз (инфаркт миокарда). Это заболевание представляет одну из наиболее распространенных причин инвалидности и смертности в развитых странах.

- Факторы риска. Ишемическая болезнь сердца в основном проявляется в преклонном возрасте при наличии различных факторов риска, таких как сахарный диабет, дислипопротеинемия, гипергомоцистеинемия, артериальная гипертензия и курение. Кроме того, существует генетическая предрасположенность к инфаркту миокарда.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Коронарный кровоток - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 5.6.2025