Биоэнергетика сердца

      20-30% Е обеспечивают лактаты. Миокард  свободно утилизирует из крови МК и ПВК. Примышечной работе лактаты все больше окисляются в миокарде, и дают 70% всей Е. Лишь припульсе 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 концентрациейАТФ, 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 регуляторнуюфункцию, участвуя в системе обратной связи между процессами образования и использования Е.Точное выяснение природы обратной связи требует дальнейшего изучения.  

3–й  раздел:                                      Реакции использования Е

     Для того, чтобы понять, как происходит сокращение мышцы сердца, необходимо знатьстроение 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 всаркомер. Они состоят из 2 типов нитей. Толстые, нити миозина, находятся по середине саркомера. Ось миозина образует легкая субъединица – L-меромиозин.   H- меромиозин  – главная, тяжелая субъединица, снабжена головками, на расстоянии 400 А°, которые образуютмостики с актином.

     Нити  актина – тонкие, расположены между  толстыми, в области Z – линии   каждая соединена с   3-4 – мя   соседнего саркомера.

     F- актин за счет   Е – АТФ может переходить в G – А, глобулярный А.  К актину прикреплен 
        тропомиозин, который не фиксирован  и может перемещаться. Он блокирует главные центры актина. Тропомиозин несет на себе тропонин.

     Тропонин  имеет 3 субъединицы:

-с TN – C – связывающая  4 Са⁺⁺;

-с TN – I – ингибитор актина;

-с TN – T – привязывает тропонин к тропомиозину.

Таким образом, тропонин – тропомиозин - в комплексе блокирует актин.

     Сейчас  о роли Са⁺⁺     в сокращении.Это универсальный  внутриклеточный мессенджер=  катализатор  реакции сокращения  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 егоконцентрация меньше, а связанного – больше, это – транслокация Са⁺⁺.   Запас Са⁺⁺ создаетсятолько 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 Na внутрь клетки, по концентрационному градиенту. Это Na – Cа – насос.  

     2-й  механизм:

     Кальциевый  насос продольных трубочек СПР быстро поглощает Са⁺⁺ из миоплазмы. СамCа 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⁺⁺  в цистерны и определяет восстановление сердечной мышцы. Благодаряему 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, ивключение механизма расслабления.

     Быстрый ток Na в клетку вызывает выход Са⁺⁺  из СПР – триггер и дает Е для удаленияCа из клетки.

     3-й  насос – K- Na, за счет Е АТФ, удаляет Na, и возвращает K. Наступает реполяризациямембраны, и клетка переходит в исходное состояние.

     Таким образом, необходимо говорить о едином механизме сопряжения возбуждения  с сокращением и расслаблением.  

     Систола

     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, ионы Са⁺⁺, Mg⁺⁺  .  Устанавливается сильная связь_это систола

     Свойства  фермента – АТФ – азы проявляет  сам H-меромиозин.Приток   АТФ  вызывает  конформацию  головок  миозина=  при той  же  концентрации  Са==  нарушается  устойчивость  мостиков  между  сократительными  белками  Это  называется  слабая  связь  За  счет  АТФ  Са  удаляется  в  СПР =присходит  расслабление  диастола

     Мостики образуются и вновь разрушаются. Таким образом, нити актина скользят между миозином к центру саркомера, каждый раз на 1 шаг - 400 А°.

     Мышца укорачивается, происходит систолическое  сокращение. В результате химическая Есвязей АТФ переходит в механическую работу  сердца .  

 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.

 Cа уходит из клетки или в СПР.

Менее выгодным  механизмом  усиления  сократимости  может б ыть  движение  внеклеточного  Са  через  ионные  каналы  мембраны    Но  этот  механизм  может  приводить  к  увеличению  электрической  нестабильности 

Процесс  движения  Са  из  СПР  регулируется  внутриклеточным  протеиновым  комплексом  ФСФЛМБ=  при фосфорилировании  которого  становится  возможной мобилизация достаточного  количества  Са

При  ХСН  кардиомиоциты  переполнены  Са=  кардиопатия  перегрузки  Снижается  систолическая  функция     нарушается  расслабление  в  диастолу 

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 увеличениеработы 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 Е