Метаболізм міокарда - енергетичні процеси у серцевому м’язі
Основним джереломенергії, що забезпечує основну механічну діяльність міокарда, є АТФ. Енергетичні процеси міокардіоциту протікають у мітохондріях, які займають близько 30-40% обсягу міокардіальної клітини. У тканині провідної системи, більш адаптованої порівняно з скорочувальними клітинами до анаеробного метаболізму, мітохондрії займають приблизно 10% обсягу.
Первиннименергетичним субстратому м'язі серця є жирні кислоти, глюкоза, лактат (молочна кислота), піруват (піровиноградна кислота), кетонові тіла і, меншою мірою, амінокислоти.
Ці речовини надходять у міокардіоцити з плазми крові. У нормі більшість енергії, близько 70 %, утворюється при окисленні жирних кислот, інші 30 % - переважно з допомогою окислення глюкози. Питома вага глюкози в енергозабезпеченні міокардіоцитів підвищується у разі збільшення її концентрації у крові в присутності інсуліну, при збільшеному вмісті катехоламінів, а також за умов гіпоксії та зменшення вмісту у крові жирних кислот.
Вуглеводи з точки зору хіміїможна визначити як альдегідні або кетонові похідні поліатомних (що містять більше однієї ОН-групи) спиртів. Вуглеводи поділяються на: 1) моносахариди (глюкоза, гліцероза, фруктоза, рибоза, еритрозу та ін), які не можуть бути гідролізовані до більш простих форм; 2) дисахариди (сахароза, мальтоза, лактоза), які при гідролізі дають дві молекули моносахаридів; 3) олігосахариди (мальтотріозу) при гідролізі дають 3-6 моносахаридів; 4) полісахариди (крохмаль, декстрини), що дають при гідролізі більше 6 молекул моносахаридів.
Найбільш важливимвуглеводомє шестивуглецевий цукор глюкоза. Основна маса вуглеводів в організм, а потім і вкров людини надходить із їжею як глюкози. У глюкозу перетворюються на печінки та інші вуглеводи, а також інші вуглеводи в печінці можуть утворюватися з глюкози. Вона є важливим джерелом енергії у організмі. Глюкоза в печінці перетворюється на глікоген, що є формою збереження енергії, а також рибозу, що міститься в нуклеїнових кислотах.
Дуже поширеним харчовим вуглеводом є полісахарид крохмаль, який міститься в злакових культурах, картоплі, бобових та інших рослинах. Головні компоненти крохмалю - амілопектин, що становить 80-85% складу, і амілоза, частку якої припадає 15-20% складу.
Найважливішою частиною харчових продуктів є ліпіди. З хімічної точки зору - це велика гетерогенна група сполук, загальними властивостями яких є їхня нерозчинність у воді та розчинність у неполярних розчинниках (ефірі, хлороформі, бензолі). Жири важливі не тільки внаслідок високої енергетичної цінності, а й тим, що в натуральних жирах містяться жиророзчинні вітаміни та «незамінні жирні кислоти (вітамін F)», які не можуть синтезуватись в організмі.
Білковоліпідні комплекси(ліпопротеїди) є найважливішими компонентами клітинних мембран, мітохондрій, служать основною транспортною формою ліпідів у струмі крові.
Із загальної кількостіліпідівз плазми крові в міокардіоцити шляхом пасивної дифузії через клітинну мембрану проникають лише вільні жирні кислоти. Ліпопротеїди та тригліцериди також можуть використовуватися міокардом як енергетичний матеріал, але тільки після їх розщеплення під впливом ліпопротеїдліпази та ліпази ендотелію капілярів до вільних жирних кислот. У клітинах вільні жирні кислоти активуються з використанням АТФ та утвореннямацетил-коензима-А (ацетил-КоА). Ацетил-КоА окислюється в циклі трикарбонових кислот до вуглекислоти та води.
До речі,ацетил-КоАє основним субстратом, джерелом ендогенного синтезу холестерину. Швидкість аеробного окислення вільних жирних кислот і вуглеводів тісно пов'язана з кількістю кисню, що споживається. Обсяг споживаного кисню, своєю чергою, пов'язаний прямої лінійної залежністю із кількістю роботи, виконуваної серцем. Енергія, що утворюється при окисленні вільних жирних кислот та глюкози, використовується для синтезу АТФ та креатинфосфату.
Велике значеннядіяльностівсіх клітинних структур, у тому числі міокарда, мають електроліти і мікроелементи. Особливо велике значення калію, магнію, кальцію. Магній, наприклад, бере участь у діяльності близько 300 ферментів, зокрема креатинкінази, аденілатциклази, фосфофруктокінази, K-Na-АТФ-ази, Са-АТФ-ази та ін. Магній має велике значення в реакціях окисного фосфорилювання, синтез білка, обмін нуклеїнових кислот і ліпідів, а також в освіті багатих на енергію фосфатів. Особлива роль належить магнію у трансмембранному транспорті.
Відомо, що мітохондрії є тими субстратами клітини, тими її «енергетичними, силовими станціями», в яких утворюється енергія, необхідна для виконання всіх інших функцій клітини, в тому числі для здійснення скорочувальної функції кардіоміоцитів.
На внутрішній поверхні внутрішньої мембрани мітохондрій розташовуються у вигляді окремих груп, або функціональних одиниць, так звані дихальні ансамблі. У кожній мітохондрії міокардіоцитів міститься близько 20000 дихальних ансамблів. Вони здійснюється цикл Кребса, освіту АТФ. Мітохондрії в кардіоміоцитах розташовуються в безпосередній близькостівід міофібрил. Завдяки цьому, щоб досягти скорочувальних елементів міофібрил молекули АТФ дифундують на дуже коротку відстань.
Основним джерелом енергії, що забезпечує механічну роботу серця, є АТФ. В АТФ акумулюється 40-50% енергії, що звільняється в ході окислювальних процесів, решта енергії розсіюється у вигляді тепла. Система АТФ АДФ діє як переносник хімічної енергії, оскільки в ході сполучених реакцій, що протікають із споживанням енергії, АТФ, що утворилася, може відщеплювати кінцеву фосфатну групу і знову перетворюватися на АДФ.
З загальної кількості АТФ для безпосереднього використання її в скороченні міокардіоцитів доступна лише невелика частина, яка локалізована в міофібрилах і біля мембран (локальні пули АТФ). Зв'язок між різними пулами АТФ здійснюється через креатинфосфат. Активність міозин-АТФ-ази визначає швидкість утворення та розпаду генеруючих містків між актином та міозином, а отже, силу та швидкість скорочення міокарда.
При частковому або повному припиненні доступу кисню вміокардіоцитизменшується або зовсім припиняється окислення вільних жирних кислот і активується анаеробний гліколіз з утворенням молочної кислоти. Однак цей процес не забезпечує достатньої кількості енергії, необхідної для скорочення серця. На початковій, оборотній стадії ішемічного пошкодження міокардіоцитів швидке зменшення їх скоротливості у зв'язку з дефіцитом енергії відбувається паралельно зі значним зменшенням креатинфосфату та меншим зниженням АТФ. Накопичення в клітинах і крові молочної (лактатацидемія), піровиноградної кислот призводить до зсувів КЩС у кислу сторону, що є важливим додатковим фактором, що посилюєметаболічні порушення на фоні ішемії міокарда
Повний розпад аденілових нуклеотидів вміофібрилі перенасичення їх кальцієм призводить спочатку до розвитку контрактури, а потім і до повного руйнування міофібрил.
Тривала безупиннадіяльність міокарда, всіх його структур, крім енергетичних процесів, вимагає постійної діяльності генетичного апарату міокардіоцитів, завдяки якому на основі ДНК відбувається синтез білкових структур з амінокислот та безперервне оновлення, а при необхідності і гіпертрофія клітинних структур.
Інтенсивність всіх згаданих процесів, що зумовлюють скорочення міокарда, залежить від виконуваної фізичної роботи і може швидко змінюватися в значних межах. У нормі всі системи серця (скоротлива, кровообіг, енергетичні процеси, провідна система тощо) регулюються нейроендокринною системою та працюють сполучено, абсолютно синхронно. Якщо ж порушується їх регуляція або відбувається «підлогою» в одній ланці цієї складної системи, неминуче порушується діяльність інших ланок і робота серця в цілому.