Миокарден метаболизъм - енергийни процеси в сърдечния мускул
Основният източник наенергия, осигуряващ основната механична активност на миокарда, е АТФ. Енергийните процеси на миокардиоцита протичат в митохондриите, които заемат около 30-40% от обема на миокардната клетка. В тъканта на проводящата система, която е по-адаптирана към анаеробен метаболизъм от контрактилните клетки, митохондриите заемат приблизително 10% от обема.
Основниятенергиен субстратв сърдечния мускул са мастни киселини, глюкоза, лактат (млечна киселина), пируват (пирогроздена киселина), кетонни тела и в по-малка степен аминокиселини.
Тезивеществавлизат в миокардиоцитите от кръвната плазма. Обикновено основното количество енергия, около 70%, се образува при окисляването на мастни киселини, останалите 30% се дължат главно на окисляването на глюкозата. Делът на глюкозата в енергоснабдяването на миокардиоцитите се увеличава в случай на повишаване на концентрацията му в кръвта в присъствието на инсулин, с повишено съдържание на катехоламини, както и при условия на хипоксия и намаляване на съдържанието на мастни киселини в кръвта.
Въглехидратите от гледна точка на химиятамогат да бъдат определени като алдехидни или кетонови производни на многоатомни (съдържащи повече от една ОН група) алкохоли. Въглехидратите се делят на: 1) монозахариди (глюкоза, глицероза, фруктоза, рибоза, еритроза и др.), които не могат да бъдат хидролизирани до по-прости форми; 2) дизахариди (захароза, малтоза, лактоза), които при хидролиза дават две молекули монозахариди; 3) олигозахариди (малтотриоза) при хидролиза дават 3-6 монозахариди; 4) полизахариди (нишесте, декстрини), които при хидролиза дават повече от 6 молекули монозахариди.
Най-важниятвъглехидрате шест-въглеродната захар глюкоза. По-голямата част от въглехидратите в тялото, а след това вЧовешката кръв идва от храната под формата на глюкоза. Други въглехидрати се превръщат в глюкоза в черния дроб, а други въглехидрати в черния дроб могат да се образуват от глюкоза. Той е важен източник на енергия в тялото. Глюкозата се превръща в черния дроб в гликоген, който е форма на съхранение на енергия, както и в рибоза, намираща се в нуклеиновите киселини.
Многоразпространен диетичен въглехидрате полизахаридното нишесте, което се намира в зърнени култури, картофи, бобови растения и други растения. Основните компоненти на нишестето са амилопектин, представляващ 80-85% от състава, и амилоза, която представлява 15-20% от състава.
Най-важнатачаст от хранатаса липидите. От химическа гледна точка това е голяма хетерогенна група от съединения, чиито общи свойства са неразтворимостта им във вода и разтворимостта им в неполярни разтворители (етер, хлороформ, бензен). Мазнините са важни не само поради високата си енергийна стойност, но и защото естествените мазнини съдържат мастноразтворими витамини и „есенциални мастни киселини (витамин F)“, които не могат да бъдат синтезирани в тялото.
Протеиново-липидните комплекси(липопротеините) са най-важните компоненти на клетъчните мембрани, митохондриите, служат като основна транспортна форма на липидите в кръвния поток.
От общия бройлипидиот кръвната плазма, само свободните мастни киселини проникват в миокардиоцитите чрез пасивна дифузия през клетъчната мембрана. Липопротеините и триглицеридите също могат да се използват от миокарда като енергиен материал, но само след като се разцепят под въздействието на липопротеин липаза и капилярна ендотелна липаза до свободни мастни киселини. В клетките свободните мастни киселини се активират с помощта на АТФ и се образуватацетил-коензим-А (ацетил-КоА). Ацетил-КоА се окислява в цикъла на трикарбоксилната киселина до въглероден диоксид и вода.
Между другото,ацетил-КоАе основният субстрат, източник на ендогенния синтез на холестерол. Скоростта на аеробно окисление на свободните мастни киселини и въглехидратите е тясно свързана с количеството консумиран кислород. Количеството консумиран кислород от своя страна е пряко свързано с количеството работа, извършена от сърцето. Енергията, генерирана при окислението на свободните мастни киселини и глюкозата, се използва за синтеза на АТФ и креатин фосфат.
От голямо значение задейносттана всички клетъчни структури, включително миокарда, са електролитите и микроелементите. Особено висока е стойността на калий, магнезий, калций. Магнезият, например, участва в дейността на около 300 ензима, по-специално креатинкиназа, аденилатциклаза, фосфофруктокиназа, K-Na-ATPase, Ca-ATPase и др. Магнезият е от голямо значение в реакциите на окислително фосфорилиране, синтеза на протеини, метаболизма на нуклеинови киселини и липиди, както и при образуването на богати на енергия фосфати. Магнезият играе специална роля в трансмембранния транспорт.
Известно е, чемитохондриитеса онези субстрати на клетката, тези на нейните "енергийни, електроцентрали", в които се генерира енергията, необходима за извършване на всички други функции на клетката, включително контрактилната функция на кардиомиоцитите.
На вътрешната повърхностна вътрешната мембрана на митохондриитеса разположени под формата на отделни групи или функционални единици, така наречените респираторни ансамбли. Всяка митохондрия на миокардиоцитите съдържа около 20 000 респираторни ансамбли. Те осъществяват цикъла на Кребс, образуването на АТФ. Митохондриите в кардиомиоцитите са разположени в непосредствена близостот миофибрилите. Поради това, за да достигнат контрактилните елементи на миофибрилите, молекулите на АТФ дифундират на много кратко разстояние.
Основниятизточник на енергия, който осигурява механичната работа на сърцето, е АТФ. АТФ акумулира 40-50% от енергията, освободена по време на окислителните процеси, останалата част от енергията се разсейва под формата на топлина. ATP системата ADP действа като химически енергиен носител, тъй като в хода на свързани реакции, които консумират енергия, полученият ATP може да отцепи крайната фосфатна група и да се превърне обратно в ADP.
Отобщото количество АТФ, само малка част е достъпна за директна употреба при съкращението на миокардиоцитите, което е локализирано в миофибрилите и близо до мембраните (локални АТФ пулове). Комуникацията между различните групи от АТФ се осъществява чрез креатин фосфат. Активността на миозин-АТФ-аза определя скоростта на образуване и разпадане на генериране на мостове между актин и миозин и, следователно, силата и скоростта на свиване на миокарда.
При частично или пълно спиране на достъпа на кислород домиокардиоцити, окислението на свободните мастни киселини намалява или напълно спира и анаеробната гликолиза се активира с образуването на млечна киселина. Този процес обаче не осигурява достатъчно енергия за свиване на сърцето. В началния, обратим стадий на исхемично увреждане на миокардиоцитите, настъпва бързо намаляване на тяхната контрактилност поради енергиен дефицит, успоредно със значително намаляване на креатин фосфата и по-малко значително намаляване на АТФ. Натрупването на млечна киселина (лактацидемия), пирогроздени киселини в клетките и кръвта води до изместване на киселинно-алкалния баланс към киселинната страна, което е важен допълнителен фактор, утежняващметаболитни нарушения на фона на миокардна исхемия.
Пълното разграждане на адениловите нуклеотиди вмиофибрилитеи пренасищането им с калций води първо до развитие на контрактура, а след това до пълно разрушаване на миофибрилите.
Дългосрочната непрекъснатадейност на миокарда, всичките му структури, с изключение на енергийните процеси, изисква постоянна активност на генетичния апарат на миокардиоцитите, поради което на базата на ДНК се синтезират протеинови структури от аминокиселини и непрекъснато обновяване и, ако е необходимо, хипертрофия на клетъчните структури.
Интензивността на всичкиспоменати процеси, които причиняват свиване на миокарда, зависи от извършваната физическа работа и може бързо да се промени в значителни граници. Обикновено всички сърдечни системи (контрактилна, кръвообращение, енергийни процеси, проводна система и др.) се регулират от невроендокринната система и работят съвместно, абсолютно синхронно. Ако тяхната регулация е нарушена или се извършва „наполовина“ в която и да е връзка от тази най-сложна система, неизбежно се нарушава дейността на други връзки и работата на сърцето като цяло.