Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) включают в себя широкий круг болезней и, скорее всего, очень интересуют большинство читателей, представляя наиболее острую проблему современной медицины. Смертность от патологии сердца и сосудов в глобальном масштабе вышла на первое место наряду с опухолями (в зависимости от конкретного региона или страны, ССЗ и онкология меняются местами в топ-листе причин смерти).
Стенокардия, ишемия, застойная сердечная недостаточность, диастолическая дисфункция – все эти проблемы берут начало в нарушении энергетической функции митохондрий. Следует подчеркнуть, что они не только возникают в результате дефицита энергии в клетках, но и в свою очередь приводят к вымыванию пуринов – строительных блоков АТФ – из внутреннего пространства клетки. Когда пурины покидают клетку, они трансформируются в мочевую кислоту: стало быть, высокий уровень мочевой кислоты в организме больного человека с высокой степенью вероятности говорит о нарушениях в синтезе АТФ (важная информация для врача, принимающего решение о выборе способа лечения).
В обычной ситуации без внешней поддержки сердцу требуется примерно две недели (а в некоторых случаях и несколько месяцев) для того, чтобы компенсировать урон в АТФ, вызванный ишемическим приступом (необходимо учитывать еще и то обстоятельство, что помимо восстановления утраченного сердце должно вырабатывать энергию для удовлетворения своих актуальных потребностей). Поэтому большинство больных ишемией нуждаются в особом лечебном питании, которое позволяет сравнительно быстро восстановить внутренний энергетический баланс. Подробно об этом виде терапии мы поговорим в главе 3.
Наибольшая часть нашей сердечно-сосудистой системы состоит из гладких мышц (эти мышцы относятся к непроизвольным мышцам, то есть их сокращение не зависит от сознательного контроля). Давайте поговорим об их значимости, а также о последствиях в нарушении их функционирования. Гладкие мышцы представлены в кровеносных сосудах и коже, а также в органах, в том числе в желудке, кишечнике, мочевом пузыре, дыхательных путях, матке, пещеристых телах пениса и клитора. Кроме того, радужная оболочка и хрусталик глаза содержат сфинктер и дилататор зрачка (гладкие мышцы, регулирующие величину зрачка в зависимости от освещенности), а волосы (кроме волос в области подбородка и лобка) обеспечены специальными мышечными «поднимателями».
Первичным органом контроля гладких мышц являются центры вегетативной нервной системы (ВНС, автономная нервная система находится вне сознательного контроля и управляет непроизвольными действиями организма, включая, например, переваривание пищи). Помимо вегетативной нервной системы гладкие мышцы управляются гормонами и другими локальными химическими сигналами. Гладкие мышцы совершают длительные тонические сокращения и медленные ритмические движения (например, медленные ритмические сокращения гладких мышц желудка, кишечника, мочеточников и других полых органов способствуют перемещению их содержимого; длительные же тонические сокращения гладких мышц сфинктеров полых органов препятствуют произвольному выходу их содержимого). Скелетные мышцы, напротив, находятся под сознательным контролем. Именно их мы напрягаем и расслабляем, решив протянуть руку или сделать шаг.
Сокращение волокон гладких мышц (проявляющееся в уменьшении длины их клеток) – управляемый процесс. Активность некоторых гладких мышц находится на низком уровне при отсутствии внешних стимулов. Такая активность называется тонусом гладкой мускулатуры, и его интенсивность варьирует в зависимости от тех или иных факторов. Держите это в уме, когда мы будем обсуждать, как это связано с такими заболеваниями, как гипертония (раздел «Кофермент Q10»).
Вне зависимости от конкретного стимула сокращение гладкой мускулатуры вызывается потоком ионов кальция, которые проникают в цитозоль из саркоплазматического ретикулума (мембранной органеллы мышечных клеток, главная функция которой – запасание ионов кальция) и связываются с кальмодулином – небольшим кальций-связывающим белком-медиатором кальциевой регуляции. В результате активируется другой белок под названием миозин. Это один из главных компонентов сократительных волокон мышц. При соединении миозина с еще одним белком – актином – образуется актомиозин – основной структурный элемент сократительной системы мышц (при этом головки миозина образуют поперечные мостики, связывающие между собой актиновые и миозиновые нити). Актомиозиновый комплекс обладает АТФазной активностью, то есть способен расщеплять АТФ, при этом высвобождается энергия в значительном объеме, которая необходима для обеспечения мышечной сократительной активности.
Процесс же расслабления гладкой мускулатуры начинается с удаления ионов кальция из цитозоля и активизации фермента, который деактивирует миозин (речь идет о фосфатазе легких цепей миозина (ФЛЦМ), которая дефосфорилирует миозин и препятствует сокращению определенных клеток).
Многие не понимают, что расслабление мышц (удлинение мышечных клеток) требует значительного количества энергии. Будь это сознательное решение расслабить скелетные мышцы или непроизвольное расслабление гладкой мускулатуры, этот процесс требует понижения концентрации ионов кальция. Они должны быть выведены из цитозоля в эндоплазматический ретикулум. Однако достижение этой цели подразумевает использование соответствующего насоса и обеспечение его энергией, поскольку ионам кальция приходится преодолевать сопротивление градиента концентрации. Энергия эта, как мы понимаем, производится посредством АТФ. Находящийся в мембране эндоплазматического ретикулума фермент под названием кальций-магниевая АТФаза, будучи активированным, связывает два иона кальция и переносит их во внутреннюю часть эндоплазматического ретикулума, где они «консервируются» для дальнейшего использования.
На поверхности этого ионного насоса находятся два центра связывания АТФ, и АТФ должна быть прикреплена к ним, чтобы они работали. Но здесь есть нюансы. Первый из этих центров обладает высокой аффинностью связывания с АТФ, и любая молекула аденозинтрифосфата, находящая в пределах его досягаемости, оперативно стыкуется с ним. После этого молекула АТФ расщепляется и превращается в АДФ. Второй же центр связывания не притягивает АТФ с той же легкостью. АТФ состыкуется с ним только в том случае, если энергомолекул столько много, что какая-то из них обязательно да попадет в «лузу». Но это означает необходимость особенно активного синтеза АТФ.
Состояние трупного окоченения – хороший пример того, что расслабление мышц требует больше АТФ, нежели их сокращение. После смерти кислород и питательные вещества больше не доставляются в мышцы, что приводит к остановке производства АТФ. Без достаточного количества АТФ ионы кальция не выводятся из клеток, вследствие чего мышцы больше не могут расслабиться.
Для работы кальций-магниевой АТФазы также необходимы ионы магния. Они связываются с каталическим центром этого фермента, содействуя запуску соответствующих биохимических реакций. Без магния фермент не сможет функционировать, гладкие мышцы – расслабляться (что влечет за собой повышенное кровяное давление, проблемы с сердцем и нарушения дыхания). Если вы слышали, что магний способствует оптимизации работы мышц и их расслаблению, то теперь знаете, почему это так.
Давайте теперь обратимся к основной части сердечно-сосудистой системы – собственно, к сердцу. Человеческое сердце состоит из четырех камер: двух предсердий (левое и правое) и двух желудочков (левый и правый). Систола – одно из состояний сердечной мышцы при сердцебиении, а именно сокращение левого и правого желудочков и выброс крови в аорту из левого желудочка и в легочный ствол из правого желудочка. Фракция выброса сердца – это показатель объема крови, выталкиваемой в момент его сокращения систолы в просвет аорты. Рассчитывается фракция выброса исходя из соотношения объема крови, выбрасываемой в аорту, к объему крови, находящейся в левом желудочке в момент его расслабления, – обычно это порядка 50–70 %. Как это ни парадоксально на первый взгляд, сокращение сердечной мышцы требует меньше всего энергии во всем цикле сердцебиения. Дело в том, что все мышечные клетки (как гладких, так и скелетных мышц), включая клетки сердца, способны сокращаться даже при чрезвычайно низком уровне энергии (просто после этого они не смогут расслабиться).
За систолой следует диастола, при которой происходит расширение полостей сердца, вызванное последовательным расслаблением мышц предсердий и желудочков, во время которого оно заполняется кровью. Эта фаза сердечного цикла обычно длится не дольше трети секунды, но требует больше всего энергии. На это есть две причины, о которых мы только что говорили. Во-первых, энергия необходима для «размыкания» связей, установленных во время систолы (периода сокращений), что позволяет мышце вернуться в состояние покоя. Во-вторых, энергия нужна для удаления из клеток ионов кальция.
Без достаточного количества АТФ ионы кальция не могут быть выкачаны из клеток сердечных мышц, а сердце, соответственно, не может расслабляться и в достаточной степени наполняться кровью. Если это происходит, речь идет о диастолической дисфункции. Начальные стадии диастолической дисфункции характеризуются утолщением (гипотрофией) и одеревенением стенок сердечной мышцы (прежде всего, левого желудочка). Сочетание гипертрофии и одеревенения повышает кровяное давление и уменьшает количество крови, выталкиваемой из сердца во время систолических сокращений (пониженная фракция сердца). В результате сердце не может расслабляться и наполняться кровью, что в еще большей степени усугубляет его положение.
Несмотря на сохранение относительно нормальной систолической функции, диастолическая дисфункция – это ранний признак серьезных нарушений работы сердца: застойной сердечной недостаточности. Все кардиологи стремятся сохранить диастолическую функцию своих пациентов, и залогом этому являются обширные запасы АТФ.
Еще один энергозатратный процесс, связанный с сердечной деятельностью, представляет собой поддержание ионного баланса. Между входящим в клетки сердца и исходящим из него потоками должно сохраняться динамическое равновесие, необходимое для сохранения нормального электрохимического градиента, определяющего направление движения ионов через мембрану. Именно электрохимический градиент отвечает за сохранение нормального (регулярного) сердечного ритма. При анормальном электрохимическом градиенте в клетках сердца сердцебиение становится нерегулярным, возникают нарушения частоты, ритмичности и последовательности сокращений отделов сердца (аритмия).
Повышенные энергетические потребности сердца удовлетворяются малыми дозами АТФ. В результате запас АТФ должен постоянно снова и снова пополняться, и в этом заключается функция наших митохондрий. Надеюсь, теперь вы можете оценить, насколько важную роль митохондрии играют в «сердечных» вопросах, в том числе жизни и смерти. Впрочем, вскоре вы увидите, что их значимость выходит далеко за пределы сердечно-сосудистой системы: митохондрии представляют собой ключевой фактор, определяющий состояние практически любой функциональной системы организма.
Войти с помощью соц. сетей: