Итак, мы рассмотрели механизм мышечного сокращения. Разумеется, что здесь не ставилась задача детального рассмотрения этого процесса. Главная задача показать пример использования энергии АТФ, образованию которой в митохондриях мы уделили много места. Если сравнить работу автомобильного двигателя и рассмотренного здесь сократительного мышечного аппарата, то свечу зажигания можно уподобить ферменту миозиновой «головки» актомиозинового комплекса. Подобно тому как свеча в нужный момент образует искру, которая воспламеняет горючую смесь и образует энергию взрыва, приводящую в движение поршни, миозиновая «головка» после поступления нервного импульса и ионов кальция гидролизует АТФ с высвобождением энергии, которая используется для изменения конформации головки миозина и последующего «механизма скольжения» механизма мышечного сокращения. Ресинтез расходуемой в скелетных мышцах АТФ осуществляется за счет креатинфосфата, который образуется из АТФ и креатина в период расслабления мышцы, когда потребность в АТФ снижается. В период сокращения мышцы и потребности в АТФ фосфорильный остаток с креатинфосфата переносится на АДФ, в результате чего синтезируется АТФ. Креатин при этом превращается в креатинин. Ресинтез АТФ из креатинфосфата осуществляется буквально за доли секунды, обеспечивая мышце восстанавливать энергетику в процессе сокращений. Заметим здесь, что креатинурия (повышенное выделение с мочой креатина) является признаком патологического состояния мышечной ткани.
Представленный здесь материал имеет в основном познавательное значение. Приведем некоторые сведения, имеющие практическое значение. Можно поражаться сложностью структур и процессов, обеспечивающих «движение» в нашем организме. Однако сколь надежна работа этого актомиозинового «двигателя»? К сожалению, патология мышц распространенное заболевание. Саркопения возрастное дегенеративное изменение скелетных мышц, приводящее к потере мышечной массы и силы, опасное заболевание. Его развитие характеризуется уменьшением количества и объема миофибрилл. Важную роль также играет белок миостатин, который подавляет рост и дифференцировку мышечной ткани. Исследование сердец кроликов, которых посадили в ограничивающие их движение тесные клетки на 70 суток, показало, что миофибриллы, благодаря которым мышца сокращается, атрофировались. Такое может случиться и с нами при длительном сидении на работе и комфортном пребывании перед телевизором на диване дома. Поэтому целесообразно еще в молодом возрасте самостоятельно обратиться к знаниям о том, как сохранить здоровье наших мышц, как части опорно-двигательного аппарата. Говоря о пользе тренировок, читателю важно понять, что в ответ на мышечное сокращение (то есть только при физической нагрузке) в скелетных мышцах вырабатываются гормонально активные вещества миокины. Выделяемые в кровоток мышечными волокнами миокины действуют положительно как в самых мышцах, так и по принципу эндокринной регуляции, оказывая влияние на жировую ткань, печень, мозг и др. органы. Таким образом, мышцы выполняют в организме не только двигательную функцию, но и работают как эндокринный орган. Снижение двигательной активности отражается на всех органах и ведет к гиподинамическому синдрому.
Еще одно замечание практического свойства. Выше мы отметили, что в состав аппарата миофибрилл кардиомиоцита входит регуляторный белок тропонин. В нормальных условиях тропонин не поступает в кровоток, однако при инфаркте миокарда концентрация сердечных тропонинов резко возрастает, и этот белок поступает в кровоток. Повышение уровня тропонина в крови отмечается через 46 часов после острого сердечного приступа, достигает своего максимального значения на 2-й день после инфаркта и сохраняется до 810 дней. Современные тесты определения сердечных тропонинов позволяют выявить мелкоочаговый инфаркт. Поэтому при подозрении перенесенного «на ногах» инфаркта имеется возможность подтвердить его наличие путем определения концентрации тропонина.
Историческая справка. Несомненно, что раскрытие механизма преобразования энергии химических связей АТФ в механическую работу мышц стало очередной разгадкой сложнейшего механизма фунционирования нашего организам, а исследователи этой разгадки достойны их упоминания.
АТФ-азную активность миозина впервые (1939 г.) обнаружил выдающийся русский биохимик В. А. Ангельгардт со своей женой и сотрудницей М. Любимовой-Энгельгардт, что приесло им научную известность и сталинскую премию. Одновременно в эти же годы венгерский биохимик Сент-Дьердьи выделил миозин из мышцы кролика и сформировал из него тонкие нити. Когда он добавил к ним АТФ, нити быстро сократились на треть, как при сокращении мышечного волокна. Позже Сент-Дьердьи говорил: «Увидеть, как миозин быстро сокращается и как впервые вне организма воспроизводится древний и таинственный признак живого движение было самым волнующим моментом в моей работе». Затем этот ученый с мировым именем (до этого он получил Нобелевскую премию за исследования в области биологического окисления) основал институт исследования мышц, открыл актомиозиновый комплекс и был удостоен еще одной очень престижной премии Ласкеровской премиии.
Итак, в норме универсальный источник энергии АТФ поставляет «горючее» для универсального молекулярного двигателя актомиозинового белкового комплекса, и наше сердце исправно «стучит». Однако в эту стройную картину энергообразования и работы сердца, к сожалению, часто вмешиваются рассмотренные нами выше атеросклеротические бляшки, которые нарушают рассмотренные процессы и являются главным патологическим фактором в формировании ишемической болезни сердца и развитии инфаркта миокарда. Так какие же процессы происходят при ишемии? Как обеспечивается выработка АТФ и жизнеспособность миокарда в условиях ишемии? Каким образом формируется опасный для жизни инфаркт? Эти вопросы мы обсудим в завершающем параграфе этой главы.
Энергоснабжение миокарда
в нормальных условиях и при ишемии. Инфаркт миокарда
Сущность грудной жабы как клинического синдрома сводится к двум основным пунктам: боль и смерть. Правилом можно считать положение, что каждый припадок грудной жабы может быть последним.
Д. Д. Плетнев (18711941), выдающийся русский врач-терапевт, один из основоположников отечественной кардиологииПриведенные в эпиграфе слова принадлежат знаменитому врачу и научному деятелю, исключительно образованному человеку Дмитрию Дмитриевичу Плетневу, ученому с трагической судьбой (был расстрелян в 1941 году по ложному обвинению в «антисоветском» заговоре). В словах этого талантливого врача сквозит грустная мысль, что очередной припадок грудной жабы (приступ стенокардии) может быть последним, то есть привести к смерти (инфаркту миокарда).
С периода деятельности этого ученого прошло много времени. Остались ли забытыми сердечные приступы и связанная с ними преждевременная смерть? Далеко нет. Но так ли уж неизбежен инфаркт миокарда при возникшей стенокардии? Конечно же, сравнить положение современного «сердечника» с таким же пациентом более отдаленного времени никак нельзя. Сегодня разработаны и внедрены в практику различные лекарственные препараты, обеспечивающие не только жизнь, но и трудоспособность пациента с признаками ИБС. Разумеется, что разработка современных лекарств базируется на знании механизмов, протекающих в сердце в условиях ишемии. Так что же теперь известно о механизмах развития стенокардии и инфаркта миокарда?
В рамках обозначенной в книге темы мы рассмотрим только узкий вопрос: как возникает та самая «грудная жаба», которая может закончиться трагически смертельным сердечным приступом. Почему ослабевает, а затем и прекращается работа сердечной мышцы? Конечно же, наш читатель, ознакомившийся с изложенными выше сведениями, может уже ответить на эти вопросы: причиной стенокардии является ишемия, ограничивающая доступ поставляемого кровью кислорода и приводящая к гипоксии. Однако это ответ в общем виде. Чтобы раскрыть природу явлений, лежащих в основе развития «грудной» жабы, необходимо понять, как изменяется энергоснабжение миокарда в условиях ишемии, как изменяется выработка энергии АТФ, которая обеспечивает, как мы уже знаем, работу нашего сердца.
Основными субстратами для выработки АТФ являются глюкоза и свободные жирные кислоты (СЖК), окисление которых и сопровождается высвобождением энергии.
Начнем с глюкозы и посмотрим, каким образом она участвует в снабжении миокарда энергией. Распад глюкозы приводит к образованию пирувата (пировиноградная кислота), который при аэробных условиях (при отсутствии дефицита кислорода) превращается в упоминаемый нами ранее ацетил-КоА, являющийся, как мы уже знаем, субстратом для цикла Кребса. После завершения всего комплекса окислительно-восстановительных реакций из одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Этого количества энергии, образующейся при аэробном гликолизе, недостаточно для нормальной работы миокарда.