Глава 4 Формирование метаболической гетерогенности миокарда

[...]

В условиях старения организма процессы липидного обмена испытывают существенные сдвиги: перекисное окисление липидов биомембран и его ферментативная регуляция в миокарде становились гораздо менее автономными по сравнению с показателями молодых и зрелых крыс (В.В.Лемешко и др., 1987). В стареющем миокарде содержание гидроперекисей липидов существенно нарастало (В.В.Лемешко и др., 1986); аналогичная закономерность установлена также для уровня липофусцина (Nakano et al., 1992). По всей видимости, накопление неокисленных и неполностью утилизированных липидных соединений однозначно указывает на определенную невостребованность данного класса соединений в общем метаболическом пуле энергосодержащих молекул, что может в определенной ситуации способствовать формированию патологических состояний в миокарде.

Рис. 120. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Hi и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактзтдегидрогеназы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола; Д - диастола. СЭЛ - субэпикардиальная зона; ИМЗ - иитрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона: ЛЖ и ПЖ -левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Одним из важнейших вопросов, связанных с функционированием метаболического аппарата кардиомиоцитов, является выяснение тех особенностей, которые характеризуют различия в протекании энергетических реакций в различных отделах сердца. В научной литературе можно обнаружить лишь единичные сообщения по этому вопросу, причем анализ гетерогенитета различных отделов сердца по метаболическим характеристикам составлял, как правило, не основную цель исследования. В настоящее время принято полагать, что дыхательная активность митохондрий в желудочковых кардиомиоцитах приблизительно на 30% выше, чем в предсердиях (Н.Н.Клейменова и др., 1976), а процессы гликолиза, напротив, гораздо более интенсивны в предсердном миокарде (Р.А.Дробышева и др., 1978). При изучении потребления кислорода и глюкозы кардиомиоцитами развивающихся плодов кошки было показано, что задняя стенка левого желудочка потребляет вдвое больше глюкозы, чем передняя; другие изученные области желудочкового миокарда не имели значительных различий (Kostreva et al., 1991). Отсутствие различий между миокардом левого и правого желудочков сердца крыс установлено при анализе скорости гликолиза и гликогенолиза (Л.Н.Симановский и др., 1971), однако в публикации А.С.Рахметова (1986) были определены выраженные гистохимические различия в различных отделах сердца крыс по активности сукицнатдегидрогеназы (центрального фермента цикла трикарбоновых кислот).

Рис. 121. Равномерное распределение активности аэробных изоформ лактатдегидрогеназы в миокарде левого желудочка сердца 10-дневной крысы, фиксированного в состоянии диастолы. Гистохимическая реакция по Lojda. Ок.15, об.20.

Неодинаковыми оказались также биохимические и гистохимические характеристики кардиомиоцитов, фиксированных в различных фазах сердечного сокращения (А.С.Рахметов, 1986).

Метаболическая гетерогенность кардиомиоцитов в составе отдельных клеточных комплексов была отмечена в обширном цикле работ Л.М.Непомнящих с соавторами (1981; 1988; 1989 и др.), посвященных анализу неоднозначных (мозаичных) клеточных реакций при различных моделируемых патологических состояниях. Гистохимическое исследование метаболитов углеводного обмена и гликогена показало неравномерное их распределение в саркоплазме кардиомиоцитов собак при экспериментальном инфаркте миокарда (К.А.Горнак и др., 1963). При гистохимическом анализе распределения активностей некоторых окислительно-восстановительных ферментов в ткани миокарда было установлено, что кардиомиоциты в составе одного сердца проявляют неодинаковую метаболическую активность; при этом определенные сдвиги в характере распределения гистохимической метки обнаруживались в ходе нормального гистогенеза миокарда (Н.Т.Райхлин и др., 1959) и при гемодинамических перегрузках (М.О.Никогосова и др., 1983).

Рис. 122. Характер распределения гистохимической метки аэробных изоформ лактатдегидрогеназы в миокарде левого желудочка сердца 10-дневной крысы, фиксированного в состоянии систолы. Гистохимическая реакция по Lojda. A -поперечный срез. Ок.15, об.100. Б - продольный срез. Ок.15, об.20.

Результаты авторадиографического исследования показали отчетливую неоднородность популяции кардиомиоцитов по уровню синтеза РНК и прямую связь проявлений адаптивных клеточных реакций на повреждение с исходным уровнем синтетических процессов (Л.М.Непомнящих и др., 1982).

В настоящее время в качестве одного из важнейших регуляторных механизмов, обеспечивающих адекватное соотношение между различными энергетическими циклами в миокарде, рассматривают креатинфосфокиназную систему (Dowell et al., 1992; Wessels et al., 1990). Ha протяжении длительного времени креатинфосфокиназная реакция считалась побочной системой накопления молекул креатинфосфата (макроэргического соединения для миофибрилл), а внутриклеточный транспорт энергии представлялся как пассивная диффузия АТФ из митохондрий к местам его использования в миофибриллах и в мембранных АТФазных реакциях (Mommaerts, 1969; Hewsholm et al., 1978). Однако в последнее время накопилось много данных, свидетельствующих о более активной роли креатинфосфокиназных систем в сердечных мышечных клетках. Было показано гетерогенное распределение изоферментов креатинфосфокиназы в этих клетках: около 30-40% активности креатинфосфокиназы локализовано в митохондриях; 40-50% - в цитоплазме; 20% - связано с миофибриллами (Scholte. 1973; Saks et al., 1974; А.Е.Антипенко и др., 1992). Кроме того, незначительная часть креатинфосфокиназы связана с мембранами саркоплазмы и клеточной поверхности (Sharov et al., 1977; Levitsky et al., 1978).

Рис. 123. Соотношение активности фосфофруктокинззы (ФФК), аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм (ЛДГ-MI лактатдегидрогеназы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП -субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуралъ-ная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП -левое и правое предсердия; МЖП и МПП -межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Было показано, что митохондриальный фермент в присутствии креатина осуществляет эффективный синтез креатинфосфата из АТФ (Scholte et al., 1973; Jacobus et al., 1973) и находится в функциональном сопряжении с адениннуклеотидтранслоказой (Saks et al., 1976).

Было показано, что креатинфосфокиназные системы в миофибриллах и на мембранах саркоплазмы используют синтезированный креатинфосфат для локальной регенерации АТФ из АДФ, образующегося в ходе АТФазных реакций (Gydbjamason et al.. 1970). Многочисленные подтверждения этому были получены в физиологических экспериментах, в которых была продемонстрирована связь между силой сокращения миокарда лягушки и клеточным содержанием креатинфосфата (Vassort et al:, 1977; Rosenshtraukh et al., 1978), а в последующем также в экспериментах на других биологических объектах (В.А.Сакс и др., 1980; 1976; Portman et al., 1992; Krause et al., 1992; Neely et al., 1974).

Анализ онтогенетических преобразований креатин-фосфокиназной регуляции энергетического метаболизма показал, что в миокарде новорожденного кролика активность креатинфосфокиназы еще очень низка, однако в течение первых 2 недель жизни она резко возрастала и достигала дефинитивных значений к 17-му дню перинатального развития (Hoeter et al., 1991). Аналогичный характер сдвигов был установлен при изучении развивающегося миокарда крыс (Dowell et al., 1993).

Рис. 124. Соотношение активности аэробных (ЛДГ-Н) и анаэробных форм (ЛДГ-М) лактатдегидрогена-зы в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы па этапах онтогенеза. С - систола; Д - диастола. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальпая зона; ЛЖ и ПЖ -левый и правый желудочки: ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Представленные данные свидетельствуют о важной роли креатинфосфокиназных систем в регуляции процессов энергообразования в кардиомиоцитах, адекватно реагирующих на изменяющиеся условия развития, однако разработанность ряда важных вопросов энергетического метаболизма остается явно недостаточной. В ряду таких вопросов остаются исследование топологических и хронологических особенностей в осуществлении важнейших реакций энергообмена в миокарде, выяснение конкретных механизмов взаимодействия между различными метаболическими циклами на этапах онтогенетического развития (циклом трикарбоновых кислот, обменом гликогена, пентозо-фосфатным шунтом, гликолизом, липидным обменом), а также причины и гистогенетические закономерности формирования отчетливой метаболической гетерогенности кардиомиоцитов.    

Гистохимический анализ интенсивности процессов гликолиза, проведенный на срезах миокарда человека (40 недель плодного периода развития) и сердца зрелых крыс, фиксированных в расслабленном состоянии, не выявил сколько-нибудь выраженного гетерогенитета в распределении ферментативных активностей фосфофрукто-киназы (ФФК; лимитирующий фермент гликолиза) и лак-татдегидрогеназы (ЛДГ; энзим, определяющий направленность и интенсивность гликолитического цикла). При проведении соответствующих гистохимических реакций накопление солей диформазана имеет равномерный и умеренно интенсивный характер (Рис.106). Однако в состоянии систолы, моделируемом в миокарде крысы, на фоне относительно высокой ферментативной активности изучаемых гликолитических энзимов выявляются тканевые участки, содержащие группы сократительных кардиомиоцитов со значительно сниженной активностью ФФК и ЛДГ.

Рис. 125. Соотношение активности фосфофруктокиназы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола (верхний ряд); Д- диастола (нижний ряд). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - ннтрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ГОК - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Указанные группы клеток на поперечных срезах миокарда в состоянии систолы отделены от прилежащих мышечных волокон оформленными прослойками соединительной ткани и содержат различное (от 5 до 12) количество профилей кардиомиоцитов (Рис.107). На продольно ориентированных срезах прослойки соединительной ткани не на всем протяжении отделяют мышечный пучок со сниженной гликолитической активностью; часто этот пучок расщепляется на 2 группы волокон либо переходит в состав другого пучка. В обоих случаях переходные зоны содержат клетки с постепенно изменяющейся по ходу саркоплазмы ферментативной активностью (Рис.108). Важно подчеркнуть, что на поперечных срезах подобного постепенного изменения в отложении кристаллов диформазана не наблюдается (Рис.109).

В систолическом состоянии после проведения гистохимической реакции обнаруживаются также другие сократительные клетки с резко сниженной гликолитическои активностью - они располагаются не группами, а одиночно, причем на протяжении их саркоплазмы не выражен градиент ферментативных активностей ФФК и ЛДГ, а зона плотной упаковки солей диформазана отчетливо отграничивается вставочными дисками от соседних клеток в составе данного мышечного волокна и боковыми сарколеммами - от соседних кардиомиоцитов в составе пучка.

Рис. 126. Соотношение активности фосфофруктокиназы (ФФК) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. С - систола (верхний ряд): Д - диастола (нижний ряд). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖГГ и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

 Описанные одиночные клетки в составе пучка мышечных волокон располагаются как на его периферии, так и в центральной части, однако в любом случае имеют очень небольшую длину (Рис.110). При этом в миокарде зрелых крыс, фиксированном в состоянии диастолы, не обнаружено мозаичности ферментативной активности изученных глико-литических ферментов (фосфофруктокиназы и лактатдегидрогеназы).

При изучении гистохимического распределения активности ведущих ферментов цикла трикарбоновых кислот использованы серийные криостатные срезы миокарда (Рис.111). При поперечной ориентации мышечных волокон на изученных срезах обнаруживается полное соответствие неравномерного распределения сукцинат- и изоцитратдегидрогеназной активности (СДГ и ИЦДГ) мозаичному характеру интенсивности гликолиза: в сокращенных кардиомиоцитах с повышенной гликолитической активностью стабильно обнаруживаемся высокая активность СДГ и ИЦДГ; в остальных же пучках мышечных волокон, характеризующихся низким уровнем гликолиза, активность центрального фермента цикла трикарбоновых кислот (СДГ) также низка (Рис.111-А,Д). При этом обнаруживаются единичные клетки с резко повышенной активностью ферментов цикла Кребса в составе пучков с низкой или умеренной гистохимической меткой (Рис.111-Е).

На криостатных срезах диастолического миокарда выявляются участки с пониженной активностью СДГ и ИЦДГ, по своей конфигурации и размерам соответствующие таковым в состоянии систолы (Рис.112). При анализе серийных срезов не обнаруживается каких-либо различий ферментативных активностей в саркоплазме одиночных клеток, отчетливо выявляемых в состоянии диастолы при проведении гистохимической реакции на ФФК и ЛДТ.

Рис. 127. Отчетливый гетерогенитет распределения активности фосфофруктокинэзы в составе клеточных комплексов миокарда, фиксированного в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакция по Lojda. A - участок трабекулы в левом желудочке сердца крысы на 16-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.100. Б - участок компактного миокарда левого желудочка сердца крысы на 16-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90.

Гистохимическое изучение активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы показывает, что пучки мышечных волокон обладают весьма низкой способностью накапливать гистохимическую метку, которая распределяется равномерно между соседними пучками даже в том случае, если они отчетливо разделены между собой оформленными соединительнотканными прослойками (Рис.113).

Описанная  гистохимическая картина наблюдается как в систолическом, так и в диас-толическом состояниях миокарда.

Как показывают приведенные данные серийной гистохимии, при анализе метаболической гетерогенности миокарда приходится иметь дело по крайней мере с тремя функциональными состояниями сократительных кардиомиоцитов, различающимися по уровню и соотношению внутриклеточных процессов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и пентозофосфатного шунта в зависимости от фазы сердечных сокращений. В первом состоянии кар-диомиоциты обладают низкой интенсивностью гликолиза в диастоле и высокой его интенсивностью в систоле на фоне стабильно активного цикла трикарбоновых кислот и низкой интенсивности пентозо-фосфатных реакций в обеих фазах сердечного сокращения. Кардиомиоциты во втором из описанных состояний проявляют низкую активность всех изученных ферментов в систоле и диастоле. В третьем состоянии, характерном для одиночно расположенных клеток, наблюдаются высокий уровень протекания реакций цикла трикарбоновых кислот и низкая активность гликолитических и пентозо-фосфатных реакций независимо от фазы сердечного сокращения.

Рис. 128 Характер распределения активности фосфофруктокиназы в составе клеточных комплексов миокарда, фиксированного в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакпия по Lojda. A - участок левого предсердия сердпа крысы на 20-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90. Б - участок трабекулы левого желудочка сердца крысы на 20-е сутки эмбриогенеза. Ок.15, об.90.

При проведении количественного цитофотометрического анализа активности ферментов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и пентозо-фосфатного шунта на тканевых срезах миокарда человека (40-недель внутриутробного развития) и зрелой крысы обнаруживаются выраженные различия в метаболическом профиле изученных отделов сердца и зон сердечной стенки. Так, наивысшая интенсивность гликолитических процессов характерна для миокарда обоих предсердий и межпредсердной перегородки.

При этом лактатдегидрогеназная реакция протекает с аэробной направленностью (Рис.114) и лишь при моделировании систолического состояния в миокарде зрелой крысы в предсердном миокарде происходит активация анаэробных изомолекулярных форм лактатдегидро-геназы (М-ЛДТ). В миокарде желудочков ни в одной из изученных зон сердечной стенки не удается обнаружить сколько-нибудь выраженной ферментативной активности анаэробных форм лактатдегидрогеназы в фазе систолы, хотя протекание аэробных гликолитических реакций и фосфофруктокиназная активность выражены в умеренной степени (Рис.115).

Рис. 129. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП - субэппкардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

В состоянии диастолы различные участки желудочкового миокарда крыс обладают минимальной гликолити-ческой активностью, за исключением субэндокардиальной зоны правого желудочка. В желудочковом миокарде человека на 40-й неделе плодного периода развития ферментативная активность фосфофруктокиназы (Рис.116) и аэробных форм лактатдегидрогеназы достигает в среднем 0,24-0,29 единиц оптической плотности, что почти в два раза меньше по сравнению с уровнем, характерным для предсердного миокарда.

При гистохимическом анализе интенсивности цикла трикарбоновых кислот в миокарде человека на 40-й неделе внутриутробного развития обнаружено, что наивысшая активность сукцинат- и изоцитратдегидрогеназы характерна для миокарда субэпикардиальной и интраму-ральной зон левого желудочка; в субэндокардиальной зоне стенки левого желудочка, в межжелудочковой перегородке, а также в субэпикардиальной и интрамуральной зонах правого желудочка активность изученных ферментов снижена на 30-33% по сравнению с наивысшими значениями. В субэндокардиальной зоне правого желудочка отмечается более чем 2-кратное снижение ферментативных активностей цикла трикарбоновых кислот (в сопоставлении со значениями в субэпикардиальной зоне левого желудочка).

В предсердном миокарде человека (40 недель внутриутробного развития) интенсивность цикла Кребса составляет менее 1/3 от уровня желудочковых отделов (Рис.117).

Рис. 130. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

 В миокарде зрелых крыс закономерности гистохимического распределения активностей изоцитрат- и сукцинатдегидрогеназы не отличаются существенно от установленных в миокарде поздних плодов человека: в желудочках величины изученных ферментативных активностей являются наивысшими; миокард субзндокардиальной зоны правого желудочка заметно уступает по своей активности показателям левого желудочка; в предсердиях соответствующие значения составляют не более 1/3 от ци-тоспектрометрических величин в субзпикардиальной и интрамуральной зонах желудочковой стенки (Рис.118).

 Для установления гистогенетических закономерностей развития метаболического аппарата миокарда и для уточнения характера перестроек в протекании энергообразующих реакций в исследовании изучены онтогенетические динамики гистохимических показателей, которые были проанализированы в миокарде 40-недельных плодов человека и у зрелых крыс.

При изучении реакций энергетического обмена в эмбриональном миокарде человека (6-8-я неделя эмбриогенеза) и крыс (14-16-е сутки эмбриогенеза) обнаружилось, что различия в интенсивности лактатдегидрогеназной реакции между предсердиями и желудочками не имеют статистически достоверного характера; при этом более 90% общей активности лактатдегидрогеназы обеспечивается за счет анаэробных изомолекулярных форм фермента (Рис.119).

Рис. 131. Равномерное распределение активности сукци-натдегидрогеназы в стенке правого желудочка сердца крысы на 14-е сутки эмбриогенеза в фазе систолы. Полутонкие срезы, приготовленные из криостатных срезов толщиной 10 мкм. Гистохимическая реакция по Lojda. A -ок.10, об.40. Б и В - участки миокарда, указанные рамками на рисунке 4.36-А. Ок.15, об.100.

При анализе раннего эмбрионального миокарда крыс аэробные изоформы лактатдегидрогеназы во всех исследуемых участках миокарда обладают минимальной активностью; анаэробные формы лактатдегидрогеназы проявляют высокую активность в состоянии систолы и лишь немногим уступающую ей активность на гистохимических срезах миокарда, фиксированного в состоянии диастолы (Рис.120).

На протяжении раннего постэмбрионального кардио-миогенеза наблюдается закономерное повышение активности аэробных форм лактатдегидрогеназы на фоне закономерно снижающейся интенсивности анаэробных реакций. При этом в миокарде 12-недельных плодов человека и у новорожденных крыс интенсивность анаэробных и аэробных реакций в составе гликолитического цикла практически сравнивается, однако суммарная активность гликолиза проявляет существенные различия в изученных участках миокарда. Так, в желудочковом миокарде интенсивность гликолитического цикла выражена в умеренной степени, тогда как в миокарде обоих предсердий и межпредсердной перегородки наблюдается активное накопление соответствующей гистохимической метки (Рис.119; 120).

Рис. 132. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогенэзы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца человека на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Анализ полутонких срезов, приготовленных из серийных криостатных срезов толщиной 10 мкм после проведения гистохимической реакции на анаэробную и аэробную активность лактатдегидрогеназы, выявляет сопоставимую по своей выраженности интенсивность обеих реакций и равномерное распределение гистохимической метки в ткани желудочкового миокарда крысы в эмбриональном периоде.

При моделировании систолического и диастоличес-кого состояний миокарда новорожденных крыс в предсердиях наблюдается незначительное отставание в скорости гликолиза в фазе диастолы; в различных зонах желудочкового миокарда "диастолический" уровень гликолиза более чем в 2 раза уступает по своей интенсивности "систолическому". В большей степени эта ситуация характерна при гистохимическом анализе анаэробных изомолекулярных форм лактатдегидрогеназы. По мере постнатального развития крыс наблюдается интенсивное вытеснение анаэробных фракций лактатдегидрогеназы аэробными формами; наиболее интенсивно подобное "вытеснение" происходит во всех изученных зонах левого и правого желудочков. Характерно, что "диастолический" уровень протекания анаэробных и аэробных гликолитических реакций существенно уступает "систолическому" уровню.

Наряду с преобразованиями изомолекулярного состава лактатдегидрогеназы происходит формирование выраженного гетерогенитета изученных участков миокарда по распределению гистохимической метки фермента. Так, в диастолическом состоянии отдельные клеточные группы в составе желудочкового и предсердного миокарда на этапах постэмбрионального развития не отличаются существенным образом друг от друга по характеру накопления гистохимической метки (Рис.121), однако в состоянии систолы отдельные клетки или клеточные комплексы приобретают заметные различия по активности аэробных изомолекулярных форм лактатдегидрогеназы как на поперечных (Рис.122-А), так и на продольных тканевых срезах (Рис-122-Б).

Рис. 133. Соотношение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и изоцитратдегидрогеназы (ИЦДГ) в миокарде различных зон сердечной стенки и отделов сердца крысы на этапах онтогенеза. СЭП - субэпикардиалъная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона: ЛЖ и ГТЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

На протяжении позднего плодного периода развития человека наблюдается практически полное замещение анаэробных форм лактатдегидрогеназы аэробными, которые по своей интенсивности в миокарде предсердий и межпредсердной перегородки более чем в i.5 раза превышают соответствующие значения в желудочковом миокарде (Рис.123).

К концу 1-го месяца жизни крыс и на 32-й неделе внутриутробного развития человека достигается дефинитивный уровень протекания лактатдегидро-геназной реакции, направленной, главным образом, на выработку АТФ в аэробных условиях в саркоплазме кардиомиоцитов (Рис.124).

При изучении онтогенетической динамики сдвигов фосфофруктокиназы установлена общая закономерность, соответствующая постепенному угнетению возможностей гликолити-ческого цикла по отношению к выработке макрозргических фосфатов, причем в миокарде желудочков указанное угнетение происходит гораздо более эффективно по сравнению с предеердным миокардом. В период с 12-й по 24-ю неделю плодного периода развития человека, а также на этапах раннего постэмбрионального кардиогенеза крыс в левом желудочке наблюдается более активное угнетение фосфофруктокиназной реакции по отношению к показателям правого желудочка (Рис.119; 123; 125; 126).

Характерно, что уже на ранних этапах онтогенеза человека и крыс кардиомиоциты проявляют различную фосфофруктокиназную активность в составе отчетливо ограниченных клеточных комплексов трабекулярного и компактного слоев миокарда в состоянии систолы (Рис.127). По мере угнетения активности фосфофрукто-киназы количество "активных" в отношении гликолиза клеток заметно снижается (Рис.128).

Рис. 134. Равномерное распределение умеренной активности изоцитратдегидрогеназы (А) и сукци-натдегидрогеназы (Б) в стенке левого желудочка сердца человека на 20-й неделе пренатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. А - ок.15, об.40. Б - ок.15, об.100.

При анализе интенсивности цикла трикарбоновых кислот в эмбриональном миокарде человека (6-8 недель эмбриогенеза) и крысы (14-20-е сутки эмбриогенеза) обнаруживается минимальная активность сукцинатдегид-рогеназы и изоцитратдегидрогеназы в миокарде предсердий. В миокарде желудочков уровень протекания указанных реакций незначителен, но все же в статистически значимой степени превышает величины, характерные для предсердий и межпредсердной перегородки (Рис.129; 130). При этом распределение низко интенсивной гистохимической метки равномерно на протяжении всей толщины сердечной стенки предсердий и желудочков в обеих фазах сердечного сокращения (Рис.131).

Рис. 135. Характер распределения активности сукцинат-дегидрогеназы в миокарде левого (А) и правого (Б) желудочков сердца крысы на 10-е сутки постнатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. A - ок.15, об.40.

Как видно из рисунков 129 и 130. наиболее быстрое нарастание интенсивности митохондриального окислительного фосфорилирования происходит в субэндокардиальной зоне стенки левого желудочка, однако после 12-й недели плодного периода развития человека и у новорожденных крыс величины цитофотометрических значений в изученных зонах обоих желудочков выравниваются. В последующем происходит активное нарастание сукцинатдегидрогеназной и изоцитратдегидрогеназнои активностей в субэпикардиальной и интрамуральной зонах стенки левого желудочка на фоне умеренного нарастания интенсивности цикла трикарбоновых кислот в миокарде обоих предсердий. Значения, установленные в межжелудочковой перегородке, занимают промежуточное положение между показателями желудочкового и предсердного миокарда.

Рис. 136. Характер распределения активности сукцинатдегидрогеназы в миокарде правого предсердия сердца крысы на 20-е сутки постнатального онтогенеза. Гистохимическая реакция по Lojda. Ок.15, об.100.

В течение 28-32-й недель внутриутробного развития человека и к концу 1-го месяца жизни крыс происходит стабилизация значений гистохимически определяемой активности ферментов цикла трикарбоновых кислот (Рис.132; 133). В этот период соотношение интенсивности цикла Кребса между изученными участками миокарда устанавливается таким образом, что наивысшие цитофотометрические значения характерны для субэпикардиальной и интрамуральной зон стенки левого желудочка; миокард субэндокардиальной зоны левого желудочка, а также всех изученных зон правого желудочка и межжелудочковой перегородки обладает умеренной способностью накапливать гистохимическую метку; в миокарде обоих предсердий и межпредсердной перегородки, установленные цитофотометрические значения более чем 3-кратно уступают максимальным величинам, характерным для субэпикарда левого желудочка.

Рис. 137. Динамические состояния сократительных кардиомиоцитов по их метаболическим характеристикам в систоле и диастоле. ЦТК - цикл трикарбоновых кислот; ПФП - пентозо-фосфатный шунт.

На всех изученных этапах кардиомиогенеза крысы в нашем исследовании ни в одной из зон мышцы сердца крысы не удается обнаружить каких-либо существенных различий по характеру гистохимического распределения активности сукцинат- и изоцитратдегидрогеназы между систолическим и диастолическим состояниями миокарда. В составе желудочкового и предсердного отделов миокард плодов человека (16-20 недель) и эмбрионов крыс (16-22 суток) содержит относительно однородные по своей энергетической "активности" кардиомиоциты, несмотря на активное формирование соединительнотканных прослоек между мышечными волокнами (Рис.134). Однако по мере дальнейшего развития клеточные комплексы миокарда и даже отдельные клетки в их составе все в большей степени начинают различаться цо активности протекания реакций цикла трикарбоновых кислот. В наивысшей мере указанные различия проявляются в желудочковом   миокарде (Рис.135),    в наименьшей - в миокарде предсердий (Рис.136). При этом сократительные кардиомиоциты приобретают способность постепенно изменять свою энергетическую активность по ходу саркоплазмы.

Рис. 138. Динамика нарастания параметра метаболической гетерогенности сократительных кардиомиоцитов в развивающемся сердце человека (А) и крысы (Б). СЭП - субэпикардиальная зона; ИМЗ - интрамуральная зона; СЭН - субэндокардиальная зона; ЛЖ и ПЖ - левый и правый желудочки; ЛП и ПП - левое и правое предсердия; МЖП и МПП - межжелудочковая и межпредсердная перегородки.

Таким образом, при анализе конкретных метаболических и топологических особенностей сократительных кардиомиоцитов, морфологически фиксируемых в трех различных динамических состояниях, представляется возможным объяснить наблюдаемую метаболическую гетерогенность миокарда наличием трех динамических состояний сократительных кардиомиоцитов. Эти состояния различаются по интенсивности ведущих энергетических циклов в саркоплазме кардиомиоцитов (гликолиза, пентозо-фосфатного шунта, цикла трикарбоновых кислот), а также по характеру взаимодействия между ними в систолической и диастолическои фазах сердечного сокращения.

В состоянии I кардиомиоциты находятся в обычном систоло-диастолическом цикле; они обладают низкой интенсивностью гликолиза в диастоле и высокой его интенсивностью в систоле на фоне стабильно активного цикла трикарбоновых кислот и низкой интенсивности пентозо-фосфатных реакций в обеих фазах сердечного сокращения (Рис.137).

В состоянии II сократительные клетки проявляют низкую активность всех изученных энергетических циклов в систоле и диастоле (состояние метабожческого покоя).

В состоянии III, характерном для одиночно расположенных клеток в составе функционирующего мышечного волокна, наблюдается высокая интенсивность цикла трикарбоновых кислот и низкая активность гликолитических и пентозо-фосфатных реакций независимо от фазы сердечного сокращения.

Формирование метаболической гетерогенности миокарда в кардиомиогенезе связано с угнетением анаэробных гликолитических реакций и интенсификацией окислительного фосфорилирования. Темпы энергетических преобразований миокарда наиболее активны в интрамураль-ной и субэпикардиальной зонах стенки желудочков (Рис.138), наименее активны - в предсердиях и межп-редсердной перегородке; значения, установленные в миокарде межжелудочковой перегородки, занимают промежуточное положение между величинами, характерными для желудочков и предсердий. Дефинитивный уровень метаболической гетерогенности миокарда достигается на 36-й неделе плодного развития человека и к концу 1-го месяца постнатального онтогенеза крыс.

Твердохлеб И. В. Гетерогенность миокарда и её развитие в нормальном кардиомиогенезе: Монография.— Днепропетровск: «Пороги», 1996.— 224с.
  Глава 1. Развитие структурных и функциональных факторов гетерогенности сократительного аппарата, 1-1, 1-2;
  Глава 2. Формирование гетерогенности митохондриального аппарата кардиомиоцитов, 2-1;
  Глава 3. Формирование гетерогенности секреторного аппарата;
  Глава 4. Формирование метаболической гетерогенности миокарда, 4-1;
  Глава 5. Структурно-метаболическая гетерогенность миокарда в топологическом и хронологическом аспектах.