Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Кардиогенез :: Энергообмен миокарда в онтогенезе млекопитающих -…
 
Морфология развивающегося сердца
(Морфология развивающегося сердца (структура, ультраструктура, метаболизм). Днепропетровск, 1995)
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Часть 3. Пути преобразования энергии в развивающихся кардиомиоцитах

3.3. Энергообмен миокарда в онтогенезе млекопитающих

с.161-168
И.С. Шпонька

Биохимический анализ системы энергообеспечения миокарда крыс, проводимый на основе изучения активности ключевых ферментов и содержания метаболитов пентозофосфатного пути, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, выявил ряд особенностей их становления в онтогенезе.

На 18-е сутки пренатального развития крыс в ткани миокарда обнаруживается чрезвычайно высокий уровень активности 6-фосфоглюконат- и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (6фГДГ и Г6фДГ). При этом лишь 7-8% общей активности ферментов пентозофосфатного шунта обеспечивается их митохондриальными фракциями. На 22-е сутки эмбриогенеза, то есть за несколько часов до рождения, активность цитоплазматических фракций 6фГДГ и Г6фДГ снижается в 2 и 3 раза соответственно по сравнению с предыдущей возрастной группой, в то время как активность митохондрнальной фракции Г6фДГ двукратно возрастает (Рис, 3.9, 3,10).

После рождения в миокарде крыс существенным образом изменяется направленность динамики изменений активности цитоплазматических фракций Г6фДГ и 6фГДГ. При этом удельная активность мйтохокдриальных фракций исследуемых ферментов составляет 42% и 27% суммарной активности соответственно для 6фГДГ и Г6фДГ.

На протяжении 1-й и 2-й недель постнатального развития активность цитопдазматической фракции Г6фДГ закономерно снижается и к 15-м суткам достигает минимального уровня. Начиная с 3-й недели развития наблюдается постепенное нарастание активности цитоплазматических фракций ферментов пентозофосфатного пути, достигающей в зрелый период 7,84 и 15,19 кмоль/мин/мг соответственно для 6фГДГ и Г6фДГ.

Динамика изменения активности митохондриальных фракций исследуемых ферментов в течение раннего постнатального периода характеризуется разнонаправленными колебаниями, в большинстве случаев не имеющими статистической значимости.

Рис. 3. 9. Динамика активности митохондриальных фракций ферментов пентозофосфатиого цикла в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис. 3. 9. Динамика активности митохондриальных фракций ферментов пентозофосфатиого цикла в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис. 3. 10. Динамика активности цитоплазматических фракций ферментов пентозофосфатного цикла в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис. 3. 10. Динамика активности цитоплазматических фракций ферментов пентозофосфатного цикла в миокарде крыс в онтогенезе.

При изучении гликолитических процессов в миокарде крыс выяснилось, что на 18-е и 22-е сутки пренатального онтогенеза активность цитоплазматической фракции лактатдегидрогеназы (ЛДГ) составляет высокие абсолютные значения (1,52 и 1,74 нмоль/мин/мг соответственно). При этом в изоферментном спектре ЛДГ обнаруживается выраженное преобладание анаэробных фракций ЛДГ-4 и ЛДГ-5, свидетельствующее о неокислительной направленности гликолитических реакций. Исследование содержания молочной кислоты в ткани миокарда резко нарастает от 0,67 мкмоль/г на 18-е сутки до 2,72 мкмоль/г в момент рождения. В этот период удельная активность митохондриальной фракции ЛДГ обеспечивает лишь 3-4% суммарной лактатдегидрогеназной активности, что хорошо согласуется с данными морфологического исследования о сравнительно низком содержании митохондрий в цитоплазме кардиомиоцитов в пренатальном периоде онтогенеза.

По данным биохимического исследования, в момент рождения происходят существенные перестройки в направленности гликолитических реакций наряду с существенным снижением активности цитоплазматической фракции ЛДГ отмечается нарастание удельной активности аэробных изоферментных форм ЛДГ-1 и ЛДГ-2, что приводит к 4-кратному снижению содержания молочной кислоты на 3-й сутки постнатального развития (Рис, 3,11). Указанные сдвиги, очевидно, обусловлены резким изменением условий развития организма, происходящим при рождении.

В течение первой недели постнатального развития происходит значительное нарастание активности митохондриальной фракции ЛДГ, которая на 5-е сутки составляет 10% суммарной лактатдегидрогеназной активности. На 10-е сутки постнатального развития отмечается существенное снижение активности цитоплазматической и митохондриальной фракций ЛДГ, сопровождающееся пропорциональным увеличением содержания молочной кислоты. В дальнейшем наблюдается существенное нарастание суммарной активности ЛДГ и содержания молочной кислоты в ткани миокарда. При этом в изоферментном спектре лактатдегидрогеназы происходит закономерное увеличение удельной активности аэробных фракций ЛДГ-1 и ЛДГ-2, приводящее к их преобладанию в суммарной ферментативной активности к концу 2-го месяца постнатального развития.

Миокард зрелых животных, в целом, характеризуется невысокой гликолитической активностью по сравнению с пренатальныи и ранним постнатальным периодом онтогенеза. При этом внутренние перестройки направленности гликолитических процессов обусловливают преобладание окислительных реакций.

При изучении цикла трикарбоновых кислот по активности одного из ключевых ферментов (сукцинатдегидрогеназы) и содержанию соответствующего продукта реакции (янтарной кислоты) выяснилось, что интенсивность указанного метаболического цикла в сердце крыс на 18-е сутки пренатального развития составляет исключительно низкое значение. В течение следующих 4-х суток активность СДГ значительно возрастает и достигает при рождении 5, 92 нмоль/мин/мг, что более чем в 4,5 раза превышает соответствующее значение на 18-е сутки эмбриогенеза, Аналогичная динамика установлена также при изучении содержания янтарной кислоты в ткани миокарда: за исследуемый промежуток времени концентрация метаболита возрастает на 60,57 (р < 0,05). Учитывая то обстоятельство, что ферменты цикла Кребса, в том числе СДГ, иммобилизированы на кристах митохондрий, мы вправе связать наблюдаемые функциональные сдвиги с особенностями содержания митохондрий в саркоплазме развивающихся кардиомиоцитов.

На протяжении 1-й и 2-й недель постнатального развития интенсивность цикла трикарбоновых кислот не изменяется достоверно по сравнению с соответствующими показателями миокарда новорожденных животных (Рис, 3,12).

На 15-е сутки постнатального периода онтогенеза крыс наблюдается существенное нарастание активности СДГ, продолжающееся в течение последующих 10 суток. К концу первого месяца постнатального развития активность исследуемого фермента достигает 13,68 нмоль/мин/мг и в дальнейшем статистически значимо не изменяется.

В отличие от СДГ, содержание продукта реакции - янтарной кислоты - нарастает лишь к концу третьей недели постнатального периода онтогенеза и превышает соответствующий показатель в предыдущей возрастной группе на 82,3% (р < 0,05).

Рис. 3. 11. Динамика активности лактатдегидрогеназы и содержания молочной кислоты в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис. 3. 11. Динамика активности лактатдегидрогеназы и содержания молочной кислоты в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис.3. 12. Динамика активности сукцинатдегидрогеназы и содержания янтарной кислоты в миокарде крыс в онтогенезе.
Рис.3. 12. Динамика активности сукцинатдегидрогеназы и содержания янтарной кислоты в миокарде крыс в онтогенезе.

На протяжении 4-8-й недель постнатального развития происходит дальнейшее накопление янтарной кислоты в ткани миокарда, В целом, уже к началу третьего месяца активность СДГ и содержание янтарной кислота достигают величин, не отличающихся достоверно от параметров зрелого миокарда.

Учитывая динамику указанных сдвигов, мы вправе сделать заключение о существенных перестройках метаболического профиля миокарда крыс на различных этапах онтогенеза, заключающихся в значительном снижении интенсивности пентозофосфатного пути и анаэробного гликолиза с нарастанием активности реакций аэробного гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Важно отметить, что наиболее существенные из указанных перестроек наблюдаются на ранних этапах гистогенеза миокарда. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными сведениями о постепенном увеличении доли окислительных метаболических процессов в системе энергообеспечения миокарда и отражают, по-видимому, общую закономерность, заключающуюся в смене филогенетически древних форм энергообмена более новыми.

Таким образом, в рамках поставленной задачи проведенное биохимическое исследование основных циклов клеточного метаболизма позволило выявить закономерную смену их роли в обеспечении жизнедеятельности кардиомиоцитов на различных этапах онтогенеза.

Так, изучение интенсивности пентозофосфатного цикла, играющего важную роль в процессах липогенеза и нуклеинового обмена (Е.В.Парина, 1970; Б.И.Курганов, 1986), обнаруживает резкое снижение активности ферментов пентозофосфатного цикла в миокарде крыс на протяжении пренатального периода развития. Учитывая то обстоятельство, что изучаемый метаболический цикл является универсальным внутриклеточным поставщиком пентоз, используемых для синтеза полинуклеотидов, можно сделать предположение о жесткой взаимосвязи между интенсивностью реакций пентозофосфатного цикла и пролиферативной активностью кардиомиоцитов. Это предположение подтверждается тем фактом, что после рождения, то есть в период относительно невысоких значений митотяческой активности кардиомиоцитов, обнаруживается также стабильно невысокий уровень протекания реакций пентозофосфатного цикла.

По мнению Kammjfo с соавт, (1965), сдвиги в состоянии гликолитических реакций в возрастном аспекте мало связаны с изменениями суммарной активности лактатдегидрогеназы и заключаются, главным образом, во внутренних перестройках изоферментного спектра. В нашем исследовании обнаружено закономерное нарастание удельной активности аэробных изоферментных форм ЛДГ в миокарде крыс на протяжении пре- и раннего постнатального онтогенеза. Эта динамика хорошо согласуется с мнением Kanungo и других исследователей об онтогенетических сдвигах изоферментного профиля лактатдегидрогеназы. В отличие от мнения указанных авторов, на протяжении изучаемого периода нами обнаружено существенное изменение суммарной лактатдегидрогеназной активности, отражающее сложный характер становления гликолитических процессов. Так, в позднем пренатальном онтогенезе активность цитоплазматических фракций ЛДГ составила высокие абсолютные значения, двукратно превышающие соответствующие величины в зрелом миокарде крыс, причем суммарная активность фермента обеспечивалась, главным образом, анаэробными фракциями ЛДГ-4 и ЛДГ-5. В этот период отмечалось резкое накопление в ткани миокарда крыс молочной кислоты, являющейся конечным метаболитом анаэробной гликоли-тической реакции, и в момент рождения достигало максимальной величины. В дальнейшем, в раннем постнатальном развитии крыс, происходило существенное снижение суммарной активности ЛДГ за счет цитоплазматической фракции фермента, приводящее к 4-кратяому снижению содержания молочной кислоты и сопровождающееся нарастанием удельной активности аэробных изоферментных форм ЛДГ-1 и ЛДГ-2. Учитывая указанные сдвиги, мы вправе сделать заключение о выраженных внутренних перестройках гликолитических процессов, приводящих к преобладанию окислительных реакций гликолиза в миокарде крыс, начиная с момента рождения.

На протяжении пре- и раннего постнатального онтогенеза в нашем исследовании наблюдалось закономерное нарастание активности митохокдрнальной фракции ЛДГ, связанное, очевидно, с пропорциональным развитием митохондриального аппарата карди-омиоцитов, описанным в ряде морфологических исследований (П.Н.Румянцев, 1967; Eozner, 1976; Olivetti et al. 1980).

При изучении цикла трикарбоновых кислот в нашем исследовании обнаружены чрезвычайно низкие значения изучаемых параметров в пренатальном периоде органогенеза сердца, Это связано, по-видимому, с низким содержанием митохондрий в цитоплазме кардиомиоцитов. К моменту рождения активность цикла трикарбоновых кислот заметно превышает значения, установленные на 18-е сутки эмбриогенеза, и остается стабильной на протяжении 1-2-й недель постнатального развития. Отсутствие достоверной динамики в этот период связано, возможно, с незавершенным характером дифференцировки митохондриального аппарата, отраженным в ряде экспериментальных работ и обзоров (П.П.Румянцев, 1982; Legato, 1972).

С начала третьей недели постэмбрионального развития в миокарде крыс наблюдается существенное увеличение активности СДГ и накопления янтарной кислоты, что свидетельствует, очевидно, о пропорциональном нарастании потребности миокарда в энергетическом материале. В целом, к концу первого месяца постнатального развития в сердце крыс интенсивность цикла Кребса достигает уровня, характерного для зрелого миокарда.

В результате анализа данных биохимического исследования становится очевидной существенная перестройка метаболического профиля миокарда крыс на различных этапах онтогенеза, заключающаяся в смене филогенетически древних форм энергообмена (пентозофосфатный цикл, анаэробный гликолиз) более молодыми, адекватными потребностям растущего миокарда, окислительными реакциями аэробного гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.

Морфология развивающегося сердца
Морфология развивающегося сердца (структура, ультраструктура, метаболизм). Днепропетровск, 1995.- 220 с.
  -   Предисловие
  -   Часть 1. Общие закономерности развития структурной организации сердца человека:
  -     -   1.1. Морфология предсердий в онтогенезе человека;
  -     -   1.2. Морфология желудочков в онтогенезе человека.
  -   Часть 2. Количественный структурно-функциональный анализ развития сердца позвоночных животных на этапах индивидуального развития:
  -     -   2.1. Структурная организация сердца в онтогенезе амфибий;
  -     -   2.2. Структурная организация сердца в онтогенезе птиц;
  -     -   2.3. Структурная организация сердца в онтогенезе млекопитающих.
  -   Часть 3. Пути преобразования энергии в развивающихся кардиомиоцитах:
  -     -   3.1. Энергообмен миокарда в онтогенезе амфибии;
  -     -   3.2. Энергообмен миокарда в онтогенезе птиц;
  -     -   3.3. Энергообмен миокарда в онтогенезе млекопитающих.
  -   Часть 4. Сопоставительный и математический анализ структурно-функциональных характеристик развивающегося миокарда:
  -     -   4.1. Онтогенетический аспект развития сократительного аппарата сердца;
  -     -   4.2. Филогенетический аспект развития сократительного аппарата сердца.
  -   Заключение.
Поддержка
 © 2008-2015 Cardiogenes.dp.ua
© обработка Dr. Andy  
Key words: heart, cardiogenesis, cardiac development. Ключевые слова: сердце, кардиогенез, гистогенез миокарда эндокарда эпикарда, ангиогенез, развитие сердечно-сосудистой системы, васкулогенез, эмбриология, теоретическая кардиология, врожденные пороки сердца, струны сердца. Миокард человека и животных, наука, медицина, ветеринария, сердце.
Rambler's Top100 li MyCounter