Сердце, логотип
www.CARDIOGENES.dp.ua
строение и развитие сердечно-сосудистой системы
Реkлама: Гладильные каландры ЛК используют транспортные ленты Nomex.
Кардиогенез :: Пути преобразования энергии в развивающихся…
 
Морфология развивающегося сердца
(Морфология развивающегося сердца (структура, ультраструктура, метаболизм). Днепропетровск, 1995)
[ ⇐ назад | вперед ⇒ ]

Часть 3. Пути преобразования энергии в развивающихся кардиомиоцитах

с.147-151
И.С. Шпонька, В.А. Козлов, С.Б. Крамарь
Государственная медицинская академия, Днепропетровск.

Наряду с многочисленными исследованиями, посвященными изучению морфологических проявлений дифференцировки миокарда на различных этапах онтогенетического развития, в научной литературе существует большое число работ по выявлению функциональных особенностей кардиомиогенеза. Одним из важных разделов этого направления является изучение системы энергообеспечения миокарда, включающей широкий набор ферментативных реакций в составе гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, пентозофосфатного пути, окислительного фосфорилирования, гликогенолиза и других метаболических циклов.

По мнению Erachet (1960), процессы дифференцировки и морфогенеза наиболее тесно связаны с механизмами специфического белкового синтеза, в частности, с индукцией тех ферментов, которые определяют метаболический профиль клеточной популяции.

Энергетика миокарда отличается существенными особенностями, непрерывная ритмическая работа сердца и значительные ее изменения в короткие интервалы времени обусловили формирование облегченной конструкции сердца, не имеющей "хранилищ" для значительных запасов энергетического материала. Однако на протяжении онтогенеза подобная ситуация наблюдалась не на каждом из его этапов. В раннем онтогенезе клеточные включения гликогена и липидов играют важную роль в энергетическом обеспечении сокращений миокарда. Соответственно этому изменяется общий профиль метаболизма кардиомиоцитов и удельный вклад различных энергетических циклов.

При изучении процессов гликолиза в миокарде крыс на различных этапах постнатального онтогенеза выявлена тенденция, заключающаяся в закономерном увеличении гликолитической активности с возрастом (Е.Б.Ларина, 1970; П.А.Калиман и др. 1977; 1979). Согласно данным Б.О.Брайм (1985), на протяжении первого года жизни в миокарде крыс суммарная активность лактатдегидрогеназы возрастает от 1,20 до 1,90 мкмоль/мг/мин. При этом электрофоретическое определение изоферментного спектра показало закономерное нарастание активности аэробных фракций с одновременным угнетением неокислительных изоферментов в составе общей лактатдегидрогеназной активности. Решению вопроса о функциональной роли каждой из 5 фракций ЛДГ посвящено фундаментальное исследование Rider с сотр. (1980), которые показали, что направление катализируемой лактатдегидрогеназой реакции "пируват - лактат" определяется соотношением количества Н- и М-субъединиц в составе фермента, причем Н(heart)-субъединицы обусловливают утилизацию молочной кислоты с образованием пировиноградной кислоты. Важно, что указанное направление гликолитической реакции, осуществляемое с потреблением кислорода, является гораздо более продуктивным в отношении образования энергии, чем обратная реакция с образованием лактата. Согласно современным представлениям, в сердце животных преобладает активность Н-субъединиц в составе изоферментной фракции ЛДГ-1 и ЛДГ-2 (Л.И. Корочкин, 1976; Bochinsky, 1983), что свидетельствует об интенсивности аэробного гликолиза в метаболическом профиле дефинитивных кардиомиоцитов (Б.И.Махинько и др. 1983). По мнению Kaplan с соавт, (1961; 1968) у изоферментный спектр лактатдегидрогеназы в значительной мере зависит от кислородного режима в ткани миокарда. Это предположение подтверждается, в частности, результатами экспериментов по исследованию метаболизма сердечной мышцы в условиях искусственной ишемии миокарда, обусловленной введением изопротеренола (Ganguli et al. 1980). В соответствии с указанными результатами снижение содержания кислорода приводит к резкому изменению изоферментного спектра ЛДГ с преобладанием анаэробных фракций ЛДГ-4 и ЛДГ-5.

В исследованиях Л.Н.Богацкой с сотр. (1975) по изучению возрастных особенностей состояния гликолиза отчетливо показано, что на поздних этапах онтогенеза наряду с нарастанием суммарной активности ЛДГ происходит существенное увеличение удельной активности анаэробных фракций. По мнению авторов, наблюдаемое явление соответствует адаптации к усиливающейся при старении гипоксии, в то время как сохранение изоферментов ЛДГ-1 и ЛДГ-2 необходимо для осуществления обмена в обычных (неаварийных) условиях функционирования "старого сердца".

В соответствии с классическими представлениями, одним из наиболее важных метаболических циклов, обеспечивающих энергетическую потребность миокарда, является цикл трикарбоновых кислот (Е.Б.Парина, 1970). Это исключительно аэробный процесс, который не может идти в анаэробных условиях. Он осуществляется на внутренней митохондриальной мембране, где в определенной последовательности располагаются мультиферментные "дыхательные" комплексы. Ацетил-КоА является основным входным узлом цикла трикарбоновых кислот и широко используется во взаимных превращениях белков, жиров и углеводов, являясь общим путем их окисления.

В серии работ, посвященных гистохимическому изучению активности сукцинатдегидрогеназы - одного из ключевых ферментов цикла Кребса - установлена общая закономерность, заключающаяся в постепенном снижении активности фермента по мере увеличения возраста экспериментальных животных (Н.К.Джандиери, 1979). По данным Д.Ф.Чеботарева с соавт, (1967), у молодых животных интенсивность цикла Кребса максимальна, однако уже через 12 месяцев жизни активность СДГ в миокарде крыс снижалась на 20-22%. В опытах Hecht (1971) наиболее выраженная интенсивность окислительных реакций наблюдалась у крысят на 2-4-й неделе жизни. В то же время, на большинстве эмбриональных стадий кардномиогенеза активность дыхательных ферментов еще мала (Toth et al. 1967; Diculeactt et al., 1969; Beckett et al. 1972). По мнению Walpurger (1967) и Л.М.Непомнящих с соавт, (1972), наблюдаемая закономерность связана, в первую очередь, с синхронизацией морфобиохимической дифференцировки митохондрий и функционально сопряженных с ними миофибрилл.

Наряду с гликолизом и циклом Кребса, важную роль в энергообеспечении клетки играют реакции пентозофосфатного пути, сущность которых заключается в восстановлении НАДф, необходимого для липогенеза (Е, Л, Кретович, 1974). Указанные реакции являются уникальными внутриклеточными поставщиками пентоз, которые используются клеткой для синтеза нуклеотидов (Б.И.Курганов, 1986). Учитывая эти особенности, представляются вполне закономерными результаты биохимических исследований по изучению интенсивности пентозофосфатного цикла в органах, различающихся по потребности в нуклеотидном материале: наивысшая активность дегидрогеназ пентозофосфатного шунта обнаружена в ткани регенерирующей печени крыс (Е.Ф.Лушников, 1970), в мозге кроликов в период усиленной миелинизации (Friede et al. 1963), в почках молодых мышей (Altnian, 1972).

В исследованиях Wang (1968) установлено, что в ткани миокарда развивающегося цыпленка в эмбриогенезе происходит снижение активности ферментов пентозофосфатного цикла. В миокарде зрелых крыс, мышей и кроликов интенсивность реакций пентизного цикла невелика (А.А.Нейфах и др., 1977; Cannon et al. 1980). По мнению авторов, это обстоятельство обусловлено несущественными потребностями дифференцированных кардномиоцитов в нуклеотидном материале.

Специфической особенностью метаболизма миокарда является очень высокий уровень использования в энергетике окисления свободных жирных кислот. На окисление жиров расходуется 60-70%, всего потребляемого сердцем кислорода, Основная масса жирных кислот через ацетил-КоА входит в цикл Кребса.

Важно отметить, что энергия, освобождающаяся в результате гликолиза и окисления, аккумулируется в фосфорсодержащих макроэргических соединениях, основными из которых являются АТФ и креатинфосфат. Содержание АТФ и креатинфосфата в миокарде ниже, чем в скелетных мышцах, но скорость их обмена в 20 раз выше. При этом в зрелом сердце накапливаемая в виде макроэргов энергия используется в основном в сократительной функции миокарда (70%,), а также в работе ионных насосов (20%) и синтезе структур (10%).

Обзор литературных данных, посвященных изучению энергообмена формирующегося миокарда, указал на существование общей тенденции становления адекватной системы энергообеспечения сердца, заключающейся в постепенной смене анаэробного метаболизма окислительными реакциями.

Анализ научной литературы позволяет сделать заключение о сложном характере протекания процессов кардиомиогенеза позвоночных, становления метаболического профиля миокарда в пре- и раннем постнатальном онтогенезе. В доступной литературе мы обнаружили лишь единичные исследования, посвященные установлению степени взаимосвязи между процессами миофибриллогенеза и сопровождающими его изменениями метаболизма. В свою очередь это вызывает к необходимости проведение сопоставительного и математического анализа сложных процессов развития сократительного аппарата в кардиомиоцитах с учетом количественных характеристик, отражающих как структурные, так и функциональные аспекты указанной проблемы.

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
Реkлама: Гладильные каландры серии ЛК.
 © 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