-
Главная страница
-
Кардиология
-
Фундаментальные исследования и практическая кардиология
Горизонты молекулярной кардиологии
Ученые доподлинно установили, что одна из «обязанностей» кальция в жизнедеятельности нашего организма состоит в том, что он обеспечивает смену сокращенного и расслабленного состояния сердечной мышцы. Когда концентрация кальция внутри клетки поднимается до определенного уровня, наступает сокращение, а когда кальций удаляется из клетки — происходит расслабление.
Однако не все еще выяснено в механизмах переноса кальция. Если бы научиться управлять его потоками — замедлять или ускорять их, то можно было бы регулировать силу и скорость сокращения сердца.
Любопытный факт. Изолированная скелетная мышца может сокращаться в течение нескольких часов в растворе, где полностью отсутствуют ионы кальция: она как бы живет внутренними запасами этого необходимого элемента. Сердечная мышца млекопитающих несколько отличается от обычных, скелетных мышц. И вот показатель этого: изолированное сердце в таком растворе останавливается после 10—20 сокращений, а сердце лягушки в среде без ионов кальция вообще останавливается мгновенно.
Исследователи проводили опыты на изолированном сердце крыс, предварительно подвергавшихся стрессу в течение нескольких часов. По сравнению с контролем — изолированным сердцем животного, не подвергавшегося стрессу, сердце, «пережившее» неприятные эмоции, совершает работу примерно на треть менее эффективно. И такое «пережившее» сердце особенно резко реагирует на изменения концентрации кальция. Если в растворе, где содержится препарат, снизить содержание ионов кальция в два раза, то контрольное изолированное сердце отвечает несколько уменьшенным объемом выталкиваемой крови. Сердце же животного, которое подвергалось стрессу, снижает этот объем почти до нуля, при этом резко падает и артериальное давление. Все сдвиги в работе сердечной мышцы наблюдаются в первые минуты после изменения концентрации кальция, постепенно «пережившее» сердце возвращается к норме.
После перенесенного стресса в сердечной мышце развиваются обратимые изменения, при которых сократительная функция сердца намного больше зависит от содержания ионов кальция в сердце, чем в норме.
Для накопления кальция необходима определенная энергия. Она образуется за счет расщепления универсального высокоэнергетического соединения аденазинтрифосфорной кислоты АТФ. Энергия АТФ используется для транспорта кальция и поддержания разности между его содержанием в миоплазме и внутриретикулярном пространстве.
В последнее время в исследовании сердца и сосудов открыта новая глава — молекулярная кардиология. Сообщения о некоторых фундаментальных исследованиях уже в ближайшие три — пять лет могут коренным образом изменить и представления об интимных механизмах развития многих болезней сердца и сосудов. Появятся новые возможности и в их лечении.
Профессор Г. Лангер (США) долгие годы посвятил выяснению процессов связывания кальция на поверхности сердечной клетки. Он показал большое значение тех участков мембран, на которых происходит это связывание. Выявлена тесная связь между количеством связанного кальция на сарколеммальной (поверхностной) мембране и сокращением сердечной мышцы. Это доказывает важную роль внешних кальцийсвязывающих участков клетки сердечной мышцы.
Несколько по-другому подходит: к этой проблеме профессор. Н. Дхалла (Канада). Он исследовал свойства фермента — кальциевой АТФ-азы и получил данные, позволившие сделать вывод о том, что этот фермент, локализованный в поверхностной мембране сердечной клетки, участвует в акте переброса кальция внутрь клетки.
Австралийский ученый У. Нейлер интенсивно исследовала структуру мембран саркоплазматического ретикулума — системы, которая поглощает внутриклеточный кальций, обеспечивая тем самым расслабление. Известно, что при определенных ситуациях в сердце увеличивается концентрация ионов водорода (наступает ацидоз). При этом нарушаются многие функции клетки, но больше всего страдает ее сократительная способность. У. Нейлер выяснила влияние рН на распределение кальция между разными кальцийсвязывающими структурами клетки. Можно ожидать, что в скором времени появятся рекомендации по изменению силы и скорости сокращения сердечной мышцы.
В результате полной экстракции саркоплазматического ретикулума из сердца была определена его способность запасать кальций в очень короткие промежутки времени.
Примерно за 100—200 миллисекунд происходит сокращение и расслабление сердца. Способен ли ретикулум в условиях физиологической нормы быстро удалить весь кальций? Расчеты показали, что при низких концентрациях саркоплазматический ретикулум способен связать весь кальций. Но только ли он обеспечивает расслабление сердца? Какова роль митохондрий в этом процессе? Эти и другие вопросы — тема дальнейших научных исследований.
Обнаружена интересная закономерность: скорость поглощения кальция резко снижается в условиях ацидоза. Возможно, данное явление имеет место при ишемии, которая сопровождается ацидозом. На изменения рН реагируют все четыре кальцийсвязывающие структуры.
Жирные кислоты — естественное энергетическое «горючее» для сердца. Они окисляются в митохондриях. При определенных условиях (например, гипоксии) их концентрация может возрастать, и они, возможно, оказывают губительное действие на функцию саркоплазматического ретикулума. Эффект действия жирных кислот на саркоплазматический ретикулум сложен; одни из них увеличивают запас кальция, в присутствии других, наоборот, саркоплазматический ретикулум не может его удерживать.
Каковы основные тенденции, характерные для современного изучения обмена веществ и энергии в миокарде? На первый план здесь выступает проблема регуляции, то есть анализ того, как осуществляется координация множества связанных между собой и перекрещивающихся в своем течении химических реакций. Лишь зная пути и механизмы регуляторных влияний, можно подойти к управлению процессами, происходящими в миокарде, правильно оценить сущность возникших при патологии нарушений и найти эффективные пути к восстановлению нормальных условий.
Помимо нервных, и гормональных влияний, все большее внимание, как уже говорилось, привлекает к себе роль кальция как свободного, находящегося в ткани в виде иона, так и связанного с белком. Особенно большой интерес вызывает активная роль мембран, ограничивающих проникновение веществ в клетку и передвижение веществ внутри клетки в различные ее составные части.
Чрезвычайно интересны исследования профессора Л. Опи, который указал на исключительную роль равновесия соотношений кальция в нарушении деятельности сердца и остановке сердца в состоянии контрактуры, которое приписывалось дефициту главного источника непосредственно утилизируемой энергии — аденозинтрифосфату.
Недостаточное образование в сердце энергетических ресурсов в результате нарушения обмена углеводов и жирных кислот приводит к накоплению вредных продуктов, нарушающих строение клеточных и внутриклеточных мембран. Именно с этим связаны возникающие в сердце патологические явления. Следовательно, задачей врачей является поиск мероприятий и средств, обеспечивающих максимальное предохранение биомембран от повреждений.
Советский ученый В. Сакс подробно развил еще ранее сформулированные положения об исключительной роли ферментной системы, синтезирующей и расщепляющей фосфокреатин — вещество, играющее существенную роль в обмене энергии в мышце сердца и обеспечении его сократительной функции.
Западногерманский исследователь М. Сийс развил и дополнил недавно ранее опубликованные данные относительно локализации в структурных компонентах клеток сердечной мышцы отдельных этапов синтеза важной составной части многих окислительных ферментов — кофермента дегидрогеназ. В состав этого кофермента входит антипеллагрический витамин (РР). Введение Витамина РР поддерживает синтез кофермента и предохраняет его от расщепления, обеспечивая наравне с другими воздействиями сократительную активность сердца в различных патологических состояниях.
Интересны сообщения специалистов о неравномерности распределения патологически измененных участков миокарда при нарушенном кровоснабжении сердца. Наравне с зонами, отчетливо измененными в результате кислородного голодания, имеются также зоны, сохранившие нормальную структуру. Борьба с нарушениями вследствие этого должна включать либо более интенсивное снабжение сердца кислородом, либо создание условий минимального потребления кислорода (например, путем понижения температуры).
Известно, что при гипертонии периферическое сопротивление сосудов велико, сердце вынужденно работать с повышенной нагрузкой. Меняется также деятельность ишемизированного сердца у больных, страдающих стенокардией. Чтобы выполнить ту же работу, что и здоровое сердце, оно вынуждено увеличивать свою массу. Очень важно понять, какие факторы контролируют рост сердца. Это необходимо для лечебной практики.
Гипертрофия сердца может быть следствием двух причин: либо белки, которые составляют основную массу сердца, синтезируются с большей скоростью, либо уже существующие белки распадаются с меньшей скоростью. Сегодня еще мало известно о том, с какой скоростью идет синтез и распад белков миокарда. В среднем замена половины сокращающейся массы миокарда происходит за 5—12 дней. Это значит, что каждый месяц человек фактически получает «новое» сердце.
В настоящее время необходимо выяснить, какие гормональные, метаболические и механические факторы влияют на синтез и распад белков сердца.
Оказалось, существует ряд факторов, которые предохраняют сердце от уменьшения его массы. Во-первых, сама нагрузка на сердце заставляет его сохранять нормальные параметры. Во-вторых, обнаружены гормоны типа инсулина, которые влияют на скорость синтеза и распада белков сердечной мышцы, а также на превращение соединений, поставляющих сердцу энергию.
Профессор Ф. Колбел в экспериментах, в которых животным пережимали аорту (заставляя сердце работать с повышенной нагрузкой), обнаружил, что при этом в плазме появляются соединения, которые по своим иммунохимическим свойствам близки к дигиталису. Хотя природа этого соединения, появляющегося в плазме при повышенной работе сердца, неизвестна, ясно, что оно синтезируется в организме. Это представляет особый интерес для практики.
Профессор К. Филденталь (США) с сотрудниками изучал распад белков сердца. Он сообщил, что, по-видимому, сократительные белки сердца типа миозина и белков, входящих в миофибриллы, распадаются под действием ферментов, находящихся вне лизосом. Значит, есть специализированная система «уничтожения» долго поработавших миофибрилл или их участков. Другие же белки, растворимые и не участвующие в сокращении (а их множество), «уничтожаются» с помощью ферментов лизосом.
Существует ряд лекарств, которые специфически действуют на лизосомы сердца. Используя эти лекарства, в будущем можно будет изменять скорость распада определенных белков.
Профессор И. Ито (Япония) избирательно изучал влияние гормонов щитовидной железы и инсулина на синтез отдельных классов белков сердечной мышцы и показал, что практически скорость синтеза всех этих белков возрастает при стимуляции гормонами.
Изучение метаболизма аминокислот в сердечной мышце представляет особый интерес потому, что в процессе азотистого обмена образуется ряд соединений, изменение содержания которых в тканях сердца нарушает нормальную сократимость сердечной мышцы.
При сравнении содержания разных аминокислот и крови, притекающей и вытекающей из сердца, было обнаружено, что очень резко меняется концентрация соединений, прямо связанных с нейтрализацией аммиака.
В последние годы наряду с клиническими исследованиями азотистого обмена у больных начато изучение этих вопросов на сердце, изолированном от гормональных и других влияний. Главный орган «прокачивается» не кровью, а специальным раствором, в котором точно известно содержание всех компонентов. При этом можно вводить в раствор определенные добавки и таким образом определять их влияние на азотистый обмен.
Установлено, что добавка в раствор, питающий сердце, ряда аминокислот (в частности, глютаминовой кислоты и аргинина, имеющих прямое отношение к нейтрализации аммиака и к азотистому обмену), оказывает положительное воздействие на физиологическую функцию сердечной мышцы, особенно в условиях аноксии, ишемии, гипоксии.
Сейчас целый ряд лабораторий в разных странах мира работает над изменением состава кардиоплегических растворов, используемых для остановки органа во время операции «на открытом сердце». Следует учесть, что, хотя сердце в этот период не работает, в нем идут метаболические изменения, и в частности в азотистом обмене, которые могут повлиять на его функцию после операции. Последствия могут быть очень серьезными. Ведь в ходе реакции азотистого обмена, например, образуется ряд токсических соединений, накопление которых в ткани сердца нежелательно. Поэтому так важно найти пути, чтобы уменьшить эти изменения, или предотвратить их, если это возможно.
Новый прием, предложенный для профилактики нарушений азотистого обмена в период остановки сердца, заключается в использовании в кардиоплегических растворах высоких концентраций калия. В эксперименте одновременно с пережатием аорты для остановки кровотока вводится такой раствор в полости сердца и сосудов. Сердце останавливается в диастоле. Как полагают исследователи, изменения в азотистом обмене и накоплении аммиака в этом случае значительно уменьшаются. Использование кардиоплегических растворов с измененным составом имеет и другую положительную сторону: лучше сохраняется энергетика сердца, что крайне важно для нормального протекания послеоперационного периода.