Основные факторы регуляции интенсивности гликолиза в кардиомиоцитах
Основными факторами регуляции интенсивности гликолиза в кардиомиоцитах являются: величина притока глюкозы в клетку; активность гексокиназы и фосфофруктокиназы; скорость глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции.
В условиях ишемии миокарда, когда приток глюкозы в клеткам ограничен, одним из ведущих лимитирующих интенсивность, гликолиза звеньев становится этап превращения глицеральдегид-3-фосфата. Этот этап зависит от активности фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (ГА-З-ФДГ). Повышение ее сопровождается гиперпродукцией НАДН и НАДФН.
Поскольку окисление пиридиннуклеотидов в малатаспартатном челночном механизме митохондрий ограничено, их концентрация возрастает до такого уровня, что подавляет активность ГА-З-ФДГ.
Единственным путем уменьшения концентрации НАДН и НАДФН в цитозоле становится их окисление в ходе лактатдегидрогеназной реакции. Однако при длительной ИшМ в связи с увеличением продукции лактата, нарушением его оттока из зоны повреждения и развитием внутриклеточного ацидоза активность лактатдегидрогеназы подавляется.
Видно, что ферментативная активность ЛДГ увеличивается лишь в первые 50 мин ИшМ, а затем с 80-й минуты ИшМ она быстро снижается. В отдаленных от зоны ишемии участках сердца активность фермента несколько превышает фоновый уровень во все сроки ИшМ.
Важным фактором ишемического угнетения гликолиза является также дефицит макроэргических фосфатов. Известно, что гликолиз требует для своего поддержания энергии АТФ (на начальном этапе — для фосфорилирования глюкозы, а также при образовании фруктозо-1,6-дифосфата из фруктозо-6-фосфата).
Учитывая это обстоятельство, следует подчеркнуть важную диагностическую и прогностическую значимость выявленного нами факта двухфазного снижения содержания окисленных форм пиридиннуклеотидов, свидетельствующего о повышении концентрации НАДФН и НАДН в зоне ишемии миокарда: в течение первых 60 — 80 мин ИшМ (более чем на 30% по сравнению с фоном) и затем в интервале между 80 и 160 мин (еще в среднем на 13%).
Очевидно, что первая фаза обусловлена подавлением аэробного метаболизма в результате исчерпания кислорода, связанного с миоглобином, а вторая является результатом главным образом двух процессов: во-первых, подавления активности ферментов гликолиза, обусловленного ацидозом, в основном в его лимитирующих звеньях: на уровне ГА-З-ФДГ и лактатдегидрогеназы; во-вторых, угнетения его начальных АТФ-зависимых звеньев на уровне гексокиназы и фосфофруктокиназы. В этот период отмечается вторичное снижение концентрации АТФ в кардиоцитах зоны ИшМ.
Приведенные выше факты позволяют заключить, что увеличение содержания НАДФН и НАДН в миокарде после 60 — 80 мин ИшМ, сочетающееся с «критическим» снижением концентрации в нем АТФ в наших опытах ниже 0,8 мкмоль/г, свидетельствует о подавлении гликолитических реакций в клетках миокарда. Это в свою очередь является одним из главных факторов развития необратимых повреждений кардиомиоцитов.
Динамика активности лактатдегидрогеназы (ед. экстинкции) в сердце при локальной ишемии и последующей реперфузии (M ± m)
| Зона сердца | Фон | Длительность ИшМ и ПРП | ||||||||
| 10 мин ИшМ | 10 мин ИшМ + 40 мин ПРП | 50 мин ИшМ | 40 мин ИшМ | 40 мин ИшМ + 40 мин ПРП | 80 мин ИшМ | 120 мин ИшМ | 120 мин ИшМ + 40 мин ПРП | 160 мин ИшМ | ||
| ИшМ и ПРП | 0,20 ± 0,0022 | 0,25 ± 0,0030** | 0,21 ± 0,0021 | 0,22 ± 0,0028* | 0,26 ± 0,0033* | 0,19 ± 0,0035 | 0,12 ± 0,0035 | 0,12 ± 0,0034 | 0,15 ± 0,0035 | 0,10 ± 0,0031 |
| Отдаленные зоны | 0,22 ± 0,0017* | 0,23 ± 0,0036 | 0,19 ± 0,0021 | 0,22 ± 0,0020 | 0,22 ± 0,0032 | 0,23 ± 0,0048 | 0,25 ± 0,0022 | 0,21 ± 0,0020 | 0,23 ± 0,0036 | |
р < 0,05. ** р < 0,01.
Таким образом, снижение продукции АТФ в клетках миокарда в первые минуты его ишемии является в основном результатом подавления аэробного метаболизма СЖК и глюкозы. В связи с этим быстро подавляется эффективная сократительная функция ишемизированного миокарда.
В дальнейшем накопление воосстановленных форм коферментов (НАДН, НАДФН, ФАДН), снижение концентрации АТФ ниже «критического» уровня (менее 1 мкмоль/г) и ферментов, а также лактата обусловливает развитие внутриклеточного ацидоза.
Это в свою очередь угнетает активность ферментов инициальных звеньев гликолиза — гексокиназного и фруктокиназного, которые требуют затрат АТФ. На данном этапе продукция АТФ практически прекращается, что обусловливает развитие необратимых структурных изменений в кардиоцитах.
Давая характеристику механизмов подавления синтеза АТФ в клетках миокарда при его ишемии, необходимо обсудить еще одно обстоятельство. Дефицит кислорода в зоне ИшМ. сам по себе, видимо, не вызывает необратимой альтерации клеток миокарда.
Она наступает главным образом в результате каскада метаболических реакций, вызванных угнетением аэробного обмена веществ.
К числу ведущих среди них следует отнести: дефицит АТФ; накопление метаболитов — продуктов деградации адениловых нуклеотидов (АДФ, АМФ, аденозина, гипоксантина, неорганического фосфата и др.), СЖК и их производных (ацил-КоА, ацилкарнитина), лактата и пирувата.
Важное значение имеет увеличение концентрации восстановленных форм ферментов и коферментов (НАДН, НАДФН, ФАДН и др.). Накопление метаболитов и увеличение концентрации восстановленных форм ферментов и коферментов обусловливают развитие внутриклеточного ацидоза.
Комбинация этих факторов (в совокупности с другими, описанными ниже) обусловливает необратимую утрату клеточных функций: мышечной сократимости, поддержания мембранных градиентов ионов и клеточного объема, пластических процессов, а также регуляторных механизмов.
«Коронарная и миокардиальная недостаточность»,
Л.И.Ольбинская, П.Ф.Литвицкий
