Биоэнергетика сердца - Медицина лекция

Главная

Медицина
Биоэнергетика сердца

Современная кардиология немыслима без изучения процессов на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Только благодаря современным тонким методам исследования стали возможны открытия в области такой науки, как биоэнергетика сердца.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Современная кардиология немыслима без изучения процессов на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Только благодаря современным тонким методам исследования стали возможны открытия в области такой науки, как биоэнергетика сердца.
Одна из функций, присущих всему живому, - способность к энергообеспечению за счет от тех или иных внешних энергетических ресурсов. Это и изучает биоэнергетика. Само слово вошло в обиход с легкой руки А. Сцепт - Дьерди, прославившегося в свое время выделением первого витамина - аскорбиновой кислоты. Так называлась небольшая книжка, опубликованная А. Сцепт - Дьерди в 1956 г. В этом труде было множество увлекательных мыслей и гипотез, но испытание временем выдержало лишь слово, вынесенное автором на обложку.
Сначала в некоторых биологических центрах появились лаборатории, отделы биоэнергетики (отдел МГУ был создан в 1965 г.). Затем с конца 60-х годов стали издаваться журналы и сборники, пошли симпозиумы, конференции, курсы под этим названием. И вот сегодня биоэнергетика - одно из популярных научных направлений со своим кругом идей, объектов и методов, своими лидерами и соперничающими школами; словом, - интернациональный организм, живущий и развивающийся по собственным законам.
Вслед за известными успехами этой ветви биологии пришла мода и появилась тенденция писать слово «биоэнергетика» во всех случаях, где идет речь об энергетическом аспекте живых существ, невзирая на степень их сложности. В этом смысле первым биоэнергетиком нужно признать Платона, размышлявшего о судьбе пищи в организме. Что же до современных исследователей, пытающихся добыть точные сведения о биологических преобразователях Е , то их правильнее называть «молекулярными биоэнергетиками».
Сейчас непосредственно о биоэнергетике сердца.
Энергетический метаболизм клеток сердца включает в себя 3 раздела:
1-й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК , которые приводят к образованию АТФ в митохондриях;
2-й раздел: процесс внутриклеточного транспорта Е ;
3-й раздел: реакции использования Е:
б) перенос ионов против градиента их концентрации через клеточные мембраны;
Примечание . Эти два процесса взаимосвязан ы и их рассмотрим вместе
Сейчас перейдем к первому большому разделу: образованию энергии.
1-й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК
Источником биологической Е для организма служит пища, в которой эта Е заключена в химических связях сложных соединений, главным образом, - в связях С-С и С-Н .
Биохимические процессы, производящие Е, можно подразделить на 2 группы:
1-я группа: процессы, идущие с поглощением О 2 воздуха;
2-я группа: без доступа кислорода .
Биологический синтез любой химической связи требует в 3 раза больше Е, чем может образоваться при простом расщеплении подобной связи. Поэтому организм прибегает к обходному пути, чем достигает больший кпд.
Аэробный путь был открыт в 30-х годах Энгельгардтом и назван окислительным фосфорилированием, потому что на промежуточных этапах окисления освобождающаяся Е фиксируется в пирофосфатных связях молекул АТФ и других соединений. Эти связи Энгельгардт назвал макроэргическими - т.е., высокоэнергетическими. АТФ и ее аналоги играют роль универсального аккумулятора Е в организме. В этом соединении Е концентрируется в удобной форме, пригодной для утилизации. Процессы, идущие с выделением Е , связаны с синтезом АТФ. Процессы с поглощением Е сопряжены с расщеплением АТФ. Таким образом, АТФ выступает связующим звеном между ними. Благодаря АТФ, 2 процесса расчленяются во времени. Это придает Е -обмену большую гибкость. Е - законсервирована и может расходоваться в любое время и на любые нужды.
АТФ не только посредник, но и депо Е . Во время работы количество АТФ уменьшается, идут реакции гликолитического фосфорилирования: увеличиваются АДФ, АМф, фосфат неорганический. После нагрузки уровень АТФ восстанавливается.
Роль запаса Е и донора фосфатов для АТФ играет также другой макроэрг - КФ. КФ не поставляет Е для клетки, а обменивает свой фосфат с АТФ. Реакция протекает по уравнению:
При энергообразовании реакция идет вправо, идет запас КФ. При потреблении Е - влево - увеличение АТФ. Все субклеточные структуры сердца, которые потребляют Е (миофибриллы, мембраны), - содержат КФК (ММ - изофермент), сопряженную с АТФ -азными реакцими.
Аэробный путь энергетически более выгодный. Первые его этапы совпадают с гликолизом - до стадии образования ПВК. Но в присутствии О 2 ПВК не превращается в МК, а вступает в цикл трикарбоновых кислот Кребса. В цикле Кребса при окислении пирувата образуется 1 макроэргическая связь, сохраняемая в молекуле ГТФ, который передает ее на АТФ. Такое фосфорилирование называется субстратным.
Вся остальная Е , содержащаяся в субстратах цикла Кребса передается без потерь на ферменты НАД и НАДФ, и фиксируется в их эфирных связях.
Дальнейшее окисление этих коферментов через флавиновые ферменты и цитрохромную систему называется терминальным . Это самый выгодный участок дыхательной цепи, так как здесь идет больше всего реакций окислительного фосфорилирования. Здесь образуется 3 молекулярных АТФ. Таким образом, Е субстратов цикла Кребса переходит в Е АТФ.
Почти все остальные субстраты имеют неуглеводную природу:- аминокислоты, ЖК, -подвергаясь ферментативным превращениям, образуют либо метаболиты цикла Кребса, или А - Ко - А (активированная форма уксусной кислоты).
В итоге - превращение Е идет или с окислением ПВК или АКоА. 1 молекула ПВК дает 15 макроэргических связей.
Сейчас рассмотрим, как работают митохондрии.
Функцию выработки и сохранения Е в клетке несут митохондрии. Грин назвал митохондрии биохимическими машинами, которые трансформируют и консервируют Е. Они составляют 25 - 30% всей массы миокарда. Форма их зависит от вида клеток. Митохондрии сердца имеют цилиндрическую форму, расположены между миофибриллами и в непосредственной близости к ним, так как тесный контакт облегчает обмен АТФ.
Это твердые тельца, окруженные гидрофильным золем и заключены в оболочку с избирательной проницаемостью. Мембраны - две. Внешняя - гладкая. Внутренняя образует выпячивания. Палад назвал их кристами. От наружной мембраны внутрь, к центру отходят гребни. Они разделяют митохондрии на камеры, заполненные матриксом. В митохондриях клеток миокарда, где интенсивно идет Е- обмен, число крист - наибольшее. Количество матрикса отражает побочные функции митохондрий. В миокарде его мало. Наружная мембрана и гребни состоят из ЛП и ФЛ.
Киндэй и Шнейдер в 1948 г. нашли в митохондриях полный набор ферментов для цикла Кребса. Грин, Рихтерих в 50-х годах обнаружили ферменты для окисления Б, Ж, У до субстратов
цикла Кребса. Наконец, Чейнс, Вильямс показали, что ферменты терминального окисления (цитохромы, НАД) находятся только в митохондриях. Ферменты находятся в строгом порядке, одни - растворены, другие - прочно связаны со структурным белком.
Побочная функция митохондрий - синтез своих структурных белков и некоторых ферментов. Цитохромы, дегидрогеназы поступают от рибосом, извне.
Митохондрии в работе клетки - самое слабое звено. Они очень чувствительны на любое воздействие, особенно, на кислородную недостаточность. Первичной реакцией является торможение окислительного фосфорилирования, называемое мягким разобщением . Это включение свободного окисления.
В 60-х годах Митчел создал хемиоосмотическую теорию, по которой окислительное фосфорилирование есть перенос е*, р*, Н* во вне через мембрану, способную создавать и удерживать таким образом мембранный потенциал. Этот потенциал и регулирует распределение ионов, в том числе, и возможность обратного входа Н* для синтеза АТФ. Сильные нарушения движения ионов вызывает изменение РН. При свободном же окислении потенциала нет, и весь поток Е идет по короткому пути, в обход фосфорилирующих реакций, без синтеза АТФ. е* быстро переносится с восстановителя на окислитель.
Скулачев в 1962 г. показал, что свободное окисление - вынужденная мера, энергетически она не выгодна.
При заболеваниях сердца митохондрии страдают сильнее. Переключение реакций на свободное окисление уменьшает Е - снабжение. В далеко зашедших случаях подавляется и свободное окисление. Визуально наблюдается набухание митохондрий, что приводит к нарушению высокой
организации внутренней структуры. Нарушается расположение ферментов и проницаемость мембраны. Возникает порочный круг, так как для восстановления структуры необходим приток Е . АТФ выходит из митохондрий и не может быть использована миофибриллами. Наступает необратимое разрушение мембраны и гребней. При гипертрофии сердца митохондрии вначале набухают, затем уменьшаются в размерах. Кристы исчезают. Появляются жировые включения.
Функция митохондрий зависит от РН клетки. В кислой среде, когда РН ниже 6,6, - фосфорилирование тормозится, мембраны набухают. Это обратимо. В более кислой среде митохондрии сморщиваются. В щелочной среде митохондрии набухают.
При воздействии КА митохондрии сокращают свои размеры, и буквально, забиты кристами. Таким образом, любое патологическое состояние ведущее к нарушению обмена веществ (гипоксия, ацидоз, алкалоз, гиперметаболизм) - ведет к обратимому, либо к необратимому повреждению митохондрий.
Главными источниками Е для миокарда являются: глюкоза, лактаты и свободные ЖК. В незначительной степени участвуют кетотела (< 10%).
Как же меняется Е -обмен при различных экстремальных условиях? Нормально функционирующее сердце использует для энергетических целей различные субстраты, в выборе которых сердце весьма лабильно.
В условиях покоя важнейшим источником Е является глюкоза крови, (до 30 %).Утилизация
глюкозы миокардом, в основном, определяется не ее концентрацией, а содержанием инсулина.
При мышечной работе потребление глюкозы уменьшается - до 10%. Организм экономит глюкозу для мозга и других органов. А при повышении концентрации глюкозы в крови утилизация ее миокардом возрастает. Окисление жира при этом снижается.
20-30% Е обеспечивают лактаты. Миокард свободно утилизирует из крови МК и ПВК. При мышечной работе лактаты все больше окисляются в миокарде, и дают 70% всей Е . Лишь при пульсе 190-200 ударов в минуту в сердце начинает преобладать анаэробный метаболизм, с выделением МК.
Сердце окисляет также СЖК, которые при голодании и натощак становятся основным источником. Е .
В последнее время подчеркивается роль в обмене миокарда ТГ и ЖК. В покое доля СЖК - 40%, ТГ - 15%. Во время работы доля жиров уменьшается в 2 раза.
Такую лабильность следует рассматривать как проявление адаптации миокарда к различным условиям функционирования.
В сердечных клетках Е переносится от митохондрий КФ ко всем местам использования: миофибриллам и клеточным мембранам, субклеточным мембранам. КФ-пути внутриклеточного транспорта Е в сердечных клетках приведены на схеме.
Схема КФ-пути внутриклеточноготранспорта Е в сердечных клетках
1-2 Главным макроэргом, выходящим из митохондрий, является КФ. В митохондриях работает замкнутый цикл превращения АТФ и АДФ, связанный через КФК - митохондрий.
3А Сила сокращения миофибриллы и длительность ПД коррелирует не с концентрацией АТФ, а с КФ, который, в свою очередь, от креатинина. Таким образом, на силу сокращения влияет не только поток Са , но и концентрация КФ. КФ через КФК миофибриллы рефосфорилирует АДФ для акта сокращения.
3В Локализация КФК на мембране клеточного ядра позволяет считать, что Е - КФ используется в биосинтетических процессах ядра.
Обеспечивая эффективный транспорт Е , КФК - реакции выполняют также регуляторную функцию, участвуя в системе обратной связи между процессами образования и использования Е . Точное выяснение природы обратной связи требует дальнейшего изучения.
3-й раздел: Р еакции использования Е
Для того, чтобы понять, как происходит сокращение мышцы сердца, необходимо знать строение кардиального миоцита.
Клетка на поперечном срезе содержит : ядро, миофибриллы, митохондрии, Т-система, СПР.
Основную массу клетки занимают миофибриллы. Их число доходит до 400-700 тысяч. Миофибриллы представляют длинные нити, которые переходят из саркомера в саркомер. Они состоят из 2 типов нитей. Толстые, нити миозина, находятся по середине соркомера. Ось миозина образует легкая субъединица - L-меромиозин. H- меромиозин - главная, тяжелая субъединица, снабжена головками, на расстоянии 400 А , которые образуют мостики с актином.
Нити актина - тонкие, расположены между толстыми, в области Z - линии каждая соединена с 3-4 - мя соседнего саркомера.
F- актин за счет Е - АТФ может переходить в G - А, глобулярный А. К актину прикреплен тропомиозин, который не фиксирован и может перемещаться. Он блокирует главные центры актина. Тропомиозин несет на себе тропонин.
- TN - T - привязывает тропонин к тропомиозину.
Таким образом, тропонин - тропомиозин - в комплексе блокирует актин.
Сейчас о роли Са в сокращении. Главное депо Са - это T - система, СПР и митохондрии. T- система образуется выпячиваниями сарколеммы в области Z - линии внутрь клетки.
СПР состоит из сети продольных трубочек и латеральных цистерн, где и концентрируется Са для очередного залпа. В цистернах содержится мукополисахарид, который быстро связывает Са . Таким образом, свободный Са , попав в продольную сеть, движется к цистернам, где его концентрация меньше, а связанного - больше, это - транслокация Са . Запас Са создается только на 1 залп. Цистерны близко прилегают к T - системе.
Во время плато ПД увеличивается проницаемость мембраны для Са , и он входит в клетку через C а - каналы.
Это медленный Са ток. Дальше часть Са используется в миофибриллах для сокращения, равного 40 % всего Са . Вторая часть поступает в СПР, про запас. Когда деполяризация достигает T - системы, срабатывает Na - триггер, и СПР выбрасывает весь запас Са из цистерн. Это 60 % всего Са . В соркоплазме концентрация Са увеличивается в 100 раз, с 10 -8 до 10 -5 М.
Для расслабления необходимо уменьшить его концентрацию в миофибриллах.
Обмен Na - C а . C а удаляется из клетки против концентрационного градиента за счет Е
движения Na внутрь клетки, по концентрационному градиенту. Это Na - C а - насос .
Кальциевый насос продольных трубочек СПР быстро поглощает Са из миоплазмы. Сам C а активирует свое поглощение, стимулируя АТФ - азу мембраны СПР. АТФ дает Е для транспорта Са против градиента концентрации.
Эти процессы начинаются еще во время систолы и препятствуют сильному напряжению. Время транслокации Са в цистерны и определяет восстановление сердечной мышцы. Благодаря ему не происходит титанических сокращений.
Концентрация Са вблизи миофибрилл уменьшается, C а покидает тропонин - тропо - миозиновые комплексы, так как СПР поглощает его в 3 раза более активнее, наступает расслабление.
Таким образом, во время ПД медленный ток C а в клетку предопределяет и сокращение, и включение механизма расслабления.
Быстрый ток Na в клетку вызывает выход Са из СПР - триггер и дает Е для удаления C а из клетки.
3-й насос - K - Na , за счет Е АТФ, удаляет Na , и возвращает K . Наступает реполяризация мембраны, и клетка переходит в исходное состояние.
Таким образом, необходимо говорить о едином механизме сопряжения возбуждения с сокращением и расслаблением.
Собственно мышечное сокращение происходит следующим образом. Когда Са присоединяется к тропонину - С (TNC), в нем происходят конформационные изменения, в результате чего тропонин - тропомиозин - комплекс сдвигается и обнажает центры актина. Головки H-меромиозина образуют мостики с нитью актина. Используются Е - АТФ , ионы Са , Mg .
Свойства фермента - АТФ - азы проявляет сам H-меромиозин.
Мостики образуются и вновь разрушаются. Таким образом, нити актина скользят между миозином к центру соркомера, каждый раз на 1 шаг - 400 А .
Мышца укорачивается, происходит систолическое сокращение. В результате химическая Е связей АТФ переходит в механическую работу.
Тропонин - тропомиозин - комплекс (с TN-I) блокирует актин. Ионы Са проходят через поры мембраны, и из СПР, C а взаимодействует с TN - C, тропонин - тропомиозин поворачиваются, актин взаимодействует с миозином.
Таким образом, согласованное во времени протекание всех 3-х реакций - образования, транспорта и использования Е - обеспечивается эффективными механизмами их взаимной регуляции. Главный фактор, влияющий на Е - м етаболизм - сам акт сокращения , регулируемый потоком Са во время плато ПД. Особенность сердца состоит в том, что значительное увеличение работы и потребления О 2 мало изменяют концентрацию макроэргов в клетке (АТФ и КФ). В сердце велик метаболический оборот этих соединений, эффективная обратная связь:
Мы рассмотрели главные пути обмена Е в миокарде. Пока еще не все ясно. Многие вопросы еще требу ют изучения.
ВА Раповец 22 08 04 Минск
Биоэнергетика - способность к энергообеспечению за счет от тех или иных внешних энергетических ресурсов. Энергетический метаболизм клеток сердца: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК; процесс внутриклеточного транспорта Е; реакции использования Е. автореферат [26,4 K], добавлен 02.02.2008
Классификация видов заболеваний сердца. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) и причины ее развития. Факторы, провоцирующие приступ стенокардии. Препараты и основные профилактические мероприятия для их предупреждения. Современная оперативная кардиология. презентация [1,4 M], добавлен 18.06.2013
Понятие инструментальных методов исследования в медицине. Описание некоторых из них, применяющихся для обследования сердца. Фонокардиография, особенности рентгенологического исследования. Эхокардиография, радионуклидное исследование. MP-томография сердца. презентация [2,2 M], добавлен 24.04.2014
Особенности проведения общего осмотра и дополнительных методов исследования порока сердца. Систолический шум на верхушке сердца как характерный клинический признак митральной недостаточности. Общая характеристика основных клинических форм порока сердца. реферат [118,4 K], добавлен 03.05.2010
Расспрос и осмотр больного с заболеванием сердца. Диагностическое значение пальпации и перкуссия сердца в патологии. Аускультация сердца: тоны сердца в патологии. Сердечные шумы, диагностическое значение. Синдром поражения клапанного аппарата сердца. презентация [781,2 K], добавлен 20.10.2013
Изучение основных сердечно-сосудистых патологий. История открытия аппарата Лангендорфом, предназначенного для изучения изолированного сердца млекопитающих. Опыты профессора Кулябко по оживлению сердца человека. Примеры кардиотрансплантации; ее трудности. курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.02.2012
Сердце как центральный орган сердечно-сосудистой системы. Его анатомия, принципы и механизмы фунционирования. Методики определения границ сердца. Проекции клапанов сердца и места их аускультации. Характеристика физикальных методов их исследования. презентация [654,3 K], добавлен 13.09.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Биоэнергетика сердца лекция. Медицина.
Купить Собрание Сочинений Иоанна Златоустого
Магистерская диссертация по теме Тенденции и традиции развития хачкаров в контексте народной культуры Армении
Курсовая работа по теме Розрахунок нерозрізної балки
Курсовой Проект На Тему Автоматизация
Контрольные Проверочные Работы Первый Класс
Реферат: Страховые компании Японии и их портфели. Скачать бесплатно и без регистрации
Сложноподчиненные Предложения Контрольная Работа 9
Анализ Конкурентной Среды Предприятия Курсовая
Отчет по практике по теме Организация управления цехом ОАО 'Глубокский мясокомбинат'
Реферат по теме Культура и эпоха эллинизма древнегреческого Полиса
Курсовая работа по теме Лизинг, его виды, документальное оформление и учет
Что Такое Месть Сочинение Рассуждение 9.3
Реферат На Тему Памятники России
Реферат по теме Бойовий шлях українських січових стрільців
Сочинение Про Искусство 11 Класс
Курсовая работа: Фінансовий ринок
Дипломная работа по теме Пути совершенствования деятельности информационно-аналитических подразделений таможенных органов РФ
Чацкий И Молчалин Сочинение 150 Слов
Сочинение: Образ Ивана Флягина в повести "Очарованный странник"
Курсовая работа по теме Операции СВОП
Рекреационные ресурсы Италии - География и экономическая география курсовая работа
Исследование прокурорского надзора и судебного контроля за органами, исполняющими уголовные наказания - Государство и право дипломная работа
Музейные здания. История и эволюция строительства - Культура и искусство реферат