Миокарден метаболизъм

Всички клетъчни процеси използват АТФ като основен източник на енергия. АТФ е необходим за поддържане на мембранните транспортни процеси, както и за съкращаването и отпускането на кардиомиоцитите, което включва АТФ-зависим транспорт на калций от саркоплазмения ретикулум. Така при увеличаване на механичната активност на сърцето и на честотата на сърдечните съкращения се увеличава миокардния метаболизъм.

Мрежата на сърдечния метаболизъм е изградена от сложни взаимодействащи пътища, които в крайна сметка завършват с производство на АТФ и не-АТФ енергийни субстрати. Най-важната характеристика на тази мрежа от биохимични процеси е метаболитната гъвкавост или с други думи способността за промяна в отговор на различни стимули, към които спадат и промените в хранителния режим. Сърцето е способно да ремоделира метаболитните пътища при хронични патофизиологични състояния. В стремежа да се разбере сложността на миокардния метаболизъм се правят множество фармакологични и генетични изследвания. Получените данни разкриват нови стратегии в метаболитната терапия на сърдечната недостатъчност.

В нормални условия сърцето работи като една аеробна метаболитна система, осигуряваща постоянство на високоенергийни фосфатни съединения, необходими за неговата електрична, химична и механична активност. Като енергиен източник за метаболизма на сърцето, значение имат лактатът (16%), глюкозата (17%) и свободните мастни киселини (67%), които са с най-голямо значение.

Миокардният метаболизъм преминава през 3 последователни фази:

1. Освобождаване на енергия чрез разкъсване на С-Н-връзките на използваните енергийни субстрати.
2. Натрупване на енергия чрез синтезата на високоенергийни фосфатни съединения, каквито са АТФ, АДФ и креатин фосфат.
3. Освобождаване на химичната енергия за реализиране съкращението или напрежението на миокарда.

Митохондрии – място за производство на АТФ

Съхранението на високоенергийни фосфати в сърцето е минимално. Тези нива са достатъчни за поддържане на сърдечния ритъм само за няколко секунди. По тази причина равновесието между производството и използването на високоенергийни фосфати е от ключово значение. Централна роля в производството на АТФ имат митохондриите, които освен, че генерират повече от 95% от високоенергийното съединение, но и регулират вътреклетъчната калциева хомеостаза, междуклетъчното сигнализиране и клетъчната смърт. Митохондриите заемат една трета от обема на кардиомиоцитите. Това прави кардиомиоцитите клетките с най-високо съдържание на митохондрии. Те могат да използват различни метаболити с цел производство на АТФ.

В множеството митохондрии на мускулните клетки се извършват аеробните или оксидационните процеси, от които зависи набавянето на енергия за сърдечната дейност. Чрез кардиална катетеризация е установено, че човешкото сърце използва около 10 грама лактат и 11 грама глюкоза за едно денонощие. Ако човек извършва тежък физически труд, в организма му се отделя повече лактат, който се използва от миокардните клетки за енергийните нужди на сърцето. При обикновени условия сърцето използва около 10% от набавения общ кислород за организма.

Субстрати за синтез на АТФ

Клетъчните нива на АТФ зависят от баланса между използването и производството на този универсален енергоносител. За да се поддържат оптимални концентрации, е необходимо АТФ да се произвежда по анаеробен и по аеробен начин, защото анаеробният капацитет на сърцето е ограничен. Нивото на АТФ ще се понижи ако няма достатъчно кислород за аеробно производство или ако има увеличено използване, което не съответства на синтезата. Сърцето може да използва различни субстрати за окислително регенериране на АТФ. Няколко часа след хранене то използва 60-70% мастни киселини и 30% въглехидрати. При консумиране на храна, богата на въглехидрати, сърцето се адаптира и ги използва в по-голяма степен, като основният субстрат е глюкозата. Лактатът може да замени глюкозата. Той е много важен субстрат по време на тренировка. Сърцето може да използва и аминокиселини и кетонови тела (ацетоацетат, бета-хидроксибутират, ацетон). Кетоновите тела са особено важни при диабетна кетоацидоза и при продължително гладуване. По време на исхемия и хипоксия, коронарното кръвообращение не е в състояние да достави метаболитни субстрати на сърцето. При тези условия то е в състояние да използва гликоген (форма за съхранение на въглехидрати) като субстрат за анаеробно производство на АТФ и за образуване на млечна киселина. Количеството АТФ, което може да се произведе по този механизъм, е ограничено, поради факта, че в сърцето има малко количество гликоген, който бързо се изчерпва в условията на хипоксия.

Промени на миокардния метаболизъм при патологични условия

Сърцето е един от най-засегнатите органи от разнообразна патология. Патологичните процеси, които се развиват в него, се придружават от характерни промени в миокардния метаболизъм. Към тях спадат:

• хипертрофия на миокарда – с това понятие се означава увеличението на мускулната маса на миокарда. При тази патология се наблюдава препрограмиране на миокардния метаболизъм в посока на повишено използване на глюкоза. Смята се, че това е компенсаторен механизъм, който подобрява кислородната ефективност за синтез на АТФ. По този начин увеличаването на глюкозния метаболизъм е особено важно за сърдечна недостатъчност, причинена от хронична исхемична кардиомиопатия.;
• диабет и затлъстяване – сърдечната дисфункция при тези състояния е свързана с повишена консумация на кислород и оксидативен стрес. При тази патология се наблюдава повишена доставка на субстрати, която надвишава необходимостта от синтез на АТФ. Пациентите със захарен диабет тип 2 имат повишени нива на свободните мастни киселини в кръвта. Те се разграждат посредством бета-окисление и са основни субстрати за синтез на АТФ в миокарда.

Метаболитна терапия при сърдечна недостатъчност

Метаболитната терапия при сърдечна недостатъчност се основава на няколко основни принципа – насочване към използването на определен субстрат (глюкоза), подобряване на инсулиновата чувствителност, подобряване на митохондриалната функция и прилагане на полиненаситени мастни киселини.

Миокардният метаболизъм осигурява оптимални нива АТФ за извършване на сърдечните функции. Познаването на особеностите му стои в основата на разбирането на сърдечната физиология, патология и терапия.