Изменение химического состава мышечной ткани в онтогенезе

Показатели	Мышцы эмбрионов	Мышцы взрослого живот-го
вода	Больше	Меньше
Общий белка	Меньше	Больше
миозин и актомиозин	Ниже	Выше
белки стромы, миоальбумин, глобулины	Выше	Ниже
нуклеопротеины, РНК и ДНК	Более высокое	Низкое
АТФ и КФ	Меньше	Больше

Ансерин и карнозин появляются в мышечной ткани в строго определенный период онтогенеза. Время их появления тесно связано с мышечной функцией и совпадает с формированием рефлекторной дуги, обеспечивающей возможность двигательного рефлекса, появлением Са²⁺-чувствительности актомиозина и началом работы ионных насосов.

В ходе онтогенеза изменяется изоферментный спектр ЛДГ.

экстракты из скелетных мышц	фермент
3–5-месячного эмбриона	ЛДГ3 и ЛДГ2 приходится соответственно 40 и 31%
у взрослых особей	ЛДГ5 и ЛДГ4 активнее
В процессе развития плода	повышается активность изофермента I гексокиназы и снижается активность изофермента II

Функциональная биохимия мышц

При сокращении мышц происходит переход химической энергии в механическую. Это осуществляется за счет энергии, освобождающейся при гидролизе АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата. В поперечно-полосатой мышце сокращение зависит от концентрации ионов Са²⁺, регулируемой саркоплазматическим ретикулумом (СПР) – специализированной системой мембран, накапливающей Са²⁺ в состоянии покоя и высвобождающей его при воздействии на мышечное волокно нервного импульса.

Пути ресинтеза АТФ:

1. Креатинкиназный путь Трансфосфорилированием АДФ с креатинфосфатом. Данная реакция катализируется ферментом креатинкиназой.

Данный путь чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы КФ образуется молекула АТФ). Применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-динитро-фенол), а также с помощью агентов, препятствующих окислительному фосфорилированию АДФ в АТФ, Т. Кейн и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки.

2.Миокиназный путь (незнач. кол-во АТФ). Аденилаткиназная реакция:

Запасы креатинфосфатат (КФ) в мышце невелики, а доступность энергии КФ имеет ценность для работающей мышцы только в том случае, если расход его постоянно возмещается синтезом АТФ в процессе метаболизма.

Регенерация богатых энергией фосфорных соединений происходит за счет 2-х процессов – гликолиза, и окислительного фосфорилирования (ОФ). При достаточном снабжении О₂ мышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся при окислении (в цикле Кребса) как продуктов распада углеводов, так и ряда других субстратов тканевого дыхания, в частности жирных кислот, а также ацетата и ацетоацетата. КФ в мышечной ткани (в частности, в миокарде) способен выполнять не только роль как бы депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним ОФ. Предложена схема переноса энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (рис. 7).

АТФ–АДФ-транслоказа (локализованной на внутренней мембране митохондрий) транспортеирует матричную АТФ и передает ее в активный центр кератинкиназы (расположеный на внешней стороне внутренней мембраны). В межмембранном пространстве (в присутствии Mg²⁺) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ–Mg²⁺, который затем распадается с образованием КФ и АДФ–Mg²⁺.

Рис.7. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (схема по В.А. Саксу и др.). Объяснение в тексте. а - наружная мембрана; б - внутренняя мембрана; Кр - креатин; Крф - креатинфосфат; КК - креатинкиназа; Т - транслоказа.

КФ диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося при сокращении. Возможно не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

Источники энергии мышечного сокращения

В состоянии покоя. Свободные жирные кислоты (СЖК) и кетоновые тела (КТ).

При умеренной нагрузке. СЖК + КТ + глюкоза крови.

Преобладает аэробный метаболизм, аэробный путь ресинтеза АТФ.

При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание лактата в мышечной ткани может повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С током крови значительное количество лактата поступает в печень, где ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов.

При максимально интенсивной работе – функционирует креатинкиназный путь, а через 20с – присоединяется и гликолиз (максимум через 40–80 с).

При максимальной нагрузке. СЖК + КТ + глюкоза крови + гликоген мышц.

Преобладает гликолитичекий путь.

Ресинтез АТФ в миокарде должен происходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь ОФ, связанный с поглощением О₂.

Механизмы энергообеспечения мышечного сокращения

1. Основной регулятор энергетики мышечной клетки — это отношение [АТФ]/[АДФ]·[Фн]. В покое концентрация АТФ высокая, а АДФ — низкая, в результате чего тормозится активность ключевых ферментов гликолиза, ЦТК и работа ДЦ. С началом работы мышц концентрация АТФ падает, а АДФ возрастает, что приводит к активации вышеназванных процессов.

2. Накапливающийся при работе мышц лактат поступает из крови в печень, где путём глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая поступает в кровь, далее в мышцы, где восстанавливает запас гликогена (глюкозо-лактатный цикл).

3. Аденилаткиназная (миокиназная) реакция: 2 АДФ ↔ АТФ + АМФ.

АТФ используется для мышечного сокращения, а АМФ стимулирует гликолиз.

4. Креатинкиназная реакция: Креатин + АТФ↔КФ + АДФ.

Покоящиеся мышцы содержат в 10–20 раз больше КФ, чем АТФ, но КФ, в отличие от АТФ, не может использоваться мышцами для сокращения.

КФ: 1. транспортная форма энергии в мышцах;

2. с АДФ участвует в образовании АТФ.

Запаса КФ хватает только на 10 с, но за это время запускаются 1–3-й механизмы. Особенно эта система важна для миокарда, так как он очень чувствителен к недостатку кислорода. В сердечной мышце аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30–35% О₂, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные кислоты. Окисление неуглеводных веществ обеспечивает около 65–70% потребности миокарда в энергии. Из свободных жирных кислот в сердечной мышце особенно легко подвергается окислению олеиновая кислота.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МЫШЦАХ ПРИ ПАТОЛОГИИ

Общие симптомы для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц в результате их денервации, тенотомия, полимиозит, некоторые авитаминозы и т.д.)	резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков; возрастание концентрации белков стромы и некоторых саркоплазматических белков, в том числе миоальбумина; снижение уровня АТФ и креатинфосфата; снижение АТФазной активности контрактильных белков (миозина): уменьшение количества имидазолсодержащих дипептидов.
При прогрессирующих мышечных дистрофиях и других заболеваниях, связанных с распадом мышечной ткани	часто отмечаются сдвиги в фосфолипидном составе мышц: значительно снижается уровень фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, концентрация сфингомиелина и лизофосфатидилхолина повышается

Ионофор (компонент Са²⁺-регулирующей системы СПР)- протеолипид, экстрагируемый из сети; известно, что он ускоряет действие АТФазы как насоса.

Рис. 9. Схематическое изображение происхождения креатинурии при прогрессирующей мышечной дистрофии (по Д.Л. Фердману).

Для многих форм патологии мышечной ткани характерны нарушение метаболизма креатина и его усиленное выделение с мочой (креатинурия).

Креатинурия у больных миопатией является результатом нарушения в скелетной мускулатуре процессов фиксации (удержания) креатина и его фосфорилирования. Если нарушен процесс синтеза КФ, то не образуется и креатинина; содержание последнего в моче резко снижается. В результате креатинурии и нарушения синтеза креатинина резко повышается креатиновый показатель (креатин/креатинин) мочи. Данный механизм представлен на рис. 9.

При миопатиях изменяется активности ферментов в мышцах: уменьшается активность ферментов, локализованных в саркоплазме; незначительно изменяется активность ферментов, связанных с митохондриями; заметно возрастает активность лизосомальных ферментов. При многих заболеваниях мышечной системы наступают сдвиги в системе цАМФ: снижается содержание цАМФ в мышечной ткани, повышается активность фосфодиэстеразы и нарушается способность аденилатциклазы активироваться под влиянием адреналина и фторида натрия.

Нарушение метаболизма сердечной мышцы при ИБС

При ишемии миокарда последовательно развиваются следующие изменения:

1. снижается ОФ и повышается анаэробный обмен;

2. происходит накопление гликогена за счет повышения кноцентрации катехоламинов и цАМФ;

3. наблюдается раннее ускорение гликогенолиза и гликолиза;

4. высокий уровень цАМФ способствует активации фосфорилазы и переход ее в фосфорилазу а и активация фосфофруктокиназы – ключевого фермента гликолиза.

Но, постепенно, запасы гликогена истощаются, гликолиз замедляется вследствие внутриклеточного ацидоза, который ингибирует фосфофруктокиназу. Содержание АТФ и КФ в клетке резко снижается в результате нарушения ОФ в митохондриях.

Одно из первых проявлений этого состояния – нарушение мембранной проницаемости. Что способствует выходу из клетки ионов, в том числе ионов К⁺, а также ферментов. Дефицит энергетических ресурсов и нарушение ионного состава, существенные изменения различных мембранных «резервуаров», обеспечивающих контроль за уровнем внутриклеточного Са, обусловливают торможение функциональной активности мышечных клеток и их постепенную гибель. В этот же период выявляются изменения состава белков миокарда (резкое снижение содержания миофибриллярных белков и накопление белков стромы).

Нарушение обмена углеводов, белков и липидов (свободные жирные кислоты не окисляются, а преимущественно включаются в ТАГ) при инфаркте миокарда находит отражение в жировой инфильтрации миокарда.

В диагностике инфаркта миокарда используют, в динамике, активность креатинкиназы, АсАТ и ЛДГ в сыворотке крови. Повышение активности указанных ферментов, особенно креатинкиназы, является постоянным и наиболее высоким. Важно также исследование в сыворотке крови изоферментных спектров креатинкиназы (повышение активности изофермента MB) и ЛДГ (увеличение активности изоферментов ЛДГ₁ и ЛДГ₂). В последние годы четко показано, что определение в сыворотке крови миокардиально специфичных белков (миоглобин, тропонин Т и др.) – весьма чувствительный ранний тест повреждения миокарда.