Скорость поглощения кальция

Первые предположения о величине скорости поглощения Са²⁺ ишемическим миокардом при реперфузии основывались на ре­зультатах, полученных авторами работы [11]. Они проследили изменения скорости поглощения Са²⁺ при восстановлении коро­нарного кровотока после 40-минутной ишемии и обнаружили, что установившееся значение достигается не позднее чем через 10 мин. Эти данные были затем подтверждены другими автора­ми [9]. Полученные результаты позволяют с уверенностью утверждать, что поглощение Са²⁺ является быстрым процессом. Тем не менее оно не происходит мгновенно, хотя и не исключено, что некоторые клетки, поврежденные сильнее других во время ишемии, при реперфузии сразу перегружаются Са²⁺, в то время как менее разрушенные клетки поглощают Са²⁺ медленнее или, возможно, с некоторой задержкой.

Специфичность прироста содержания кальция, вызванного реперфузией

Таблица 18.3. Влияние продолжительности ишемического эпизода на прирост содержания Са²⁺ в ткани при реперфузии

Перфузия	Прирост Са2+ после 30 мин реперфузии (мкмоль/г сухой массы)
30 мин ишемии	4,0±0,2
60 мин ишемии	6,7±0,7

Примечание. Данные получены на межжелудочковой перегородке кролика [9]. Ишемию препарата создавали при 28 °С в течение указанного в таблице времени, а затем проводили реперфузию в течение 30 мин.

Согласно мнению авторов работы [12], теоретически нет ос­нований полагать, что накопление Са²⁺ в кардиомиоцитах при постишемической реперфузии является следствием только нару­шения регуляции входа ионов Са²⁺ в клетки. Определенную роль в этом случае может играть уменьшение выведения ионов Са²⁺ из клеток. Однако последнее предположение, по-видимому, не­верно, так как выведение ионов Са²⁺ остается относительно неиз­менным к моменту, когда скорость входа ионов Са²⁺ значительно возрастает, как будто поступление Са²⁺ становится неуправляе­мым [2]. Количество аккумулированного кальция до некоторой степени зависит от продолжительности предшествующего перио­да ишемии. В табл. 18.3 в качестве примера показано, что меж­желудочковая перегородка сердца кролика, реперфузированная после 30-минутной ишемии при 28 °С, накапливает Са²⁺ в коли­честве 4±0,2 мкмоль/г сухой массы, в то время как аналогичные препараты, реперфузированные через 60 мин ишемии, накаплива­ют Са²⁺ в количестве 6,7±0,7 мкмоль/г сухой массы [9]. Про­цесс поглощения, по-видимому, не является специфическим для ионов Са²⁺. Если при ишемической реперфузии в перфузат вме­сто ⁴⁵Са [1] или ⁴⁷Са. [9] добавить ¹³³Ва или ⁸⁵Sr [12], то эти ионы накапливаются в ткани вместо кальция. В случае замены каль­ция барием реперфузия после 15-минутной ишемии при 37 °С не изменяет характера поглощения ¹³³Ва; реперфузия после 30-ми­нутной ишемии увеличивает скорость поглощения ¹³³Ba на 33% [12], а после 60-минутной ишемии скорость его поглощения воз­растает более чем вдвое. Если в качестве маркера использовать ⁸⁵Sr, то влияние ишемической реперфузии будет выражено зна­чительно слабее [12]: скорость поглощения ⁸⁵Sr при восстанов­лении перфузии после 45-минутной ишемии не изменяется, и уве­личение наблюдается лишь при продолжительности ишемическо­го периода более 60—70 мин. Такое, отсутствие специфичности относится не только к двухвалентным ионам. Заметные измене­ния наблюдаются в тканевом содержании других электролитов. Содержание ионов Na+ возрастает, а ионов К⁺—уменьшается; наблюдается также увеличение тканевого содержания Н20 и по­теря ионов Mg²⁺ [1]. Если сравнить распределение этих ионов в нормальном миокарде млекопитающих (рис. 18.2), то можно сде­лать вывод, что восстановление перфузии после длительного пе­риода ишемии просто облегчает движение ионов по их электро­химическим градиентам. Может быть именно поэтому не наблю­дается увеличения выхода ионов Са²⁺? Не потому ли это происходит, что существует внутрь направленная движущая сила для тонов Са²⁺ через поврежденную неселективно проницаемую мем­брану? Прежде чем рассмотреть эту возможность более подроб­но, необходимо выяснить, что происходит в клетке с ионами Са²⁺, поглощенными при реперфузии.

Рис. 18.2. Схема распределения ионов между миоплазмой кардиомиоцитов и внеклеточным пространством.

Рис. 18.3. Соотношение между содержанием Са²⁺ в митохондриях и восста­новлением величины активной силы сокращения. Перед выделением митохондрий ткани сердца сначала помещали в условия тотальной ишемии при 37°С, а затем реперфузировали. Каждая точка отражает результаты отдельного эксперимента.

Локализация аккумулированного Са²⁺

Таблица 18.4. Влияние Са²⁺ на синтез АТФ в митохондриях ткани сердца

Са2+ (мкМ)	Снижение активности синтеза АТФ (%)
5	0
12,5	58 ±4
30	68±6
50	72±10

Примечание. Каждый результат представляет собой среднее значе­ние ± стандартное отклонение для 6 независимых экспериментов. Использо­вали митохондрии, выделенные из свежеизолированной ткани сердца у 6 кро­ликов. Концентрация Са²⁺ — уровень ионизированного Са²⁺, получаемый при использовании ЭГТА в качестве буфера. Митохондрии инкубировали при 25 °С в присутствии указанного количества Са²⁺ в течение 10 мин прежде чем оце­нивали [8] активность синтеза в них АТФ.

Ионы Са²⁺, поглощаемые при реперфузии, преимущественно локализуются в митохондриях, где они откладываются в виде плотных розеткообразных частиц [8, 11]. Значение таких внутримитохондриальных отложений ионов Са²⁺ нужно определить как можно точнее, не допуская недооценки их роли, но не преувеличивая ее важность. Как показано на рис. 18.3, если измерить и нанести на график относительную величину восстановления активной сократительной способности сердца при постишемической реперфузии как функцию относительного прироста содержа­ния ионов Са²⁺ в выделенных из сердца митохондриях, то и в этом случае получается линейная зависимость. Очевидно, что лучше восстанавливаются те ткани сердца, в митохондриях кото­рых имеется меньший запас ионов Са²⁺. Не исключено, что в этом нет ничего необычного, так как митохондрии, подвергшиеся действию высокой концентрации ионов Са²⁺ в хорошо оксигенированной среде, богатой субстратом и предшественниками АТФ,. имеют более низкую активность синтеза АТФ, как показано в табл. 18.4. Одним из путей уменьшения скорости поглощения ионов Са²⁺ митохондриями ткани сердца является снижение тем­пературы. На рис. 18.4 показано, что в зависимости от концент­рации ионов Са²⁺ в инкубационной среде снижение температуры-среды реакции с 37 °С до 25 °С может уменьшить скорость погло­щения ионов Са²⁺ митохондриями в 2 раза. Рассмотрение этого вопроса будет продолжено при обсуждении способов защиты миокарда от повреждений, вызванных постишемической реперфузией.

Изменения концентрации ионов Са²⁺ в цитозоле без прироста тканевого содержания кальция

До сих пор мы рассматривали вопрос о наблюдаемом при постишемической реперфузии увеличении тканевого содержания Са²⁺. Очевидно, что во время тотальной ишемии прирост ткане­вого содержания кальция может происходить только за счет ионов Са²⁺, находящихся во внеклеточном пространстве. Если предположить, что внеклеточная жидкость содержит около 2,5 мкмоль ионов Са²⁺ на 1 л, то за счет этого Са²⁺ можно объ­яснить поглощение только 0,35 мкм Са²⁺ на 1 г сырой массы тка­ни. Однако в этом случае может происходить перераспределение Са²⁺ в ткани, так что кон­центрация его ионов в ци­тозоле может увеличиться без какого бы то ни было прироста тканевого содер­жания кальция. Ряд при­чин свидетельствует в пользу такого механизма.

Рис. 18.4. Влияние температуры на скорость аккумуляции Са²⁺ митохондриями, выделенными из ткани сердца млекопитаю­щего.

Например, вследствие снижения внутриклеточ­ного уровня аденозинтри-фосфата (АТФ) и креатинфосфата (КФ) проис­ходит нарушение работы ионных насосов, поддерживающих внутриклеточный баланс ионов. Некоторые из этих насосов схе­матически показаны на рис. 18.5. К ним относятся:

1. Расположенная на сарколемме Са²⁺-активируемая АТФаза, удаляющая ионы Са²⁺ из клетки против градиента концентрации [13]. При остановке этого насоса можно ожидать, что все входя­щие в клетку ионы Са²⁺ независимо от пути поступления будут захвачены клеткой, если не заместятся в ней ионами Na⁺ [14, 15].

2. Са²⁺-активируемая АТФаза саркоплазматического ретикулума. Функция этого насоса состоит в перемещении ионов Ca²⁺ в саркоплазматический ретикулум [16], поэтому прекращение его работы либо вследствие истощения источников энергии, либо по какой-то другой причине должно привести к повышению кон­центрации ионов Са²⁺ в цитозоле.

3. Расположенная на сарколемме (Na⁺, К⁺)-активируемая оуабаин-чувствительная АТФаза. Она удаляет из клетки ионы Na⁺ и вводит в нее ионы К⁺ против соответствующих градиентов концентрации, поэтому нарушение ее работы должно привести к уменьшению тканевого содержания ионов К⁺ и увеличению ко­личества ионов Na⁺. Известно, что такое перераспределение ио­нов происходит при ишемии миокарда [1]. На первый взгляд увеличение концентрации ионов Na⁺ в цитозоле не является су­щественным фактором. Однако его возможное значение возра­стает, если учесть, что повышение уровня ионов Na+ в цитозоле может привести к подъему ионов Са²⁺ в результате следующих наблюдений: а) ионы Na⁺ вытесняют ионы Са²⁺ из митохондрии [17]; б) ионы Са²⁺ могут поступать из внеклеточного простран­ства в обмен на ионы Na⁺ с помощью реакции Na⁺—Са²⁺-обмена [14, 15].

Рис. 18.5. Схема различных ион­ных насосов кардиомиоцитов, чувствительных к ионам Са²⁺ СР — саркоплазматический ретикулум.