Изменение физико-химических свойств и структуры мембран, активности ферментов, баланса ионов и электрофизиологических параметров кардиоцитов.

Мембраны кардиоцитов существенно модифицируются как во время ишемии, так и при реперфузии миокарда. Существенной особенностью этого механизма является то, что степень изменения мембран во многом определяет обратимый или необратимый характер повреждения кардиомиоцитов в целом. Имеется несколько общих и взаимосвязанных механизмов физико-химической и структурной альтерации мембран клеток миокарда при его ишемии и последующей реперфузии. К числу наиболее значимых относятся:

- чрезмерная интенсификация липопероксидных реакций;

- значительная активация мембранoсвязанных и лизoсомальных гидролаз;

- накопление избытка и внедрение продуктов указанных выше процессов в мембраны клеток с развитием ими детергентного эффекта;

- нарушение конформации молекул белка и липопротеидов, торможение процессов репаративного ресинтеза поврежденных мембран и ферментов, а так же синтеза их компонентов заново;

- перерастяжение и микроразрывы мембран в результате набухания кардиомиоцитов и их органелл.

Чрезмерная интенсификация липопероксидных реакций. Эти реакции являются общим звеном патогенеза при ишемии и последующей реперфузии миокарда, а также многих форм кардиопатологии. Интенсификация СПОЛ как при коронароокклюзии, так и при возобновлении коронарного кровотока обусловливает развитие ряда эффектов.

1. Изменение физико-химических свойств липиднов мембран кардиоцитов. Это является результатом, с одной стороны, уменьшения в мембранах общего количества фосфолипидов, фосфоэтаноламина, фосфатидилхолина, полиненасыщенных высших жирных кислот в связи с «включением» их в реакции свободнорадикального перекисного окисления липидов (указанный процесс обозначен как «делипидизация мембран»), а с другой - увеличения содержания в липидной фазе мембран продуктов СПОЛ (гидроперекисей липидов). Последние образуют крупные мицеллы в толще мембран. Гидроперекиси липидов выполняют роль своеобразных транспортных каналов для органических соединений и ионов. Это расстраивает регулируемый транспорт субстратов обмена веществ в клетку и метаболитов из нее, формирование потенциала покоя, потенциала действия и поверхностного заряда мембран, межклеточные взаимодействия.

2. Модификация физико-химических свойств белковых молекул (выполняющих структурную и ферментную функции в клетке). К числу наиболее значимых эффектов альтерации белков в процессе реакций липопероксидации относят:

- конформационные изменения белковых молекул в результате образования дополнительных жестких соединений в виде «поперечных сшивок» между их различными локусами. Они являются результатом необратимого взаимодействия вторичных продуктов СПОЛ (в частности, альдегидов) с аминогруппами аминокислот. Накапливающиеся в результате этого неметаболизирующиеся продукты уже не способны участвовать в биохимических реакциях клеток.

- нарушение кинетических свойств белков-ферментов в результате их окисления, восстановления, дезаминирования и других модификаций в связи с интенсификацией реакций СПОЛ.

Продукты липопероксидного процесса существенно повышают проницаемосгь мембран кардиоцитов. Это является результатом, с одной стороны, выполнения гидроперекисями липидов роли ионофоров, с другой — формирования с их участием сквозных трансмембранных каналов, с третьей — образования микроразрывов в сарколемме и мембранах органелл.

Существенная активация мембраносвязанных и лизосомальных гидролаз. Этот патогенный механизм представляет собой стереотипную реакцию на ишемическое и реперфузионное повреждение сердца. Объектом воздействия гидролаз являются, главным образом, фосфолипиды мембран, триацилглицериды гиалоплазмы, ферментные и структурные белки кардиоцитов.

Основными общими причинами активации гидролаз при ишемии и реперфузии миокарда являются: нарастающий ацидоз в клетках ишемизированного миокарда. способствующий высвобождению и активации лизосомных гидролаз; накопление ионизированного кальция в гиалоплазме клеток миокарда (особенно реперфузируемого). Избыток Са активирует мембраносвязанные протеазы, липазы и фосфолипазы; высокая концентрация в ткани поврежденного миокарда катехоламинов (преимущесгвенно адреналина) в период постишемического возобновления коронарного кровотока; повышенное содержание в кардиоцитах высших жирных кислот; интенсификация СПОЛ и накопление избытка продуктов этого процесса, активирующих фосфолипазы.

Внедрение избытка амфифильных соединений (высших жирных кислот, гидроперекисей липидов) в мембраны клеток с развитием детергентного эффекта. Интенсификация процессов СПОЛ, ферментного гидролиза белков и липидов при ишемии и последующей реваскуляризации миокарда, помимо их прямого альтерирующего действия, сказывает «вторичный» повреждающий эффект на мембраны кардиоцитов (в связи с накоплением в них продуктов указанных процессов. Эти соединения легко внедряются в липидную фазу мембран, нарушая их физико-химические свойства и сгруктуру, вплоть до формирования микроразрывов, что сочетается с расстройством биологических функций мембран. Чрезмерная активация гидролаз имеет ряд патогенных последствий. Наиболее значительным среди них является потенцирование процессов делипидизации и депротеинизации мембран кардиоцитов в зоне ишемии и реперфузии миокарда в связи с разрушением молекул белка, фосфолипидов, их комплексов с другими соединениями.

Перерастяжение и микроразрывы мембран кардиоцитов. Ишемическое и реперфузионное повреждение мембран вызывает набухание кардиоцитов и их органелл в связи с гипергидратацией. Значительное увеличение объема клеток миокарда и их субклеточных структур (особенно при постокклюзионном возобновлении тока крови!) обусловливает перерастяжением сарколеммы, мембран других органелл и их разрывы. Причиной этого является увеличение интрацеллюлярного осмотического и онкотического давления связанного с избыточным поступлением в клетки миокарда катионов (натрия, кальция), а также накопление в них гидрофильных молекул органических соединений, образующихся в результате нарушенного метаболизма.

В целом, приведенные факты свидетельствуют о том, что повреждение мембранного аппарата и ферментных систем кардиоцитов представляет собой важное звено патогенеза как ишемического, так и реперфузионного повреждения миокарда. Указанные механизмы обусловливают значительную, нередко - необратимую альтерацию кардиоцитов не только в зоне непосредственного действия патогенных факторов ишемии и реперфузии, но и в отдаленных участках сердца. Это обусловливает нарушение функции сердца в целом, даже при его локальном ишемическом повреждении.

Альтерация мембран клеток миокарда в период ишемии и на начальном этапе его реперфузии сопровождается, как правило, потерей ими ионов калия и магния.

Выход К+ из клеток ишемизированного и особенно реперфузионного миокарда - неспецифический признак их альтерации. Он сочетается с параллельным увеличением концентрации катионов в крови. Главными факторами, вызывающими потерю К+ кардиоцитами, являются: нарушение их энергетического обеспечения и, как следствие, их сарколеммальной К+-Nа+-зависимой АТФазы; снижение кинетической активности указанного фермента в результате его повреждения или вследствие физико-химических изменении в липидной фазе сарколеммы. На начальных этапах ишемии миокарда утечка калия из клеток опережает появление признаков подавления активности К-Na АТФ-азы.

Это свидетельствует о наличии других путей выхода К во внеклеточное пространство. К ним можно отнести, в частности, расстройство калий-аккумулирующей функции митохондрий, а также уменьшение в клетках миокарда запаса гликогена, молекулы которого фиксируют в своей структуре ионы калия. Освобождающийся при этом К+ также выходит за пределы клетки по градиенту концентрации. Потеря кардиоцитами ионов калия особенно велика на начальном этапе посгишемической реперфузии миокарда.

Закономерным признаком ишемического и реперфузионного повреждения кардиоцитов является также повышение концентрации цитоплазматического Са2+. В условиях ограниченного притока крови к ишемизированному миокарду увеличение уровня интрацеллюлярного содержания Са происходит, главным образом, благодаря действию двух механизмов: притоку катиона из межклеточной жидкости и перераспределению Са между различными участками клетки, в частности в результате выхода катионов в цитозоль из канальцев саркоплазматической сети и митохондрий. При этом прослеживается закономерная корреляция между степенью прироста внутриклеточного содержания Са и выраженностью повреждения миокарда как в период его ишемии, так и при его реперфузии. Во время постишемического возобновления коронарного кровотока ионы кальция поступают в поврежденные кардиомиоциты в основном из межклеточного пространства. Этот процесс имеет стадийный характер, нарастающий по мере увеличения длительности ишемии миокарда, предшествующей его реперфузии.

Повреждение кардиомиоцитов в зоне ишемии и реперфузии миокарда, как правило, сопровождается нарушением механизмов регуляции их объема. Последнее является результатом действия, по меньшей мере, четырех факторов: повышения проницаемости мембран клеток миокарда для ионов и органических гидрофильных молекул; гиперосмии кардиомиоцитов в результате накопления в них избытка ионов (натрия, кальция) и мелкодисперсных органических соединений (лактата, пирувата, альбуминов); гипергидратации и набухания клеток: снижения механической прочности биомембран.

Нарушение энергообеспечения клеток миокарда, альтерация их мембран и ферментов, дисбаланс ионов обусловливают, в свою очередь, нарушение формирования потенциалов покоя и действия, а также возбудимости кардиомиоцитов.

К числу основных закономерных электрофизиологических изменений при ишемии и на начальном этапе реперфузии миокарда относятся: снижение амплитуды потенциала покоя и действия; уменьшение скорости фазы потенциала действия; изменение длительности потенциала действия; изменение скорости спонтанной диастолической деполяризации. Указанные отклонения нарастают уже через несколько секунд после начала ишемии миокарда, а при реперфузии они развиваются скачкообразно. Последнее лежит в основе развития феномена «реперфузионных аритмий» (включая и фибрилляцию желудочков) сразу после постокклюзионного возобновления коронарного кровотока и требуют неотложного специального лечения.

Таким образом, приведенные выше факты свидетельствуют о закономерной активации на начальном этапе периода реперфузии механизмов альтерации мембран и ферментов клеток миокарда, нарушении баланса ионов и электрофизиологических параметров кардиоцитов. Важно, что это наблюдается не только в реперфузируемой зоне, но и в отдаленных от нее участках сердца, особенно при реперфузии после длительной ишемии миокарда. Следовательно, на начальном этапе реперфузии сохраняются условия генерализованного повреждения сердца, несмотря на локальный характер его ишемии и реперфузии.