Баланс кальция при патологических изменениях в миокарде

Физиологическая (компенсаторная) гипертрофия. При физиологической гипертрофии растет величина тока через кальциевые каналы L-типа. В силу этого увеличивается приток ионов кальция внутрь клетки, а главное, - увеличивается стимулирующее влияние на рианодиновые рецепторы. Поэтому систолический прирост концентрации кальция становится больше, что ведет к росту сократимости.

Кроме того, вследствие увеличения токов I_Ca-L, а также подавления калиевых токов задержанного выпрямления (I_K) потенциал действия удлиняется. Увеличение длительности деполяризованного состояния (фазы плато потенциала действия) приводит к тому, что удаление кальция через натрий-кальциевый обменник становится меньше. Это тоже повышает систолический прирост концентрации кальция и, следовательно, сократимость.

Развитие гипертрофии само по себе зависит от баланса кальция. Пролиферативный ответ миокарда формируется в том числе после того, как концентрация кальция в кардиомиоците повышается несильно, но стойко. Считается, что большую роль в этом росте концентрации играют кальциевые каналы Т-типа.

Сердечная недостаточность может развиваться в результате действия сходных механизмов, что и физиологическая гипертрофия. Однако при сердечной недостаточности стойкое повышение внутриклеточной концентрации кальция способствует уменьшению экспрессии кальциевых транспортеров саркоплазматического ретикулума: рианодинывых рецепторов, кальциевой АТФазы, фосфоламбана – происходит так называемый возврат к фетальному фенотипу, поскольку в пренатальном периоде кальциевый гомеостаз регулируется главным образом через внеклеточный цикл. В результате этого диастолическая концентрация кальция в цитозоле растет (кальциевая перегрузка), что приводит к нарушению расслабления, а также потере кальция через натрий-кальциевый обменник, что, в свою очередь, ведет к постепенному уменьшению содержания кальция в саркоплазматическом ретикулуме и долговременному снижению сократимости. В то же время систолический прирост концентрации кальция в цитозоле уменьшается, из-за снижения выхода кальция через рианодиновые рецепторы (рис.8).

Ишемия (гипоксия) миокарда. В кардиомиоците баланс кальция тесно связан с балансом натрия и энергетикой клетки (рис.9). При ишемических воздействиях нарушается образование АТФ. Это ведет к перегрузке клетки не только кальцием, но и натрием, что также сказывается на кальциевом гомеостазе. Сократительная активность в этих условиях ведет к дальнейшему расходу запасов АТФ, а также повреждает мембрану, механические свойства которой в этих условиях ухудшаются. Кроме того перегрузка кальцием способствует повреждению мембраны через кальций-зависимые ферменты. Повреждение мембраны приводит к выходу наружу внутриклеточного содержимого, в том числе, нуклеотидов, необходимых для образования АТФ и входу внутрь кальция, что замыкает порочный круг (рис.9).

При реоксигенации миокарда после ишемии может также развиваться повреждение, которое вероятно вызвано резким приростом внутриклеточной концентрации АТФ: мощное сокращение, которое развивается в этих условиях, легко повреждает уже нарушенную мембрану.

Кальциевый парадокс. При значительном снижении во внеклеточной среде концентрации кальция проницаемость мембраны кардиомиоцитов для кальция существенно возрастает. Поэтому при восстановлении внеклеточной кальциевой концентрации происходит массивный вход кальция в кардиомиоцит, что приводит к кальциевой перегрузке и дальнейшему развитию повреждения (рис. 9).

Таким образом, взаимосвязь баланса кальция с энергетикой кардиомиоцита заключается в том, что доступность АТФ способствует поддержанию [Ca²⁺]_i на низком уровне, а пониженная внутриклеточная концентрация кальция «экономит» АТФ.