Дисбаланс ионов и жидкости в кардиомиоцитах

Ионный дисбаланс характеризуется нарушением соотношения между отдельными ионами, с одной стороны, в гиалоплазме и клеточных органеллах (митохондриях, саркоплазматической системе, миофибриллах), с другой – в самой гиалоплазме, в третьих – по разные стороны сарколеммы кардиомиоцитов.

 

Различные факторы, вызывающие сердечную недостаточность, нарушают процессы энергетического обеспечения и повреждают мембраны кардиомиоцитов. Вследствие этого существенно меняется проницаемость последних для ионов, а также активность ферментов катионного транспорта. В итоге нарушаются баланс и концентрация ионов. В наибольшей степени это относится к ионам калия, натрия, кальция, магния, т.е. ионам, в основном определяющим реализацию таких процессов, как возбуждение, электромеханическое сопряжение, сокращение и расслабление миокарда.

Сердечная недостаточность характеризуется снижением активности К⁺- Nа⁺-зависимой АТФазы и как следствие – накоплением в кардиомиоцитах ионов натрия и потерей ими калия. Увеличение внутриклеточной концентрации Nа⁺ обусловливает задержку в миоплазме ионов кальция. Последнее является следствием нарушения функционирования натрий-кальциевого ионообменного механизма, который обеспечивает обмен двух ионов натрия, входящих в клетку на один ион кальция, выходящий из нее. Этот процесс реализуется благодаря наличию общего для Nа⁺ и Са⁺⁺ трансмембранного переносчика. Увеличение внутриклеточного натрия, конкурирующего с кальцием за общий переносчик, препятствуют выходу Са⁺⁺ и тем самым способствует его накоплению в клетке. Кроме того, при основных вариантах сердечной недостаточности увеличение содержания интрацеллюлярного кальция обусловливается еще несколькими факторами: повышенной проницаемостью сарколеммы, которая в норме препятствует внутриклеточному току Са⁺⁺ по градиенту концентрации (содержание Са⁺⁺ в саркоплазме равно 10^-7 моль во время диастолы и 10^-5 моль во время систолы, тогда как в плазме крови она на 3 – 5 порядков выше и составляет 10^-3 – 10^-2 моль); снижением активности кальциевого насоса саркоплазматической сети, аккумулирующей Са⁺⁺; снижением мощности энергозависимых механизмов, ответственных за удаление Са⁺⁺ из саркоплазмы.

Избыточное внутриклеточное накопление кальция имеет несколько важных последствий. Во-первых, это нарушение расслабления миофибрилл, что проявляется повышением конечного диастолического давления или даже остановкой сердца в систоле (необратимая контрактура миокарда). Во-вторых, увеличением захвата Са⁺⁺ митохондриями, что ведет к разобщению окисления и фосфорилирования и в зависимости от его степени к более или менее выраженному падению содержания АТФ и усилению повреждений, обусловленных дефицитом энергии. Одно из существенных среди них – интенсификация гликолиза и накопление ионов водорода. Избыток протонов не только вытесняет Са⁺⁺ из саркоплазматической сети и сарколеммы, но и может конкурировать с ним за пункты связывания с тропонином. Все это обусловливает значительное снижение сократительной функции сердца. В-третьих, активация Са⁺⁺-зависимых протеаз и липаз, которые, усугубляют повреждение мембранного аппарата и ферментных систем кардиомиоцитов.

Избыток Са⁺⁺ вызывает и регуляторные изменения, которые в определенной мере препятствуют дальнейшему поступлению ионов в клетки. Один из таких эффектов – снижение адренореактивных свойств сердца. Это обусловлено тем, что ионы кальция ингибируют аденилатциклазу и активируют фосфодиэстеразу. Благодаря этому снижается стимулируемое катехоламинами вхождение кальция в миокардиальные клетки. Второй эффект – кальциевая активация гликолиза, поставляющего АТФ для работы саркоплазматического ретикулума, «откачивающего» кальций из миоплазмы. Оба этих эффекта лишь в некоторой мере противодействуют, но не предотвращают кальциевой альтерации миокарда при сердечной недостаточности.

Накопление в клетках миокарда ионов натрия и кальция, помимо названных выше последствий, обусловливает также гипергидратацию гиалоплазмы и органелл кардиомиоцитов. Последнее, в свою очередь, усугубляет повреждение мембран (в частности, в результате их перерастяжения), а также – процессов энергетического обеспечения клеток (в связи с набуханием митохондрий, разрывом их мембран, пространственным разобщением их ферментов, дополнительным повреждением механизмов транспорта и утилизации энергии АТФ).

Повреждение клеток миокарда причинными факторами сердечной недостаточности сопровождается также нарушением механизмов регуляции их объема. Последнее является результатом повышения проницаемости мембран кардиомиоцитов для ионов и органических гидрофильных молекул, что обусловливает увеличение внутриклеточного осмотического давления; снижения «механической прочности» поврежденных биологических мембран, перерастяжения их и образования в них «микробрешей»; гипергидратации и набухания клеток и органелл с увеличением их объема.