Зачет БХ ответы. 1. Основные биохимические процессы в миокарде Метаболизм и катаболизм. Цикл Кребса
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
19. Химизм мышечного сокращения и расслабления. Регулция. При возбуждении поперечно – полосатых мышц происходит выход ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму, где концентрация Са2+ увеличивается до 10-3 моля. Ионы кальция взаимодействует с регуляторным белком тропонином, изменяя его конформацию. В результате этого происходит смещение регуляторного белка тропомиозина вдоль актинового волокна и освобождение участков взаимодействия актина и миозина. Активируется АТФ-азная активность миозина. За счёт энергии АТФ изменяется угол наклона «головки» миозина по отношению к «хвосту», и в результате происходит скольжение актиновых нитей относительно миозиновых, наблюдается сокращение мышц. По прекращении поступления импульсов ионы кальция «закачивается» в саркоплазматический ретикулум при участии Са - АТФ-азы за счёт энергии АТФ. Концентрация Са2+ в цитоплазме снижается до 10-7 моля, что ведёт к освобождению тропонина от ионов кальция. Это, в свою очередь, сопровождается изоляцией сократительных белков актина и миозина белком тропомиозином, происходит расслаблениемышц. Для мышечного сокращения последовательно используются следующие источники энергии: 1) ограниченный запас эндогенного АТФ; 2) незначительный фонд креатинфосфата; 3) образование АТФ за счёт 2 молекул АДФ при участии фермента миокиназы (2 АДФ → АМФ + АТФ); 4) анаэробное окисление глюкозы; 5) аэробные процессы окисления глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел. В детском возрасте в мышцах повышено содержание воды, меньше доля миофибриллярных белков, выше уровень стромальных белков. К нарушениям химического состава и функции поперечно - полосатых мышц относятся миопатии, при которых наблюдается нарушение энергетического обмена в мышцах и снижение содержания миофибриллярных сократительных белков. 20. Особенности обмена веществ в миокарде Энергию, необходимую для осуществления механической работы, сердце получает в основном за счет окислительно-восстановительных процессов. В этом отношении миокард принципиально отличается от скелетных мышц, которые при интенсивном кратковременном нагрузке могут покрывать свои энергетические затраты за счет анаэробных процессов. В состоянии покоя сердце массой 300 г потребляет в минуту 30-40 мл кислорода, что составляет примерно 10% от всего потребленного организмом кислорода. При этом масса сердца составляет лишь 0,5% массы тела. При интенсивной работе потребление кислорода миокардом может возрастать в 4 раза. При одной и той же механической работе сер-1 эта потребность его в кислорода больше в том случае, если оно выбрасывает кровь против большего давления, чем когда оно выбрасывает большой объем при малом] давления. Таким образом, коэффициент полезного действия сердца (т.е. та часть энергии, которая затрачивается на выполнение механической работы) при нагрузке; объемом является большим, чем при нагрузке давлением. Этот коэффициент может! колебаться от 15 до 40%. ‘ Основным энергетическим субстратом для сердца свободные жирные кислоты, глюкоза и молочная кислота. Сердце способно также включать в свой энергетический обмен недоокисленные продукты обмена из других органов, в частности с скелетных мышц. Поэтому главной опасностью для сердца при нарушении его кровоснабжение является не недостаточность энергетических субстратов, а – дефиците кислорода. Особенностью энергетического обмена в миокарде является наличие в нем [наряду с АТФ, креатинфосфата, участвующего в ресинтезе АТФ из АДФ. По содержанию химических соединений сердечная мышца занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой мускулатурой. Так, содержание АТФ в сердце 2,6 мкмоль/1г, в скелетной - 4,4 мкмоль/1г, в гладких мышцах - 1,4 мкмоль/1г. По содержанию гликогена сердечная мышца также занимает промежуточное положение. Но миокард богаче фосфолипидами, которые могут окисляться и давать энергию для сокращения. Миозин, тропомиозин и тропонин сердечной мышцы заметно отличается по своим физико- химическим свойствам от аналогичных скелетных белков. 21. Биохимические показатели крови и мочи, отражающие функциональное состояние сердечной ткани Биохимический анализ крови - лабораторный метод исследования, который отражает функциональное состояние органов и систем организма. Биохимический анализ крови показан, даже если у человека отсутствуют жалобы. По изменениям в химическом составе крови можно установить, какой из органов функционирует с отклонением от нормы, что может свидетельствовать о развитии заболевания и необходимости срочного лечения. Маркеры повреждения миокарда и сердечной недостаточности: Миоглобин – гемопротеин, в больших количествах содержащийся в скелетной мускулатуре и в небольшом количестве в сердечной мышце. Принимает участие в тканевом дыхании. При инфаркте миокарда концентрация миоглобина в крови повышается через 2 часа, однако это неспецифический маркёр инфаркта миокарда, так как в сердечной мышце содержится небольшое количество миоглобина. Данный маркер используется в диагностике инфаркта миокарда в комплексе с другими биохимическими тестами. Тропонин I – белок, специфический маркёр поражения сердечной мышцы, используемый в диагностике инфаркта миокарда. Повышение тропонина I отмечается уже через 4 – 6 часов после приступа. Данный тест позволяет диагностировать даже микроскопические участки повреждения миокарда. КФК-МВ – креатинфосфокиназа-МВ - изофермент креатинфосфокиназы, характерный для ткани сердечной мышцы. Определение активности КФК-МВ- имеет большое значение при диагностике инфаркта миокарда и мониторинге постинфарктного состояния, позволяя оценить объём поражения и характер восстановительных процессов. Диагноз острого инфаркта миокарда подтверждается также наблюдением характерной динамики показателя, серийное определение КФК-MB с интервалом 3 часа в течение 6 - 9 часового периода при неспецифических изменениях ЭКГ более информативно, чем единичное измерение. Уровень КФК-МВ может быть измерен как в весовом выражении, так и в единицах активности. В настоящее время для диагностики инфаркта миокарда предпочтительным является определение не активности, а массы КФК- МВ. Для адекватной оценки соотношения концентрации КФК-MB и общей активности креатинфосфокиназы введён расчётный относительный индекс RI = КФК-MB (мкг/л) / КФК общ. (Ед/л) х 100 (%). Для повреждения сердечной мышцы характерен RI > 2,5 - 3%. Маркер сердечной недостаточности ProBNP – это предшественник мозгового натрийуретического пептида - BNP (BNP - brain natriuretic peptide). Название «мозговой» связано с тем, что впервые он был выявлен в мозгу животных. У человека основным источником ProBNP является миокард желудочков, он высвобождается в ответ на стимуляцию кардиомиоцитов желудочков, например при растяжении миокарда при сердечной недостаточности. ProBNP расщепляется на два фрагмента: активный гормон BNP и N - терминальный неактивный пептид NT - proBNP. В отличие от BNP, для NT - proBNP характерны более длительный период полувыведения, лучшая стабильность in vitro, меньшая биологическая вариабельность и более высокие концентрации в крови. Перечисленные особенности делают этот показатель удобным для использования в качестве биохимического маркера хронической сердечной недостаточности. Определение уровня NT - proBNP в плазме крови помогает оценить степень тяжести хронической сердечной недостаточности, прогнозировать дальнейшее развитие заболевания, а также оценивать эффект проводимой терапии. Отрицательная предсказательная ценность теста более 95% - то есть, нормальный уровень NT-proBNP с высокой вероятностью позволяет исключить сердечную недостаточность (например, в случаях одышки, обусловленной резким обострением хронического обструктивного лёгочного заболевания, или отеков, не связанных с сердечной недостаточностью). Следует отметить при этом, что NT-proBNP не должен использоваться в качестве единственного критерия. 22. Химический состав и метаболизм мышечной ткани Мышечная ткань относится к наиболее распрастраненным тканям организма. На их долю приходится 40-42 % от всей массы тела, и приблизительно 50 % от всего обмена веществ в условиях покоя, который может достигать 80% при физических нагрузках. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ 1. Участвует в формировании статики тела человека (движение, перемещения), что связано со способностью переводить химическую энергию в механическую работу. 2. Входя в состав сосудов и бронхов участвует в поддержании определенного тонуса, и тем самым в процессе дыхания и кровообращения. 3. Участвуют в переносе пищевых масс по пищеварительному тректу обуславливая перестальтику кишечника. 4. Участвует в выделении экскретов из организма (моча, калловые массы). 5. Играет определенную роль в поддержке и постоянстве температуры тела человека, т.е. в теплообмене. Химический состав мышечной ткани: Вода – 72 – 77% Белки – 20% Углеводы – 0,5 – 3% Липиды – 1 – 3% Минеральные вещества – 1% Обмен гормонов. При гепатобилиарной паталогии может нарушаться как метаболизм гормонов в печени, так и экскреция их с желчью. Например, при тяжелых заболеваниях ( цирроз, острый алкагольный гепатит) нарушается инактивация альдостерона и развивается вторичный гиперальдостеронизм, способствующий развитию асцита. При хронических заболеваниях печени нарушен распад эстрогенов, вследствии чего у мужчин может развиться гинекомастия, а у женщин растет соотношение более активных эстрадиола и эстрона к малоактивному эстриолу. Так, в норме отношение эстрадиол/эстриол и эстрон/эстриол равно 3,5, а при активном циррозе возрастает до 21 – 23. Биогенные амины (серотонин, гистамин и др.) в значительной мере инактивируются печенью с помощью МАО и гистаминазы. Предполагают, что наблюдаемая иногда при тяжелых заболеваниях печени гипергистаминемия способствует развитию гепатогенных гастродуоденальных язв. 23. Биохимия мышечного сокращения Специфической функцией мышц является обеспечение двигательной функции - сокращения и расслабления. В связи с выполнением этой важной функции строение мышечной клетки и ее химический состав имеет ряд специфических особенностей. 70-80% массы мышц составляет вода, 20-26% сухой остаток. Характерным для мышц является высокое содержание белка 16,5-20,9%. Это обусловлено тем, что кроме белков, присущим и другим клеткам, в мышцах имеются специфические сократительные белки, составляющие 45% всех белков мышечной клетки. Остальную массу белков составляют белки саркоплазмы (около 30%) и белки стромы (15% от общего количества). Скелетная мышца состоит из пучков волокон, заключенных в общую соединительную оболочку-сарколемму. Внутри каждого волокна находится около сотни или более миофибрилл, длинных специализированных органелл мышечной клетки, осуществляющих функции сокращения. Каждая миофибрилла состоит из нескольких параллельных нитей, так называемых филаментов двух типов - толстых и тонких, которые располагаются в ней гексагонально; каждый толстый филамент окружен шестью тонкими. Структурная связь между филаментами осуществляется только регулярно расположенными «поперечными мостиками». При сокращении и расслаблении филаменты тонкие скользят вдоль толстых и не изменяют своей длины. При этом связи между филаментами двух типов разрушаются и возникают вновь. Толстые нити главным образом состоят из белка миозина, а тонкие- из актина. Сократительный белок миозин характеризуется высокой молекулярной массой (более 440000). Особенностью миозина является то, что он имеет участки, обладающие ферментативной активностью (АТФ - азная активность), проявляющаяся в присутствии Са2+. Под влиянием миозина АТФ расщепляется на АДФ и неорганический фосфат (Н3РО4). Выделяющаяся энергия используется для мышечного сокращения. Актин – сократительный белок, с более низкой молекулярной массой (около 420000). Он может существовать в двух формах: глобулярной (G -актин) и фибриллярной (F - актин). F- актин- полимер G- актина. F – актин - активирует АТФ - азу миозина, что создает движущую силу, вызывающую скольжение тонких и толстых нитей друг относительно друга. Кроме этих двух основных белков сократительная система содержит регуляторные белки, локализованные в тонких (актиновых нитях) –тропомиозин В и тропонин, состоящий из трех субъединиц: J, С и Т. Тропомиозин В имеет нитчатую спирализованную структуру и расположен в бороздке спиральной цепи F-актина. Тропонин связан с тропомиозином В и может образовывать комплексы с актином и миозином. Комплекс тропомиозин В–тропонин называют расслабляющим белком, так как он связан с прцессом расслабления сократившейся фибриллы. Из тонких нитей выделены еще 2 белка: и – актин, являющийся, видимо, белками, укрепляющими сложную структуру тонких нитей. Ориенти ровочно в миофибрилле содержится миозина, актина, тропомиозина и тропонина по отношению к общему белку 55, 25, 15 и 5 % соответственно. Следует отметить еще два мышечных белка: миостромин и миоглобин. Миостромины составляют основу мышечной стромы, это труднорастворимые белки, не извлекаемые из мышцы солевыми растворами. Мышечная строма обладает эластичностью, что имеет существенное значение для расслабления мышцы после ее сокращения. Миоглобин – белок, содержащий железо и близкий по строению и функциям к белку эритроцитов – гемоглобину. Он обладает значительно - большим сродством к кислороду, чем гемоглобин и, накапливая приносимый кровью кислород, является запасным резервуаром кислорода в мышце. Из небелковых веществ следует отметить кроме АТФ прежде всего креатинфосфат (КФ) и гликоген. КФ – первый мощный резерв ресинтеза (восстановления) АТФ, затрачиваемый на мышечные сокращения. Гликоген – основной запасной углеводный источник энергии мышцы. Мышца содержит ряд промежуточных продуктов обмена углеводов: (пировиноградная, молочная кислоты и др.) и большое количество минеральных ионов. Наиболее высокое содержание в мышце К+ и РО4--, несколько меньше Nа +, Mg ++, Ca ++, Cl -, Fе3+, SО4--_. 24. Биохимические изменения в сердечных мышцах при патологиях Общим для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц в результате их денервации, тенотомия, полимиозит, некоторые авитаминозы и т. д.) является резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков, возрастание концентрации белков стромы и некоторых саркоплазматических белков, в том числе миоальбумина. Наряду с изменениями фракционного состава мышечных белков при поражениях мышц наблюдается снижение концентрации АТФ и креатинфосфата. Например, через 12 дней после денервации содержание АТФ в денервированной икроножной мышце кролика снижается более чем в 2 раза. Отмечается также 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 содержание фосфатидилхолина и фосфатидилэтанола-мина, концентрация же сфингомиелина и лизофосфатидилхолина повышается. Для многих форм патологии мышечной ткани характерно нарушение метабо- лизма креатина и его усиленное выделение с мочой (креатинурия). При патологии мышечной ткани можно наблюдать определенную закономерность в изменениях 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 аденилатдиклазы акти- вироваться под влиянием адреналина и фторида натрия. 25. Механизмы энергообеспечения мышечной ткани Общая характеристика механизмов энергообразования Ресинтез АТФ может осуществляться в реакциях, протекающих без участия кислорода (анаэробные механизмы) или с участием вдыхаемого кислорода (аэробный механизм). В обычных условиях ресинтез АТФ в тканях происходит преимущественно аэробно, а при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в тканях усиливаются и анаэробные механизмы. В скелетных мышцах человека выявлено 3 вида анаэробных и 1 аэробный путь ресинтеза АТФ. Механизмы ресинтеза АТФ в мышцах. В рамках представлены энергетические субстраты и выделены названия механизмов. Механизмы энергообеспечения мышечной ткани Источники энергии следующие. 1. Специальные реакции субстратного фосфорилирования. 2. Гликолиз, гликогенолиз. 3. Окислительное фосфорилирование. 1. Специальные реакции субстратного фосфорилирования. Участие специальных реакций субстратного фосфорилирования в обеспечении энергией мышечной клетки различна - это зависит от интенсивности, продолжительности, мощности и длительности мышечной работы. 1.1. Креатинфосфокиназная реакция. Это самый быстрый способ ресинтеза АТФ. Запасов креатинфосфата хватает для обеспечения мышечной работы в течение 20 с. Максимально эффективен. Не требует присутствия кислорода, не дает побочных нежелательных продуктов, включается мгновенно. Его недостаток - малый резерв субстрата (хватает только на 20 с работы). Обратная реакция может протекать в митохондриях с использованием АТФ, образовавшейся в процессе окислительного фосфорилирования. Мембрана митохондрий хорошо проницаема как для креатина, так и для креатин-фосфата, а креатинфосфокиназа есть и в саркоплазме, и в межмембранном пространстве митохондрий. 1.2. Миокиназная реакция. Протекает только в мышечной ткани! АДФ --------> АТФ + АМФ. Реакция катализируется миокиназой (аденилаткиназой). Главное значение этой реакции заключается в образовании АМФ - мощного аллостерического активатора ключевых ферментов гликолиза, гликогенолиза, ГБФ-пути. 1.3. Гликолиз, гликогенолиз. Не требуют присутствия кислорода (анаэробные процессы). Обладают большим резервом субстратов. Используется гликоген мышц (2 % от веса мышцы) и глюкоза крови, полученная из гликогена печени. |