Функция сократимости
Функция сократимости — это способность сердечной мышцы сокращаться в ответ на возбуждение. Этой функцией обладает в основном сократительный миокард. Процесс сокращения запускается ионами Ca2+,входящими в клетку во время ТМПД. Во время реполяризации мембраны происходит удаление ионов кальция из клетки в межклеточную жидкость, в результате чего наступает расслабление мышечного волокна. В результате последовательного сокращения и расслабления различных отделов сердца осуществляется основная — насосная функция сердца. Рассмотрим подробнее процесс сокращения сердечной мышцы.
Миокард состоит из множества отдельных поперечнополосатых мышечных клеток — кардиомиоцитов — волокон, торцевые части которых плотно стыкуются друг с другом с помощью так называемых вставочных дисков — нексусов, обладающих очень низким электрическим сопротивлением. Такая структура обеспечивает быстрое распространение волны возбуждения от одной клетки к другой и, соответственно, почти одновременное их сокращение (функциональный синцитий).
Каждый кардиомиоцит состоит из большого числа переплетающихся между собой нитей миофибрилл, которые тянутся по всей длине мышечного волокна Между миофибриллами располагается ядро клетки, митохондрии, а также внутриклеточная система мембран клеток. Окружает миоцит сарколемма, которая образует множество складок и карманов, идущих как в продольном, так и в поперечном направлениях, в том числе — глубоких каналоподобных выпячиваний сарколеммы внутрь клетки (Т-трубочек).
Саркоплазматический ретикулум кардиомиоцитов — это глубокая сеть внутриклеточных канальцев, анастомозирующих между собой и тесно прилегающих к поверхностной мембране (сарколемме) и Т-трубочкам . Это обеспечивает быстрое распространение возбуждения сарколеммы и Т-трубочек на мембраны саркоплазматического ретикулума, что сопровождается лавинообразным выходом ионов Са2+ из ретикулума
Миофибриллы кардиомиоцитов делятся на периодически повторяющиеся саркомеры, которые представляют собой структурную и функциональную единицу сокращения . Каждый саркомер с обеих сторон ограничен темными линиями (так называемыми Z-линиями), тесно связанными с Т-трубочками сарколеммы. Саркомер состоит из тонких нитей (молекул актина) и толстых нитей ( молекул миозина), взаимодействие между которыми лежит в основе сокращения кардиомиоцитов.
Толстые нити состоят из длинных молекул миозина, скрученных в спираль и образующих поперечные мостики, выступающие в сторону тонких нитей актина . Поперечные мостики содержат миофибриллярную АТФ-азу и обладают способностью образовывать обратимые связи с молекулами актина.
Тонкие нити саркомера состоят из двух скрученных в спираль цепей молекул актина, тесно связанных с регуляторными белками — тропомиозином и тропонином (). Актин способен образовывать соединения с миозином в присутствии АТФ и ионов магния, которые активируют АТФ-азу миозина. Регуляция такого соединения обеспечивается главным образом тропонином С, который обладает высоким сродством к ионам Са2+. Когда мышечное волокно находится в состоянии покоя и тропонин С лишен ионов Са2+, весь тропониновый комплекс приобретает такую конформационную структуру, которая препятствует взаимодействию актина и миозина, и сокращения мышечного волокна не происходит ). Иными словами, тропонин, лишенный ионов Са2+, блокирует взаимодействие актина и миозина.
В результате такого взаимодействия образуются актомиозиновые мостики и актиновые нити скользят вдоль нитей миозина , что приводит к укорочению саркомера и всего мышечного волокна или развитию изометрического напряжения. Чем больше ионов Са2+ связалось с тропонином, тем больше образуется актомиозиновых мостиков и тем больше развиваемое мышцей напряжение, т.е. сила сокращения
Релаксация саркомера и мышечного волокна в целом происходит после того, как ионы Са2+ отщепляются от тропонина, который восстанавливает свою способность блокировать взаимодействие актина и миозина. Этот процесс обеспечивается активным обратным транспортом ионов Са2+ в саркоплазматический ретикулум и внеклеточную среду) за счет действия двух механизмов:
· кальциевой АТФ-азы мембраны саркоплазматического ретикулума и сарколеммы, которая в присутствии АТФ способствует активному транспорту Са2+ из клетки (;
Nа+-Са2+-обменного механизма клеточной мембраны, в результате которого Nа+ по электрохимическому градиенту перемещается внутрь клетки, а ион Са2+ — во внеклеточное пространство в обмен на ионы Nа+
Важно отметить, что функционирование Nа+-Са2+-обменного механизма тесно связано с концентрацией Nа+ внутри и вне клетки, которая достигается благодаря деятельности К+-Nа+-насоса . Именно этот механизм поддерживает высокие концентрации К+ внутри клетки, и Nа+ — вне клетки. Чем эффективнее работает К+-Nа+-насос, тем меньше внутриклеточная концентрация Nа+ и тем больше ионов Nа+ может проникнуть внутрь клетки по электрохимическому градиенту Nа+, а ионов Са2+ — из клетки в обмен на ионы Nа+.
Наоборот, при ингибировании К+-Nа+-насоса (увеличение ЧСС или действие сердечных гликозидов) снижается также интенсивность обменного механизма, и часть ионов Са2+ остается в клетке
1. В основе периодически сменяющих друг друга состояний мышечного сокращения и расслабления кардиомиоцитов лежит способность клеточных мембран обеспечивать различное движение ионов Са2+ из саркоплазматического ретикулума к миофибриллам (сокращение) и обратно (расслабление).
2. Содержание ионов Са2+ в кардиомиоцитах является главным фактором, регулирующим инотропное состояние сердца. Чем выше внутриклеточная концентрация Са2+, тем больше сократимость миокарда.
3. Внутриклеточная концентрация Са2+ регулируется многими факторами, в том числе активностью Са2+-АТФ-азы, К+-Nа+-насоса и Nа+-Са2+-обменного механизма.
Факторы, определяющие функцию сократимости.
Важнейшей характеристикой функционирующей сердечной мышцы является зависимость между скоростью укорочения миокардиального волокна и развиваемым им напряжением (зависимость «сила–скорость»). Согласно данным Hill, скорость сокращения мышцы обратно пропорциональна силе
(напряжению). Иными словами, чем больше нагрузка на мышцу, тем меньше скорость ее укорочения. Наоборот, при уменьшении нагрузки скорость
сокращения увеличивается
Функция сердечной мышцы, в том числе зависимость «сила–скорость», определяется двумя основными факторами:
1. Исходной длиной мышечного волокна, или конечно-диастолическим объемом желудочка.
2. Состоянием инотропизма (сократимости) миокарда, связанного с интенсивностью обменных процессов в сердечной мышце.
Зависимость силы сокращения от исходной длины мышечного волокна является решающим фактором, который определяет функцию сердечной мышцы (E. Braunwald с соавт.). Согласно закону Старлинга увеличение исходного конечно-диастолического объема желудочка в норме приводит к усилению сокращения желудочка, который становится способным развивать большее напряжение и преодолевать большую нагрузку. Существенно изменяется при этом и зависимость «сила–скорость»: увеличение исходной длины мышечного волокна сопровождается возрастанием максимально развиваемой силы сокращения, тогда как максимальная скорость сокращения не меняется.
Увеличение инотропизма сердечной мышцы, происходящее под действием возросшей симпатической активности или других факторов (см. ниже), ведет к увеличению как силы, так и максимальной скорости сокращения). Таким образом, инотропное состояние (сократимость) миокарда характеризуется способностью желудочка без увеличения конечно-диастолического объема (т.е. без «привлечения» механизма Франка–Старлинга) либо 1) выбрасывать в сосудистое русло больший объем крови; либо 2) выбрасывать тот же объем крови против большего сопротивления давления в магистральных сосудах. При увеличении инотропизма (сократимости) кривая функции желудочка (т.е. взаимосвязи напряжения и конечно-диастолического объема) смещается вверх и влево. Это означает, что при тех же значениях конечно-диастолического объема желудочки в состоянии развивать большее напряжение. При угнетении инотропной функции (снижении сократимости) кривая функции желудочка смещается вправо и вниз. Причем при выраженном падении сократимости кривая идет вначале горизонтально, а затем опускается вниз. Иными словами, при данном состоянии инотропной функции растяжение сердечной мышцы (увеличение конечно-диастолического объема) сопровождается не увеличением, а снижением напряжения миокарда.
