Система энергообеспечения мышц в норме и при патологии

Успехи молекулярной миологии расширили наши традиционные представления о роли скелетной мускулатуры в жизнедеятельности организма. Оказалось, что, помимо функции сокращения, многоядерные мышечные клетки выполняют разнообразные метаболические функции, располагая набором высокоактивных ферментов окисления жирных кислот с разветвленной цепью, кетоновых тел, синтеза ряда соединений [Гольдберг А. Л., 1979]. 

Распад незаменимых аминокислот — лейцина, изолейцина, валина — происходит исключительно в мышечных волокнах. Уровень глюкозы, аминокислот, липидов сыворотки крови в значительной мере зависит от функциональной активности мышечной ткани [Яковлев Н. Н., 1978]. 

Главными энергетическими субстратами мышечной ткани являются жирные кислоты, углеводы, аминокислоты, кетоновые тела. 

Стабильный уровень АТФ в пределах от 4 *10^—5 до 5 *10^—5 М поддерживается в результате сочетанного функционирования пяти процессов: окислительного фосфорилирования, гликолитического субстратного фосфорилирования, миокиназной реакции, восстановительного образования сукцината, креатинфосфокиназной реакции. 

Наиболее эффективный путь ресинтеза АТФ — дыхательное фосфорилирование, т. е фосфорилирование АДФ при окислении субстратов в митохондриях (цикл трикарбоновых кислот). Этот путь обеспечивает в 12 раз более высокий выход АТФ по сравнению с гликолизом. 

Однако он имеет существенные ограничения — чрезвычайно чувствителен к изменению содержания кислорода, рН среды, концентрации ионов, субстратов и др. [Яковлев Н. Н., 1974]. 

Постоянство концентрации макроэргов на фоне значительных нагрузок достигается за счет ускорения метаболического оборота этих соединений, что указывает на наличие в мышечной ткани очень эффективной обратной связи между процессами использования и выработки энергии. Так, высокая степень сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования достигается за счет присутствия в мышечных волокнах активной креатинфосфокиназной системы (активность КФК составляет 1000 ЕД на 1 г мышечной ткани). 

При этом часть фермента локализована на внутренней стороне мембран митохондрий и функционально связана с АТФ — АДФ-транслоказой. Фермент осуществляет транспорт АТФ через мембрану митохондрий на активный центр КФК, где в присутствии креатина происходит образование КФ. Образовавшийся АДФ переносится той же транслоказой обратно в матрикс для повторного фосфорилирования [Сакс В. А и др., 1977]. Таким образом, скорость окислительного фосфорилирования и потребления кислорода в значительной мере зависит от содержания креатина [Seraydarion М., Abbotc D., 1976]. 

Одновременно тесное сопряжение фракции ММ изофермента КФК с магнийзависимой АТФ-зой миофибрил, кальцийзависимой АТФ-зой эндоплазматической сети обеспечивает эффективное использование синтезированного креатинфосфата в реакциях сокращения и транспорта ионов через мембраны. В результате создается и поддерживается высокая локальная концентрация АТФ в точках использования энергии.

Общая схема процессов транспорта энергии в ткани мышц

Другой особенностью мышечной ткани является высокая лабильность гликолиза. Эксперименты показали, что в соответствующих условиях за предельно короткое время (1 мин) скорость гликолиза может быть увеличена в 10 раз и более [Cohen R., 1974]. При этом образование молочной кислоты пропорционально работе мышечного сокращения. 

Скелетные мышцы способны накапливать лактат в значительных количествах. В связи с тем что потребность энергии в мышечной ткани значительно варьирует и часто возникает необходимость в быстром воспроизведении макроэргических соединений, механизм утилизации субстратов находится под тройным контролем: неврогенным, гуморальным, метаболическим. К числу ключевых регуляторных ферментов гликолиза относятся фосфорилаза, гексокиназа, фосфофруктокиназа и пируваткиназа. 

Центральную роль регуляции энергетического метаболизма играет энергетический потенциал клетки. Падение концентрации АТФ на фоне соответствующего увеличения содержания АДФ, АМФ, неорганического фосфата (НФ), как это имеет место при длительном сокращении, приводит к резкому увеличению активности фосфорилазы, фосфофруктокиназы и усилению интенсивности анаэробного и аэробного гликогенолиза. 

Наоборот, избыток АТФ, КФ ингибирует процесс расщепления углеводов на уровне фосфорилазы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Изменение концентрации субстратов, выпадение неврогенного и гуморального контроля у больных миодистрофиями приводит к нарушению процессов энергетического метаболизма. 

Дефицит макроэргических соединений выявлен у больных с прогрессирующими мышечными дистрофиями (ПМД) несколько десятков лет назад. Снижение содержания АТФ и КФ особенно выражено при злокачественных формах и составляет, по данным разных авторов, 10 — 20% от нормы [Бадалян Л. О., 1974; Oesele et al., 1967]. В то же время большинство миологов указывают на стабилизацию уровня АДФ и АМФ даже в терминальной стадии заболевания [Vignos et al., 1963]. 

Уменьшение содержания КФ в мышечной ткани и увеличение его в крови относят к числу характерных проявлений миодистрофического процесса. Причины этих изменений не установлены. До настоящего времени проводится поиск агентов, предположительно нарушающих работу митохондриального аппарата и системы гликолиза. В 1976 г. Penf, обнаружив накопление кальция митохондриями у больных миопатией Дюшенна, предположил, что дисбаланс адениловых нуклеотидов возникает вследствие разобщения процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Подобный эффект известен в кардиологии. 

Избыток кальция, выделившийся при массированном введении катехоламинов, не связываясь полностью в миофибриллах сердца, может быть основной причиной нарушения функции митохондриального аппарата [Северин С. Е., 1967]. Однако отсутствие изменения содержания кальция при большинстве форм ПМД не подтвердило предложенную гипотезу [Car N., Pearson С., 1969, 1973].

«Нервно-мышечные болезни»,
Б.М.Гехт, Н.А.Ильина