Расслабление миокарда

Фаза релаксации сокращения, которую можно определить как процесс, посредством которою мышца после сокращения возвращается к первоначальной длине или напряжению, изучена значительно хуже, чем фаза сокращения. Природа расслабления не менее сложна, чем природа сокращения. Доказано также, что фаза расслабления изменяется при увеличении частоты сердцебиений, под влиянием катехоламинов, в гипернатриевых растворах. Кроме того, имеются указания, что расслабление мышцы находится под контролем мембранного потенциала. Иными словами, фаза расслабления регулируется физиологическими факторами. Полагают, что скорость расслабления отражает скорость удаления кальция из контрактильного материала, а изменения в фазе расслабления объясняются изменениями скорости поглощения кальция саркоплазматическим ретикулумом и (или) другими мембранными структурами.

Работами последних лет установлено, что в процессе удаления кальция из саркоплазмы саркоплазматическим ретикулумом можно различить быстрое связывание и поглощение. Быстрое связывание наблюдается в отсутствие преципитирующих анионов, и в оптимальных условиях скорость удаления кальция составляет 250- 300 • 106 мл/с (для полной активации необходимо 50-100 • 108 мл/с), что вполне достаточно для адекватного объяснения скорости расслабления. В присутствии преципитирующих анионов кальций поглощается значительно медленнее, но кальций оглощающая емкость ретикулума возрастает в 50-100 раз. Найдено также, что поглощение кальция из миоплазмы регулируется АМФ-зависимой киназой мик- росом. Этотфакт объясняет ускорение расслабления, которое наблюдается в сердцах теплокровных под влиянием катехоламинов. Для «линейного» расслабления максимальная скорость определяется в точке начала экспоненциального участка кривой.

Найдено, что увеличение начальной длины от L0 до Lmax в предсердиях теплокровных и холоднокровных животных в исследованном температурном диапазоне приводит к уменьшению соответствующих констант расслабления. В предсердиях кролика А: уменьшалась в 1,5-2,0 раза. Перерастяжение приводило к дальнейшему падению величины к. В препаратах желудочков черепах и кроликов не обнаружено существенного влияния начальной длины на константы расслабления. При увеличении температуры от 10 до 35 °С возрастают константы расслабления и заметно изменяется процесс расслабления. Так, в миокарде при 35 °С почти всё расслабление идет по экспоненциальному закону. При 10 °С почти все время расслабления приходится на «квадратичное расслабление». В миокарде предсердий кролика чувствительность констант расслабления к растяжению растет с понижением температуры.

Если, варьируя концентрации кальция и растяжение, добиться одной и той же амплитуды сокращений, то на константу расслабления повышение концентрации кальция оказывает воздействие, противоположное растяжению.

В миокарде человека (при экспоненциальном расслаблении) к увеличивается от 4 до 7,7 с-1 в частотном диапазоне 0,05-0,2 Гц.

При «квадратичном» типе расслабления в препаратах предсердия человека к возрастет от 6,6 до 10,0 с ’, когда частота увеличивается от 0,07 до 2,0 Гц. Наконец, при смешанном типе расслабления (например, в одном из препаратов предсердия человека) при частоте 0,07 Гц к= 7,1 с-1, а при частоте 0,2 Гц к = 9,5 с-1.

До сих пор не ясно, как объяснить различную чувствительность к растяжению кардиомиоцитов желудочков и предсердий. Показано, что клетки предсердий имеют особые секреторные гранулы, ответственные за выделение физиологически активных веществ. Кроме того, в предсердиях имеется много симпатических и парасимпатических волокон. Ясно, что растяжение может влиять на подобные структуры и регулировать тем самым выделение веществ, влияющих на расслабление (например, путем воздействия на кальцийсвязывающие структуры).

В основе модели изометрического расслабления лежит предположение, что напряжение линейно связано с числом кальций-тропо- ниновых комплексов. В свою очередь, концентрация кальций-тро- понинового комплекса определяется кинетикой взаимодействия кальция с тропонином и кинетикой поглощения кальция саркоплазматическим ретикулумом или его функциональными эквивалентами.

В отношении «квадратичного расслабления» есть основания полагать, что отток кальция может быть связан с деятельностью Са- Na обменного механизма. Предполагают, что при деполяризации этот механизм выключается, а после окончания деполяризации происходит постепенное (линейное) восстановление от инактивации.

С постулируемой точки зрения, процесс расслабления в сердечной мышце может регулироваться за счет трех механизмов: 1) скорости восстановления от инактивации (рис. 5.37, a); 2) изменений констант скорости поглощения кальция при тех же характеристиках инактивации (рис. 5.37, б); 3) изменения длительности потенциалов действия (рис. 5.37, в). До сих пор не ясно, связан ли смешанный тип расслабления с «сосуществованием» двух механизмов удаления кальция или с наличием инактивации кальциевого насоса в мембране саркоплазматического ретикулума.

Возможно, что расслабление может регулироваться за счет константы распада кальций-тропонинового комплекса, которая, в свою очередь, может быть функцией нагрузки или скорости укорочения. Нельзя также исключить, что «константа» поглощения кальция ретикулумом также является зависимой от деформации или скорости движения. Вероятно, в одной и той же клетке функционирует несколько систем удаления кальция: саркоплазматический ретикулум; натрийзависимое удаление; удаление за счет митохондрий.

По видимому, вклад этих систем в расслабление зависит от удельной плотности соответствующих органелл, от соотношения их

Варианты изменения коэффициента оттока кальция

Рис. 5.37. Варианты изменения коэффициента оттока кальция, а - скорость расслабления изменяется за счет хода инактивации; б - скорость расслабления изменяется за счет вариации стационарного значения; в - скорость расслабления зависит от длительности потенциала действия (изображено ступенькой)

поверхности к объему и активности кальцийпоглощающих систем в каждой структуре.

Была изучена кинетика изометрического расслабления в постнагрузочных сокращениях. В этом режиме расслабление состоит из двух фаз: 1) изотонического растяжения, во время которого мышца возвращается к исходной длине; 2) изометрического падения силы, когда в мышце восстанавливается первоначальное напряжение. Найдено, что изометрическое расслабление после изотонического сокращения имеет две фазы: фазу быстрого падения и фазу экспоненциального расслабления. В обычных изометрических сокращениях релаксация изометрического сокращения была не экспоненциальна. По мере увеличения нагрузки, как и следовало ожидать, изометрическое расслабление удлинялось, крутизна фазы начального быстрого падения релаксации падала. Чем больше груз, тем более была выражена экспоненциальная фаза.

В сердце млекопитающих экспоненциальный ход изотонического расслабления имеется при нагрузках, меньших 0,8 Р0, а при больших нагрузках оно не экспоненциально. В скелетной мышце и миокарде наличие укорочения в изотонической фазе постнагрузочных сокращений оказывает существенное влияние на последующую фазу изометрической релаксации. Так, после изотонической фазы изомет-

Ход изометрического расслабления после изотонической фазы в скелетной мышце лягушки

Рис. 5.38. Ход изометрического расслабления после изотонической фазы в скелетной мышце лягушки: а - изменения длины, б - напряжение

рическая фаза расслабления начинается раньше, чем в обычных изометрических сокращениях (рис. 5.38).

В миокарде изометрическое расслабление после изотонической фазы из не экспоненциального становится экспоненциальным. Если в скелетной мышце длительность изотонического расслабления возрастает по мере уменьшения груза (см, рис. 5.38), то в миокарде по мере уменьшения груза длительность изотонической фазы вначале возрастает, однако при дальнейшем уменьшении груза время изотонического расслабления уменьшается, вероятно, вследствие разобщающего эффекта укорочения (рис. 5.39), выраженность которого в сердце значительно больше, чем в скелетных мышцах.

Было также найдено, что постоянная времени экспоненциального расслабления в изометрической фазе не меняется после предварительного укорочения как в скелетной, так и в сердечной мышцах. Эти факты означают, что укорочение приводит к сдвигу кривых падения напряжения, тогда как крутизна спада напряжения в полулогарифмических координатах не зависит от величины укорочения. Каков бы ни был режим нагружения и характеристики укорочения,

Ход расслабления в скелетной (I) и сердечной (II) мышцах лягушки

Рис. 5.39. Ход расслабления в скелетной (I) и сердечной (II) мышцах лягушки: а - обычное расслабление, б - расслабление в условиях фиксации длины. Стрелками показаны начало и конец фиксации; 1 - начальная линейная фаза расслабления, 2 - конечная экспоненциальная фаза (схема)

постоянная времени изометрического расслабления остается постоянной.

Исследования функции «сила-скорость» для фазы расслабления крайне малочисленны. Установлено, что если скелетную мышцу высвободить в разные фазы цикла, то активное укорочение происходит вплоть до конца расслабления (рис. 5.40).

Для каждого момента времени высвобождения кривая «сила-скорость» описывается гиперболической функцией. Аналогичный процесс происходит в миокарде. Это свидетельствует, что активация в поздние фазы цикла все еще не закончена.

Много новой дополнительной информации о влиянии механических условий на ход расслабления получено с помощью метода фиксации длины саркомеров в центральных участках полоски с помощью специальных сервосистем. На одиночных волокнах скелетных мышц показано, что в условиях фиксации длины саркомеров напряжение затягивается за счет ранней фазы расслабления. Последующая экспоненциальная фаза расслабления совпадает с началом удлинения саркомеров. Интересно, что изменение напряжения при фиксации длины в полоске внешне напоминает напряжения в целом сердце во время выброса крови. Во время первой фазы спад механического напряжения линеен. В обычном изометрическом сокращении во время фазы экспоненциального падения напряжения всегда имеется удлинение саркомеров. Сходство падения напряжения в изометрических сокрашениях в скелетной и сердечной мышцах свидетельствует, что поведение миофибрилл в обоих случаях качественно одинаково. Однако в скелетной мышце постоянство длины саркомеров при расслаблении можно поддерживать растяжением препарата, а в сердечной мышце -

Изометрическое и изотопическое расслабление в капиллярной мышце кролика. А - сравнение изометрического и изотонического расслабления

Рис. 5.40. Изометрическое и изотопическое расслабление в капиллярной мышце кролика. А - сравнение изометрического и изотонического расслабления: кривая 1 - изотоническое расслабление, кривая 2 - изометрическое расслабление; Б - семейство постнагрузочных изменений силы; В - семейство изотонических сокращений, в которых на разное время движение останавливается (изометрическая фаза); Г- изотония при разных нагрузках. I - изотония при различных нагрузках,

II - изометрия при различных фиксациях длины

за счет отпускания. Кроме того, фиксация длины саркомеров в миокарде не приводит к удлинению напряжения, как в скелетной мышце.

В сердечной мышце не найдено дисперсии длин саркомеров во время фазы релаксации напряжения. Более того, обнаружено, что сразу после сокращения дифракционные линии более четкие, чем к началу следующего сокращения. При частотах стимуляции выше 0,4 Гц дисперсия длин саркомеров исчезала. Таким образом, дисперсия длин саркомеров имелась только во время длительных пауз, а наличие сокращений восстанавливало однородность после каждого сокращения. Вероятно, в миокарде должны быть системы, стабилизирующие популяцию расслабляющихся саркомеров и препятствующие удлинению. Такой структурой, по-видимому, является параллельный упругий элемент и его составная часть - внеклеточная эластическая ткань. На основании этих данных было сделано предположение, что причина падения напряжения заложена в самих миофибриллах, ибо абсолютная скорость падения напряжения не зависит от начальных условий и, самое главное, от начальной длины.

Интересно, что кальций оказывает неодинаковые эффекты на изометрическое и изотоническое расслабление, т.е. не изменяет абсолютной скорости изометрического сокращения, но увеличивает константу изотонического расслабления. Вероятно, это говорит о том, что в изометрии и изотонии управление расслаблением осуществляется разными механизмами. Отметим, что изотоническое расслабление под малыми нагрузками заканчивается до начала второй фазы изометрического расслабления. По-видимому, первая фаза изометрического расслабления (так же как и изотоническое расслабление) протекает на фоне определенной внутриклеточной концентрации кальция и, следовательно, зависит от деятельности саркоплазматического ретикулума. Рианодин, влияющий на скорость поглощения им кальция, замедляет изотоническое расслабление. Вторая фаза изометрического расслабления начинается, когда концентрация внутриклеточного кальция близка к нулю, и поэтому нечувствительна к воздействиям на саркоплазматический ретикулум.

Для объяснения отсутствия влияния начальной длины на абсолютную скорость расслабления и влияния Са на относительную скорость падения напряжения в первую фазу было выдвинуто предположение о кооперативности, согласно которой сродство миофибрилл к кальцию возрастает по мере увеличения числа мостиков. Поэтому, когда напряжение высоко, относительная скорость падения напряжения падает даже в условиях фиксации длины саркомеров, когда одна из существенных переменных находится на постоянном уровне, анализ природы расслабления представляет большие трудности. Ситуация становится еще более сложной при «естественном» ходе расслабления, при котором механические события через одну или несколько систем обратной связи влияют на образование и распад мостиков, а особенно в условиях наличия кальция в митоплазме. В этом случае на ход расслабления влияют многие функции, такие, как «сила-скорость», «длина-сила» контрактильного элемента, «длина-сила» последовательного элемента и т.д. При постоянной длине саркомеров и отсутствии дисперсии их длин некоторые неопределенности устраняются.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >