Перейти к верхней панели

Калий в сердце

Раздел I.

БИОЛОГИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКА

УДК 616.12-008.9

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ №+-Са2+ ОБМЕНА ОТ ВНЕКЛЕТОЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ НАТРИЯ И КАЛИЯ В ИЗОЛИРОВАННОМ СЕРДЦЕ КРЫСЫ

В.В. АЛАБОВСКИЙ, А.А. ВИНОКУРОВ, О.В., БАШАРИНА,

О.В. МАСЛОВ, В.В. ХАМБУРОВ, В.Н. ЗОЛОТУХИНА, Л.И. ПОПОВА*

Статья посвящена исследованиям кинетики натрий-зависимого поглощения Са2+ в изолированном сердце крысы, а также влияние на

этотпроцесс внеклеточного уровня калия.

Ключевые слова: сердце, натрий-кальциевый обмен, ионы натрия,

ионы калия, коэффициент Хилла, ионы кальция.

Во время электрического возбуждения сердца, инициируемого ионами натрия, возрастает их концентрация во внутреннем-примембранномслое. Снижение трансмембранного градиента натриясопровождаетсяобменомионов натрияна внеклеточные ионы Са2+(Ка+-Са2+обмен) с помощью транспортного белкового переносчика .

Причем чем больше ионов натрия поступает в клетки, тем больше ионов кальцияобменивается на ионы натрия.

Такой же эффект достигается и при снижении внеклеточного уровня натрия. Конкурируя за места связывания с переносчиком, ионы кальция поступают внутрь кардиомиоцитов, усиливая тем самым сократительную активность сердца. Регистрацияпро-цесса накопления Са2+ внутри клеток, демонстрирует лаг-период, то есть запаздывание ответной реакции Ка+-Са2+ обмена на снижение внеклеточной концентрации Ка+ . В этой связи предпо-лагаетсяналичие аллостерической модуляции обменника или периода аккумуляции Са2+ митохондриями и саркоплазматиче-ским ретикулумом.

Считаетсячто особо важную роль Ка+-Са2+ обмен выполняет при выведении избытка кальция из кардиомиоцитов во время диастолы. Вслед за потенциалом действия, в фазе реполяриза-циинатрийвыводится из клеток с помощью Ка+,К+-насоса. Сни-жениеконцентрация натрия во внутреннем примембранномслое приводит к обращению обмена — натрий начинает входить в клетку с помощью Ка+-Са2+обменника в обмен наСа2+ .

Известно, что обменниксодержит938 остатковаминокис-лот.Мембранносвязанные сегменты 1, 2, 4, 10 имеют в своем составе большое количество гидрофильных группировок, что предполагает их возможное участие в механизмах ионного транспорта . Удаление центрального гидрофильного домена путём протеолиза или мутации устраняет регуляторную модуляцию активности обменника . Внутри центрального участка гидрофильного конца полипептидной цепи имеется фрагмент обменника, осуществляю-щийрегуляцию связывания Са2+доменом .

Важноотметить, что в последних исследованиях кинетики Ка+-Са2+ обмена обнаруженанепосредственная зависимость ин-тенсивностиобмена ионов от внутриклеточной концентрации кальция, а такжеот величины мембранного потенциала. Низкая концентрая Са2+ внутри клеток, также как и низкие значения мембранного потенциала, ослабляютвыход Са2+ из клеток, способствуют захвату необходимого кальция саркоплазматическим-ретикулумом в период диастолы .

Стехиометрия Ка+-Са2+ обмена на изолированных кардио-миоцитах изучается достаточно интенсивно. Полагают, что на 1 ион Са2+ обмениваются 3-4 иона натрия. Стехиометрия обменав интактном сердце точно не определена, так же как и кинетика этого обмена.

Актуальность проблемы функционирования №+-Са2+ —

обменника в работающем сердце диктуется известными литературными данными, о том, что при нарушении кровообращении в зоне ишемии во внеклеточной среде наблюдается существенное снижение концентрации натрия . При этом его внутриклеточная концентрация значительно возрастает .

Необходимо отметить, что именно в этот период времени происходят резкие изменения электрофизиологического состояния сердца, сопровождающиеся возникновением фибрилляции его желудочков. Моделирование данных условийпутем внезапного снижения концентрации натрия во внеклеточной среде подтверждает гипотезу о том, что впатогенезе возникновения опасных для жизни аритмий важную роль играет система №+ -Са2+ обмена .

Понимание патогенеза нарушений ритма сердца затрудняется одновременным изменением внеклеточной концентрации ионовкалия, возрастание которого способно снижать величину потенциала покоя в клетках зоны ишемии.

Учитывая, что перенос ионовкальция во время Ка+-Са2+ обмена зависит от величины мембранного потенциала, а так же наличияобратной зависимости — между величиной мембранного потенциала и направлением Ка+-Са2+ обмена, можно предположить, чтоодной из причин возникновения аритмии, является снижение в зоне ишемии трансмембранного градиента натрия. Однако данная гипотеза требует доказательств.

Исследование механизма Ка+ -Са2+ обмена проводилось в основном на изолированных клетках или полосках миокарда, поэтому, прежде всего, необходимы сведения о зависимости Са2+- аккумулирующей способности целого, интактного сердца отконцентра-циивнеклеточного уровня натрия. И второе, поскольку данный обмен является электрогенным, следует учитывать одновременно-евлияние снижения внеклеточного уровня натрияи уменьшение величины мембранного потенциала на процесс Ка+ -Са2+ обмена.

Цель исследования — изучение кинетики натрий-зависимого поглощения Са2+ в изолированном сердце крысы, а также влияниеионов калия на процесс Ка+ -Са2+ обмена.

Материалы и методы исследования. Опыты проводились на изолированных сердцах белых крыс линии Wistar.Под эфирным наркозом крыс декапитировали , вскрывали грудную клетку и сердце помещали в охлажденный раствор Рингера -Локка. В аорту вводили канюлю и начинали перфузию исходным раствором с помощью перистальтического насоса при температуре 370С по методу Лангендорфа со скоростью 10 мл/мин на 1 г в течение 15 мин. для стабилизации сократительной функции и энергетического обмена.

Для оценки зависимости кальций — аккумулирующей способности сердца от содержания внеклеточного уровня ионов натрия, их концентрацию изменялиот 2 до 142 ммоль/л. С целью сохранения изоосмотичностирастворов, недостающее количество хлорида натриявосполняли хлоридом аммония. При этом сум-марноеколичество катионов Ка+ и КН+ составляло 142 ммоль/л.

Концентрацию кальция в оттекающем от сердца перфузи-онном растворе непрерывно измеряли в течение всего периода опыта. С помощью перистальтического насоса перфузионный раствор смешивали с металлоиндикатором на ионы Са2+ — арсена-зо-Ш. Образовавшийся окрашенный продукт реакции пропускали

через проточную кварцевую микрокювету, помещенную в регистрационный блок спектрофотометра СФ-46. Показания спектрофотометра при длине волны 660 нм непрерывно записывали на самописце КСП-4.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Полученные результаты обработаны методом вариационной статистики. В работе обсуждаются результаты, в которых показатель р<0,05.

Результаты и их обсуждение. В первой части исследований была рассчитана скорость накопления ионов кальция изолированным сердцем крысы при активации Ка+-Са2+ обмена разными концентрациями натрия. Установлено, что снижение концентрации ионов натрия в диапазоне 142-162 ммоль/л не вызывало заметной ответной реакции сердца — существенного поглощения кальция не происходило (рис. 1).

скорость поглощения Са2* (нмоль/мин г)

Рис. 1. Зависимостьскорости поглощения Са2+ от внеклеточной концентрации №+в присутствии и отсутствииНМА

Однако при изменении концентрации ионов натрияот 62 до 2 ммоль/лнаблюдалось интенсивное поглощение Са2+ кардио-миоцитамиизолированного сердца крысы. Как видно из рис. 1, в пределах относительно узкой области концентраций ионовнатрия скорость Ка+-Са2+ обмена изменяется очень резко.

Исходя из данных представленных в работах можно-предположить, что до двухкратного снижения внеклеточной концентрациинатрияпоток кальция внутрь клетокослаблялся низким уровнем внутриклеточного Са2+. И только снижение внеклеточного уровня Ка+ более чем наполовину от его исходной концентрации приводило к нарастающемуускорению поглощения Са2+сердечной мышцей. Возможно, при взаимодействии ионов натрия и кальция с Ка+-Са2+ обменником в нем могут происходить конформационныемодификации, (в том числе за счет изменения величины мембранного потенциала), которые влияют на сродство переносчика к ионам.

Кинетические параметры функционирования переносчика определяли, используя уравнение Хилла.

К

х =У/( 1+ —)

и6

где 6 — константа Хилла (коэффициент взаимодействия)

Величина 6 была рассчитана по тангенсу угла наклона линейной анаморфозы графика Хилла (рис. 2). Интенсивность зави-симостипоглощения Са2+изолированным сердцем от внеклеточной концентрации Ка+ описывалась уравнением с величиной коэффициента Хилла 6=2,8, что указывает на положительную кинетическую кооперативность данного процесса .

Известно, что наряду с Ка+ — зависимым поглощением Са2+ сердечной мышцей параллельно в мембранах кардиомиоцитов функционируетдругой переносчик, осуществляющий Ка+ — зависимое высвобождение протонов из клеток (Ка+-Н+)обмен. Для исключения этого процесса в наблюдаемых нами опытах был применен селективный ингибитор Ка+-Н+ обмена НМА.

Присутствие в перфузионных растворах ингибитора Ка+ -Н+ обменасущественно изменяло зависимость скорости накопления Са2+сердцем от концентрации внеклеточного натрия. При этом скорость поглощения Са2+повышалась в 1,6 раз. Интенсивность поглощения Са2+ при разных концентрациях натрия приобретала сигмоидную зависимость, что свидетельствует о возрастании степени положительной кооперативности по субстрату.

Интенсивность поглощения Са2+ изолированным сердцем в зависимости от внеклеточной концентрации Ка+ соответствовала возрастанию степени кооперативности данного процесса, (рис. 2).

Рис. 2. График расчета коэффициента Хилла по показателям скорости поглощения ионов кальция изолированным сердцем крысы приразных концентрациях ионов натрия в перфузионном растворе

Полученные данные дополняют представления о наличии аллостерической регуляции Ка+-Са2+ обмена внутриклеточной концентрацией Са2+ не только в изолированных клетках сердечной мышцы, но и в интактном сердце животного.

Таким образом, снижение концентрации натрия во внеклеточной среде значительно усиливает реверсивный поток ионов кальция. Можно предположить, чтопоступление ионов кальция внутрь кардиомиоцитов через Ка+/Са2+ — обменник обусловлено, главным образом, уменьшением трансмембранного градиента ионов натрия и не является результатом повышения сродства транспортного сайта обменника к ионам кальция снаружи клетки в присутствии КИ4+, замещающих ионы натрия.

Для подтверждения электрогенного характера обмена ионов Ка+ на Са2+ в неповрежденной, целой сердечной мышце проводились опыты с измененной концентрацией ионов калия в перфузионных растворах. Известно, что снижение внеклеточного уровня К+ сопровождается повышениемвеличины потенциала покоя, в то время как увеличение ионов калия вызываетпадение-мембранного потенциала .

Учитывая, что ответная реакциякардиомиоцитов на смену концентрации ионов калия может проявляться не сразу, опыты осуществляли в трех повторах на одном сердце.

В контрольной серии экспериментов было отмечено, что в каждом последующемповторезамены натрия на ионы аммония (после перфузии сердца исходным — натрий содержащим раствором в течение 10 мин.) интенсивность поглощения кальция возрастала (рис. 3).

время, мин

Рис. 3. Динамика поглощения ионов кальция изолированным сердцем крысы при замене хлорида натрия на хлорид аммония.

Представлены результаты повторных 3 записей.

Обозначения:^ — запись -1;^ — запись 2;А — запись 3.

Перфузия сердца крысы в условиях низкой концентрации ионов калия (1 мМ) сопровождаласьсущественным изменением скорости поглощения Са2+, вызываемой снижением трансмембранного градиента натрия.

Начиная со второго повторения опыта, происходилоослабле-ние интенсивности поглощения Са2+ сердечной мышцей (рис. 4).

Причем при каждом последующем повторе опыта наблюдалось более выраженное ингибирование поглощения Са2+.

Перфузия сердца в условиях высокойконцентрация калия (30 мМ), сопровождалась значительным повышением скорости аккумулирования сердцем Са2+ из внеклеточной среды (рис 5).

Таким образом, было установлено значительное влияние изменения внеклеточного уровня калия на интенсивность погло-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

щения Са2+в изолированномсердцево время Ка+-Са2+ обмена.

140 120 100 80 60 40 20 0

По оси У — скорость поглощения ионов кальция, нмоль/мин на 1 грамм ткани

250 200

Патогенез развития инфаркта миокарда и возникновение опасных для жизни аритмий сердца во многом обусловлены неконтролируемым повышением уровня кальция в зоне ишемии. Первостепенную роль в этой патологии отводят процессам, сопровождающихся быстрым накоплением внутриклеточного уровня натрия.Интенсивнонарастающий ацидоз(за десятки секунд от начала ишемии) инициирует Ка+-Н+ обмен .

В свою очередь, накапливающийся внутриклеточно натрий инициирует Ка+-Са2+ обмен , который сопровождается неконтролируемым возрастанием уровня Са2+ в кардиомиоцитах зоны ишемии .

Согласно полученным нами данным снижение трансмембранного градиента натриявызывает интенсификацию Ка+-Са2+ обмена в сердцекрыс. Применяемая в наших опытах методика позволяла регистрировать непосредственное поглощение Са2+ миокардом.

Исследование кинетики нарастания концентрации кальция внутри клеток на изолированных клетках имеет свои особенности. Первые порции Са2+, поступающие внутрь клеток при снижении внеклеточной концентрациинатрия, поглощаются митохондриями и саркоплазматическим ретикулумом. Поэтому динамика накопления Са2+ внутри клеток в таких исследованиях отли-чаетсялаг-периодом, то есть прирост кальция регистрируемый с помощью биолюминисцентного реактива, наблюдается не сразу, а через некоторое время .

С другой стороны, постепенное усиление интенсивности поглощения Са2+ изолированным сердцем при повторных снижениях внеклеточной концентрации ионов натрия, наблюдаемая в наших опытах, по-видимому, отражает подобную регуляцию Ка+-Са2+ обмена за счет постепенного повышениявнутриклеточ-ной концентрации Са2+.

При первом снижении концентрации натрия в перфузион-ном растворе аккумуляция Са2+ миокардом протекает малоактивно. На том же сердце повторные снижения внеклеточного уровня натрия приводят к поглощению все более значительного количества Са2+. По-видимому, вначале Ка+-Са2+ обмену препятствует исходно низкийуровень внутриклеточного Са2+. Однако быстро развивающийсядефицит энергии (в результате аккумуляции из-

Л,

1+1 I п

|—I-

1 2 3

бытка Са2+ митохондриями) останавливает поглощение Са2+ из цитоплазмы кардиомиоцитов саркоплазматическимретикулумом и митохондриями.

К моменту третьего повтораинициации Ка+-Са2+ обмена, существенный прирост внутриклеточного уровня Са2+ более значительно активирует Ка+-Са2+ обмен. Эти данные служат подтверждением выводов, полученных на изолированных кардио-миоцитах, в которых также показана стимулирующая способность внутриклеточно накапливающегся кальция активировать Ка+-Са2+ обмен .

Сигмоидная зависимость поглощения Са2+ от внеклеточной концентрации натриятакже указывает на возможность аллостери-ческой регуляцииКа+-Са2+ обмена внутриклеточным Са2+в целостном, работающем сердце.

Проведенные опыты также показали на возможность регистрации активно функционирующего процесса Ка+-Н+ обмена в изолированном сердце крысы. Установлено, что в ответ на снижение внеклеточного уровня ионов натрияв интактном сердце параллельноосуществляетсядругой ионообменный процесс — Ка+-зависимое высвобождение протонов из клеток (Ка+-Н+ обмен). Селективное ингибирование работы Ка+-Н+ обмена с помощь-юНМА сопровождалось значительным изменением кинетики Ка+-Са2+ обмена в миокарде. Зависимость интенсивности поглощения Са2+ изолированным сердцем от внеклеточной концентрации №+ имела сигмоидный характер и более высокую степень положительной_кооперативности (б=3,0)

ЗависимостьКа+-Са2+ обменного механизма от величины мембранного потенциала клетки доказана в электрофизиологиче-ских исследованиях разных авторов на изолированных кардио-миоцитах и полосках миокарда . При этомбольшое значение имеет электрогенность процессаКа+-Са2+ обмена . Однако остается не до конца ясной стехиометрия этого обмена. Одни авторы установилисоотношение обмена — 3 иона Ка+ на 1 ион Са2+ , другие — 4 иона Ш+ на 1 ион Са2+ .

Все авторы цитируемых источников выполняли свои работы на изолированных кардиомиоцитах. Прирост или убыль внутриклеточного Са2+ регистрировали путем введения в кардиомио-циты кальций-селективных биолюминесцентных реагентов, а также с помощью микроэлектродов, вводимых внутрь клеток.

В отличие от выше приведенных примеров, в наших опытах измерялось суммарное количество поглощенного Са2+, обмениваемое на внутриклеточный натрий. В условиях сохранения межклеточных взаимодействий в работающем миокарде стехиометрия обмена по нашим расчетам составила: 3 иона Ка+ на 1 ион Са2+. Данное заключение основывается нарасчете коэффициента Хилла, составляющее величину б<п, где показатель п косвенно соответствует количествуцентров связывания ионов натрия с обменником.

Наличие электрогенного обмена ионов Ка+ на Са2+ в изоли-роаванном сердце крысы достаточно убедительно проявилось в опытах с использованием разных концентраций ионов калия в перфузионных растворах. Установлено, что повышение внеклеточной концентрации калия значительно ускоряет натрий-зависимое поглощение кальция. Этот факт демонстрирует всю сложность развивающихся событийв зоне ишемии, поскольку наряду с нарушением электролитного баланса ионов натрия и кальция, в ней происходит значительное возрастание внеклеточного уровня калия. Потеря ионов калия клетками происходит спустя несколько секунд после начала ишемии. При этом локальная концентрация калия вне клеток зоны ишемии может достигать от 10 до 30 ммоль/л. Выходящий из ишемизированных клеток калий вызывает деполяризацию мембран .

Результатом этого является релаксация участка миокарда. Причем состояние миофибрилл в зоне ишемии нарушается гетерогенно — в одних участках наблюдаются гиперконтрактуры, в других — полная потеря сократимости .

Причина такого явления остается пока не до конца ясной. Не исключено, что в определенных участках зоны ишемии создаются благоприятные условия для интенсивного поступления Са2+ внутрь кардиомиоцитов. Однако пути такого транспорта пока остаются неизвестными. При этом следует отметить, что проницаемость Ь-Са2+ каналов при ацидозе, вызванном ишемией, резко ослабляется, так же как и способность саркоплазматическо-го ретикулума освобождать в миоплазму ионы Са2+ .

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Исходя из этих представлений можно полагать, что активирующим фактором Ка+-Са2+ обмена, на первом этапе ишемии может служить деполяризация мембраны. Навторойстадии ише-

миипоступающий в клетки кальций аллостерически активируя Na+-Ca2+ обмен, способствует возрастанию потока Ca2+ в поврежденные ишемией кардиомиоциты.

В некоторых случаях во внеклеточной среде может происходить снижение уровня К+. Например, во время приема калий-несберегающих диуретиков. Установлено, что уменьшение концентрации ионов калия ниже 3 ммоль/л провоцирует развитие опасных для жизни аритмий сердца вплоть до возникновения фибрилляции его желудочков.

Анализируя полученные результаты, необходимо учитывать, что в ответ на снижение внеклеточного уровня калия обычно происходит снижение активности №+,К+-насоса и увеличени-евнутриклеточного уровня натрия . Известно также, что повышение концентрации ионов натрия способствует накоплению Са2+ клеткой через систему Na+-Ca2+ обмена.

Однако результатынаших опытов показали противоположную картину — в ответ на снижение уровня калия уже при повторной активации Na+-Ca2+ обмена наблюдаетсярезкое ослаблениеспо-собности сердечной мышцы накапливать кальций. Подобный результат можно объяснить только одним эффектом — прямым влиянием мембранного потенциала на процесс Na+-Ca2+ обмена.

Совершенно очевидно, что повышенный уровень внутриклеточного натрия, который, возможно, возникает при ослаблении активности натрий-калиевого насоса оказывается недостаточным в противодействии электрогенного трансмембранного переноса ионов при Na+-Ca2+ обмене. Повышение потенциала покоя может создавать условия дляослабления аккумуляции Са2+ за счет Na+-Ca2+ обмена,что и наблюдалосьв наших экспериментах.

Таким образом, предположение о значимости величины мембранного потенциала на интенсивность трансмембранного потока Са2+ через систему Na+-Ca2+ обмена в целом серд-це,хорошо согласуется с данными других исследователей, изучавшие это явление на изолированных клетках сердца. Полученные новые данные позволяют оценить роль Na+-Ca2+ обменной системы в ранние и поздние сроки развития последствий ишемии миокарда.

Литература

10. Алабовский В.В. Поглощение ионов кальция в изолированном сердце крысы при гипоксии и ишемиии связь этого процесса с возникновением аритмий сердца / В.В. Алабовский, А.А. Винокуров, О.В. Маслов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: химия, биология, фармация. 2. июль-

декабрь, 2009. C. 83-88.

12. Доис Э. Количественныепроблемы биохимии: Пер. с. англ. М.: Мир, 1983.- 376 с.

18. Lytton J. K+-dependent Na+-Ca2+ exchangers in the brain / J. Lytton, X..F. Li, H. Dong // Acad Sci. Nov; 976. -2002, -P. 382-393.

20. Bers D.M. Na+-Ca2+ exchange function in intact ventricular myocytes / D.M. Bers, C.R. Weber // Ann. N. Y. Acad..- Sci. Nov. -2002. — 976. -P.500-512.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

28. Болдырев А.А. Na+,K+ -зависимая АТФаза / А. А. Болдырев // Успехи Физиол. Наук. 1981.- 12.- 2. -C. 91-130 .

DEPENDENCE OF №+-Са2+ EXCHANGE RATE FROM EXTRACELLULAR CONCENTRATION OF SODIUM AND POTASSIUM IONS IN ISOLATED RAT HEART

V.V. ALABOVSKY, A.A. VINOKUROV, O.V. BASHARINA,

O.V. MASLOV, V.V. KHAMBUROV, V.N. ZOLOTUKHINA,

L.I. POPOVA

Voronezh State Medical Academy after NN. Burdenko, Chair of Biochemistry

Нервная и гуморальная регуляция деятельности сердца.

Влияния нервной системы для сердца не имею пускового действия. Обладая автоматией, сердце сокращается без воздействия внешних раздражителей. Но тем не менее влияния нервной системы на сердце очень важны и существенны. Благодаря им деятельность сердца меняется в зависимости от состояния организма и тем в значительной мере обеспечивается его приспособление в каждый данный момент к воздействиям внешней среды.

Эфферентная иннервация сердца.

Работа сердца регулируется двумя нервами: блуждающим (или вагусом), относящимся к парасимпатической нервной системе, и симпатическим.

Блуждающий и симпатический нервы образованы двумя нейронами — преганглионарным и постганглионарным. Ядро блуждающего нерва расположено в продолговатом мозге на дне четвертого желудочка. Отсюда начинается его преганглионарный путь: блуждающий нерв идет к сердцу вместе с сосудами вдоль шеи с правой и левой стороны и подходит к ганглиям, лежащим в сердце (интрамуральным). Волокна правого блуждающего нерва в основном подходят к области синусного узла, здесь заканчивается преганглионарная часть блуждающего нерва и начинается постганглионарный путь. Последний представлен особыми длинноаксонными нейронами — нейроцитами (клетки Догеля I типа), отростки которых идут к мышечным волокнам предсердий и к атриовентрикулярному узлу. Волокна левого блуждающего нерва подходят главным образом к области атриовентрикулярного узла.

Центральные нейроны симпатической нервной системы, регулирующие деятельность сердца, лежат в боковых рогах I-V грудных сегментов. Отсюда преганглионарные волокна идут к шейным и верхним грудным узлам симпатической цепочки. Здесь же располагаются тела постганглионарных нейронов — длинноаксонные нейроциты — клетки Догеля I типа, отростки которых образуют симпатические нервы, идущие к сердцу. Большая часть волокон направляется к сердцу от звездчатого ганглия. Нервы, идущие от правого симпатического ствола, в основном подходят к синусному узлу и к мышцам предсердий, а нервы левой стороны — к атриовентрикулярному узлу и мышцам желудочков. Окончания эффекторных нервов представляют собой тонкие безмиелиновые веточки с большими концевыми утолщениями.

В сердце имеются и рецепторные образования. Они представлены свободными древовидными окончаниями или инкапсулированными в виде клубочков и луковицеобразных телец. Они располагаются в соединительной ткани, на мышечных клетках и в стенке венечных сосудов. Тела чувствительных нейронов лежат в нижнем шейном ганглии и в спинномозговых узлах (от 7-го шейного до 6-го грудного). Их миелинизированные аксоны идут в продолговатый мозг к ядру блуждающего нерва, откуда могут переключаться на другие нейроны, достигающие коры больших полушарий.

Влияние блуждающего и симпатического нервов на сердце.

В 1845 году браться Веберы наблюдали при раздражении продолговатого мозга в области ядра блуждающего нерва останову сердца. После перерезки блуждающих нервов этот эффект отсутствовал. Отсюда был сделан вывод, что блуждающий нерв тормозит деятельность сердца. Дальнейшими исследованиями многих ученых были расширены представления о тормозящем влиянии блуждающего нерва. Была показано, что при его раздражении уменьшаются частота и сила сердечных сокращений, возбудимость и проводимость сердечной мышцы. После перерезки блуждающих нервов, вследствие снятия их тормозящего влияния, наблюдалось увеличение амплитуды и частоты сердечных сокращений.

Влияние блуждающего нерва на сердце зависит от интенсивности раздражения. При слабой силе раздражения прежде всего уменьшается частота сердечных сокращений, что было названо отрицательным хоронотропным эффектом. Вместе с этим уменьшается амплитуда сердечных сокращений (отрицательный инотропный эффект), понижается возбудимость сердечной мышцы (отрицательный батмотропный эффект) и уменьшается скорость проведения возбуждения (отрицательный дромотропный эффект). При раздражении блуждающего нерва наступает также уменьшение тонуса сердечной мышцы (отрицательный тонотропный эффект), т.е. блуждающий нерв тормозит все стороны деятельности сердца. При сильном его раздражении наступает остановка сердца.

Первые детальные исследования влияний симпатической нервной системы на деятельность сердца принадлежат братьям Цион (1867 г.), а затем И.П.Павлову (1887 г.).

Браться Цион наблюдали увеличение частоты сердечных сокращений при раздражении спинного мозга в области расположения нейронов, регулирующих деятельность сердца. После перерезки симпатических нервов такое же раздражение спинного мозга не вызывало изменений деятельности сердца. Было установлено, что симпатические нервы, иннервирующие сердце, оказывают положительное влияние на все стороны деятельности сердца. Они вызывают положительные хронотропный, инотропный, батмотропный, дромотропный и тонотропный эффекты.

Дальнейшими исследованиями И.П.Павлова было показано, что нервные волокна, входящие в состав симпатического и блуждающего нервов, влияют на разные стороны деятельности сердца: одни изменяют частоту, а другие — силу сердечных сокращений. Веточки симпатического нерва, при раздражении которых наступает увеличение силы сердечных сокращений, были названы усиливающим нервом Павлова. Было установлено, что усиливающее влияние симпатических нервов связано с повышением уровня обмена веществ.

В составе блуждающего нерва также были найдены волокна, влияющие только на частоту и только на силу сердечных сокращений.

На частоту сердечных сокращений влияют волокна блуждающего и симпатического нервов, подходящие к синусному узлу, а сила сокращений изменяется под влиянием волокон, подходящих к атриовентрикулярному узлу.

Блуждающий нерв легко адаптируется к раздражению, и поэтому его эффект может исчезнуть, несмотря на продолжающиеся раздражение. Это явление получило название «ускользание сердца от влияния вагуса». Блуждающий нерв обладает более высокой возбудимостью, вследствие чего он реагирует на меньшую силу раздражения, чем симпатический, и коротким латентным периодом.

Поэтому при одинаковых условиях раздражения эффект блуждающего нерва появляется раньше, чем симпатического.

Механизм влияния блуждающего и симпатического нервов на сердце.

В 1921 году исследованиями О.Леви было показано, что влияние блуждающего нерва на сердце передается гуморальным путем. В опытах Леви наносилось сильное раздражение на блуждающий нерв и наблюдалась остановка сердца. Затем из сердца брали кровь и действовали ею на сердце другого животного, при этом возникал тот же эффект — торможение деятельности сердца. Точно так же можно перенести и эффект симпатического нерва на сердце другого животного. Эти опыты говорят о том, что при раздражении нервов в их окончаниях выделяются активно действующие вещества, которые или тормозят, или стимулируют деятельность сердца: в окончаниях блуждающего нерва выделяется ацетилхолин, а симпатического — норадреналин (симпатин).

При раздражении сердечных нервов под влиянием медиатора изменяется мембранный потенциал мышечных волокон сердечной мышцы.

При раздражении блуждающего нерва происходит гиперполяризация мембраны, т.е. увеличивается мембранный потенциал. В основе гиперполяризации сердечной мышцы лежит увеличение проницаемости мембраны по отношению к ионам калия.

Влияние симпатического нерва передается с помощью медиатора норадреналина, который вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны по отношению к ионам калия.

Влияние симпатического нерва передается с помощью медиатора норадреналина, который вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны. Деполяризация связана с увеличением проницаемости мембраны по натрию.

Зная, что блуждающий нерв гиперполяризует мембрану, а симпатический деполяризует ее, можно объяснить все эффекты действия этих нервов на сердце. Поскольку при раздражении блуждающего нерва увеличивается мембранный потенциал, то требуется большая сила раздражения для достижения критического уровня деполяризации и получения ответной реакции, а это говорит об уменьшении возбудимости (это отрицательный батмотропный эффект).

Отрицательный хронотропный эффект связан с тем, что при большой силе раздражения вагуса гиперполяризация мембраны столь велика, что возникающая спонтанная деполяризация не может достичь критического уровня и ответ не возникает — наступает остановка сердца.

При малой частоте или силе раздражения блуждающего нерва степень гиперполяризации мембраны меньше и спонтанная деполяризация постепенно достигает критического уровня, вследствие чего наступают редкие сокращения сердца (отрицательный дромотропный эффект).

При раздражении симпатического нерва даже небольшой силой возникает деполяризация мембраны, которая характеризуется уменьшением величины мембранного и порогового потенциалов, что свидетельствует о повышении возбудимости (положительный батмотропный эффект).

Поскольку под влиянием симпатического нерва мембрана мышечных волокон сердца деполяризуется, то время спонтанно деполяризации, необходимое для достижения критического уровня и возникновения потенциала действия, уменьшается, что приводит к увеличению частоты сердечных сокращений.

Тонус центров сердечный нервов.

Нейроны центральной нервной системы, регулирующие деятельность сердца, находятся в тонусе, т.е. определенной степени деятельности. Поэтому от них постоянно поступают импульсы к сердцу. Особенно ярко выражен тонус центра блуждающих нервов. Тонус центров симпатических нервов выражен слабо, а иногда отсутствует.

Наличие тонических влияний, идущих от центров, можно наблюдать в опыте с перерезкой нервов. Если перерезать оба блуждающих нерва, то наступает значительное увеличение частоты сердечных сокращений. У человека можно выключить влияние блуждающего нерва действием атропина, после чего также наблюдается учащение сердцебиений. О наличии постоянного тонуса центров блуждающих нервов говорят и опыты с регистрацией потенциалов нерва в момент отсутствия раздражения. Следовательно, в естественных условиях по блуждающим нервам из центральной нервной системы поступают импульсы, тормозящие деятельность сердца.

После перерезки симпатических нервов наблюдается небольшое уменьшение числа сердечных сокращений, что говорит о постоянном стимулирующем влиянии на сердце центров симпатических нервов.

Тонус центров сердечных нервов поддерживается различными рефлекторными и гуморальными влияниями. Особенно существенное значение имею импульсы, поступающие от сосудистых рефлексогенных зон, расположенных в области дуги аорты и каротидного синуса (места разветвления сонной артерии на наружную и внутреннюю). После перерезки нервов, идущих от этих зон в центральную нервную систему, уменьшается тонус центров блуждающих нервов, вследствие чего наступает учащение сердечных сокращений.

На состояние сердечных центров влияют импульсы, приходящие с любых других интеро- и экстерорецепторов, особенно с рецепторов кожи и некоторых внутренних органов (например, кишечника) и др.

Обнаружен ряд гуморальных факторов, влияющих на тонус сердечных центров. Например, гормон надпочечников адреналин повышает тонус центров блуждающих нервов. Таким же действием обладают ионы кальция.

При введении ионов калия в продолговатый мозг наблюдается учащение сердечных сокращений.

На состояние тонуса сердечных центров влияют и вышележащие отделы центральной нервной системы.

Рефлекторная регуляция деятельности сердца.

В естественных условиях деятельности организма частота и сила сердечных сокращений постоянно изменяются в зависимости от воздействия различных факторов внешней среды. К ним относятся выполнение физической нагрузки, передвижение тела в пространстве, влияние температуры, изменение состояния внутренних органов и др.

В основе приспособительных изменений сердечной деятельности в ответ на различных внешние воздействия лежат рефлекторные механизмы. Возбуждение, возникшее в рецепторах, по афферентным путям приходит к различных отделам центральной нервной системы, влияет на регуляторные механизмы сердечной деятельности. Установлено, что нейроны, регулирующие деятельность сердца, располагаются не только в продолговатом мозге, но и в коре больших полушарий (в моторной и премоторной зонах), промежуточном мозге (гипоталамусе) и мозжечке. От них импульсы идут в продолговатый и спинной мозг и изменяют состояние центров парасимпатической и симпатической регуляции сердца. Отсюда импульсы поступают по блуждающим и симпатическим нервам к сердцу и вызывают замедление ослабление или учащение и усиление его деятельности. Поэтому говорят о вагальных (тормозных) и симпатических (стимулирующих) рефлекторных влияниях на сердце.

Постоянные коррективы в работу сердца вносят влияния с сосудистых рефлексогенных зон — аортальной и синокаротидной. Расположенные в них рецепторы возбуждаются при изменении давления крови в сосудах (прессорецепторы) или под влиянием изменяющегося химического состава крови (хеморецепторы). При повышении кровяного давления в аорте или сонной артерии раздражаются прессорецепторы. Возникшее в них возбуждение приходит в центральную нервную систему и повышает возбудимость центра блуждающих нервов, вследствие чего увеличивается количество идущих по ним тормозящих импульсов, что приводит к замедлению и ослаблению сердечных сокращений. А поэтому уменьшается количество крови, выбрасываемой сердцем в сосуды, и давление.

К вагальным рефлексам относится глазо-сердечный рефлекс Ашнера, рефлекс Гольца и др. Рефлекс Ашнера выражается в возникающем при надавливании на глазные яблоки рефлекторном уменьшении числа сердечных сокращений (на 10-20 в минуту). Рефлекс Гольца заключается в том, что при нанесении механического раздражения на кишечник лягушки (сдавливание пинцетом, поколачивание) возникает остановка или замедление деятельности сердца. Остановку сердца можно наблюдать и у человека при ударе по животу. Эта же реакция возникает и в тот момент, когда человек опускается в холодную воду (вагальный рефлекс с рецепторов кожи).

Симпатические сердечные рефлексы возникают при различных эмоциональных влияниях, болевых раздражениях и физической работе. При этом улучшение сердечной деятельности может наступить не только вследствие усиления влияния симпатических нервов, но и в результате понижения тонуса центров блуждающих нервов.

Возбудителем хеморецепторов сосудистых рефлексогенных зон может быть повышенное содержание в крови различных кислот (углекислого газа, молочной кислоты и др.) и колебание активной реакции крови. При этом наступает рефлекторное усиление деятельности сердца, обеспечивающее быстрейшее удаление этих веществ из организма и восстановление нормального состава крови.

Гуморальная регуляция деятельности сердца.

Химические вещества, непосредственное влияющие на деятельность сердца, делятся на две группы: парасимпатикотропные (или ваготропные), действующие подобно вагусу, и симпатикотропные — подобно симпатическим нервам.

К парасимпатикотропным веществам относятся ацетилхолин и ионы калия. При увеличении их содержания в крови наступает торможение деятельности сердца.

К симпатикотропным веществам относятся адреналин, норадреналин, симпатин и ионы кальция. При увеличении их содержания в крови наступает усиление и учащение сердечных сокращений.

Краткая информация

Калий является основным внутриклеточным ионом, подобно тому как главным внеклеточным ионом является натрий. Взаимодействие этих ионов имеет важное значение в поддержании изотоничности клеток. Содержание калия в сыворотке крови человека составляет около 5,11 ммоль/л. Ионы калия играют существенную роль в регулировании функций организма.

Сердечная мышца реагирует на повышение содержания калия уменьшением возбудимости и проводимости. Большие дозы уменьшают автоматизм и сократительную способность миокарда. Увеличение концентрации калия в крови в 4 раза (что практически возможно только при внутривенном введении) приводит к остановке сердца. Снижение содержания калия в сыворотке крови повышает опасность развития аритмий при применении

больших доз наперстянки; рост концентрации калия уменьшает опасность токсического действия сердечных гликозидов на сердце. Являясь антагонистом сердечных гликозидов в отношении влияния на ритм сердца, калий в то же время не противодействует их положительному инотропному действию.

Калий участвует в процессе проведения нервных импульсов и передачи их на иннервируемые органы. Введение в организм калия сопровождается повышением содержания ацетилхолина и возбуждением симпатического отдела нервной системы; при внутривенном введении отмечается увеличение выделения надпочечниками адреналина.

Показания к применению:
Гипокалиемия (в том числе на фоне сахарного диабета, длительной диареи и/или рвоты, терапии гипотензивными лекарственными средствами, некоторыми диуретиками, ГКС), лечение и профилактика дигиталисной интоксикации, профилактика аритмии у больных с острым инфарктом миокарда.

Противопоказания:
Гиперкалиемия, полная АV блокада, надпочечниковая недостаточность, ХПН, сопутствующая терапия калийсберегающими диуретиками, метаболические нарушения (ацидоз, гиповолемия с гипонатриемией), эрозивно-язвенные заболевания желудочно-кишечного тракта, возраст до 18 лет (эффективность и безопасность не установлены).

С осторожностью: Беременность, период лактации.

Этот минерал важен для поддержания здоровья нервной и сердечно-сосудистой систем. Он регулирует сердечный ритм, способствует полноценному сокращению мышц, вместе с натрием контролирует водный баланс организма.

Калий необходим для химических реакций, происходящих внутри клеток, поддержания устойчивого артериального давления и передачи электрохимических импульсов. Калий играет важную роль в поддержании функций почек, надпочечников. Он также регулирует процесс проникновения питательных компонентов через клеточные мембраны. Установлено, что эта функция калия с возрастом ослабевает. Этим объясняются некоторые циркуляторные нарушения, вялость и слабость, испытываемые пожилыми людьми.

Источниками калия в продуктах являются фрукты, бобовые, мясо, птица, рыба, овощи, молочные продукты и цельное зерно. Калием особенно богаты абрикосы, авокадо, бананы, пивные дрожжи, коричневый рис, финики, красные водоросли, инжир, изюм, сухофрукты, чеснок, лесные орехи, картофель, морковь, капуста, зимняя тыква, пшеничные отруби.

Потребность в калии для взрослого человека составляет 1,5-2,5 гр.

Признаки дефицита калия: повышенная сухость кожи, угри, частые простудные заболевания, ухудшение умственной деятельности, нервозность, бессонница, пониженная рефлекторная функция, депрессия, запор, диарея, отеки, неутолимая жажда, флуктуация сердечного ритма, непереносимость глюкозы, замедление роста, повышение уровня холестерина, пониженное артериальное давление, мышечная усталость и слабость, тошнота и рвота, периодические головные боли, протеинурия, дыхательные расстройства, отложение солей.

При недостатке калия развивается гипокалиемия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия может быть причиной острой невралгии. При избытке калияразвивается гиперкалиемия, для которой основным симптомом является язва тонкого кишечника.

Калий содержится в комплексах «Арнебия Мультивитамин ретард», «Арнебия Мультивитамин + Минералы».

Важно: диета из обработанных продуктов и полуфабрикатов не содержит достаточное количество калия, создает дисбаланс между калием и натрием. Мочегонные средства могут привести к чрезмерной потере калия. Во время беременности потребность в данном элементе может возрастать до 3,5 г в сутки. При интенсивных физических нагрузках потребность в калии также возрастает, к тому же обильное потоотделение способствует выведению его из организма. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

Внимание! Перед применением БАДов обязательно сдайте анализы, убедитесь, что Вашему организму не хватает конкретных витаминов и минералов и обязательно проконсультируйтесь с врачом.

20 Май, 2020 | admin | No Comments

Write Reviews

Leave a Comment

Please Post Your Comments & Reviews

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *