MedBookAide - путеводитель в мире медицинской литературы
Разделы сайта
Поиск
Контакты
Консультации

Билибин Д. П., Фролов В. А., Дворников В. Е. - Плохо с сердцем...

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
<<< Назад Содержание Дальше >>>

Весьма скромное по своим размерам, конструктивно устроенное довольно просто сердце человека за его жизнь сокращается в среднем около трех миллиардов раз, перекачивая за это время 175 миллионов литров крови. Работа, выполняемая сердцем за 8 часов, эквивалентна работе по подъему 70 килограммов на высоту Московского университета. При этом КПД мышц человека вообще и сердечной мышцы в частности, превышает яередко 50 процентов.

С другой стороны, большинство заболеваний сердца связа- но как раз с нарушением его сократительной способности, с невозможностью в полном объеме усвоить и целесообразно использовать энергию питательных веществ, приносимых кровью. При этом следует сказать, что удивительное устройство первичной структурной единицы сердечной мышцы — мышечного волокна — позволяет не только утилизировать поступающую энергию, но и производить и накапливать ее. Получив энергию в виде полуфабрикатов — молекул питательных веществ,— мышечные клетки, проведя ряд окислительных реакций, синтезируют высокоэнергетическое вещество —аденозинтрифосфат (АТФ), расщепление которого в дальнейшем и позволяет получить энергию, так необходимую для каждого сокращения мышц.

Из этого рассуждения напрашиваются два важных вывода:

1. Раз сама мышца служит одновременно двигателем, реактором и аккумулятором, гибель мышечных волокон приведет не только к уменьшению работоспособности мышцы, но и к снижению ее энергообеспечения.

2. Любая патология, приводящая к гибели мышечных волокон, в первую очередь скажется на системах энергообеспечения сердца.

В комнате полутьма. Еле слышно посапывает за стеной вакуумный насос, ровно гудят трансформаторы. На серебристо-голубом экране электронного микроскопа сложное переплетение теней и линий. Так выглядит сердечная мышца при увеличении в 21 тысячу раз. То, что мы видим, даже не целое мышечное волокно, а лишь часть его. В поле зрения — несколько полуовальных по форме образований, имеющих двухконтурную оболочку. Внутренний слой оболочки ветвится, давая многочисленные выступы. Это митохондрии, каждая из них имеет в длину около 15000 ангстрем*, при среднем диаметре (объемное изображение митохондрии, как это видно на рис. 13, похоже на «колбаску»)—500 ангстрем. Их много, очень много в каждом мышечном волокне. Их много — и они незаменимы, ведь перед нами «энергетические подстанции» сердечной мышцы. Именно здесь, на выступах (кристах) внутренней оболочки митохондрий, по всей площади внутренней мембраны при непосредственном участии входящих в ее состав молекул непрерывно идет сложнейший процесс образования АТФ — основного «топлива» сердечной мышцы.

Выключен электронный микроскоп, а в бачке-кассете отмываются отснятые и проявленные негативы. Завтра на стол исследователя лягут готовые фотоснимки (рис. 14 и 15).

Вот два из них. Не надо быть специалистом, чтобы обнаружить различия между ними. Хотя на втором снимке митохонд-

Рис. 13. Схема строения митохондрий (а) и ее внутренних мембран (б) по А. Ленинжеру

Рис. 14. Электронограмма здорового сердца:

«-митохондрии; Ф - миофибриллы; Л - лизосомы. Далее обозначения те же

Рис. 15. Электронограмма сердца экспериментального животного, перенесшего дифтерийную интоксикацию рии несколько увеличены в размерах, но число их выступов-крист значительно меньше. Некоторые кристы имеют дугообразную форму. Многие из них разрушены. Болезнь прицельно ударила по самому сокровенному — по энергетическим подстанциям сердца, по митохондриям мышечных волокон.

Один снимок, другой, третий. Они очень похожи: почти одинаково уменьшено число митохондрий, однообразны повреждения оставшихся. Это очень важно — одинаковые повреждения при совершенно различных заболеваниях. Ведь первый снимок—-это электронограмма сердца животного, перенесшего экспериментальный инфаркт; второй — здесь поработала дифтерия: третий — базедова болезнь.

Итак, похоже что ключ найден! Обнаружено основное звено биологической цепи, на которое направляется острие почти каждого патологического процесса, развивающегося в сердечной мышце. Но ведь это означает, что многие заболевания можно описать количественно, переведя грозные латинские термины на сухой язык цифр и формул. Означает, что математикой можно проверить патологию!

С помощью методов морфометрии (способ измерения микрообъектов) можно по фотографии или непосредственно на экране электронного микроскопа сосчитать число крист в каждой из 28 митохондрий, вычислить их площадь. Из полученных цифр можно построить формулы, объективно оценивающие энергопродуктивную способность этих клеточных органелл. После долгих поисков и многих неудач был найден параметр, достаточно достоверно характеризующий состояние энергообразующих систем сердечной мышцы. Его назвали коэффициентом энергетической эффективности митохондрий (К.ЭЭМ). Он довольно прост и представляет собой произведение суммы крист на сумму площадей митохондрий, приходящихся на единицу площади среза мышечной клетки сердца. Показатель этот относительный. Его среднее значение, полученное в результате подсчета многих и многих электронограмм здорового сердца, принято за 100 процентов. У больного сердца он всегда меньше.

После еще более долгих поисков был найден и другой параметр, в свою очередь характеризующий энергетический дефицит больного сердца по сравнению со здоровым. Формула для определения энергетического дефицита (ЭД) куда сложнее. В нее вошли такие связанные определенными зависимостями показатели, как частота сокращений сердца, продолжительность диастолы, давление внутри желудочков до и во время пережатия аорты. Вошли именно те параметры, которые могут быть получены непосредственно на живом, работающем сердце. И самое главное — изменение ЭД находится в строгом соответствии с изменением КЭЭМ. Круг замкнулся. Через электронно-микроскопическую лабораторию и стол математика мы вновь вернулись в операционную, вновь пришли к эксперименту. Но пришли, имея в запасе способ расчета энергетического дефицита сердца,— способ, позволяющий с математической точностью определить изменения, происходящие в больном сердце.

Общая теория сердечной патологии находится в процессе ее формирования. Для этого уже многое сделано, но и многое предстоит еще познать клиницистам и экспериментаторам. Однако уже сейчас мы знаем, что происходит в любом больном сердце, независимо от того, какова причина его заболевания. Вот они — этапы борьбы сердца, пораженного недугом, за свое существование.

Болезнь, как правило, губит мышечные волокна. Но оставшиеся должны выполнять прежнюю работу — этого требует взрослый .или, что еще неприятнее, растущий, развивающийся организм. Если повреждение было незначительным, дополнительный рост мышечной ткани сердца (его «гипертрофия») может надолго компенсировать поражение. Но если повреждающий агент вывел из строя значительную часть мышцы, больное сердце вступает на трагический путь циклических и на определенной стадии — необратимых изменений. Гибель.мышечных волокон вызывает не только дефицит функции (недостаточность работы сердца как насоса), но и расстройство энергетических систем. (Вспомните — мышечное волокно: реактор и аккумулятор энергии!) Нехватка энергии еще более перегружает энергетические подстанции — митохондрии здоровых пока волокон Перенапряжение не проходит даром — в .результате гибель, раз рушение митохондрий, и вследствие этого новое снижение энер гетического уровня. Спираль закручивается все стремительна и стремительнее. И на каком-то уровне ее бешеное вращение обязательно будет перечеркнуто резким звуком сирены «скорой помощи». К сожалению, такое сердце вылечить уже невозможно. Ему можно только временно помочь справиться с бедой. Лечить надо раньше — там, где витки патологического цикла широки и плавны, где их еще можно разорвать.

Теплая летняя ночь опускалась на засыпающую Москву. Мы уходили из лаборатории, чтобы завтра снова вернуться к приборам, микроскопу, операционному столу и компьютеру. Борьба не кончается, а с болезнью не заключают перемирия. Словно подтверждая это, мимо нас пронеслась белая машина с тревожной мигающей лампочкой на крыше...

Странная органелла

Если верить Лескову, то для наших предков предел экспериментальной тонкости и точности являла собой ковка блох. Наивные предки! Тульский Левша лопнул бы от зависти, зайди он в эту лабораторию. Здесь на специальном приборе — ультрамикротоме, изготовляют срезы объектов для их последующего исследования в электронном микроскопе.

Бедная блоха! Для изучения ее строения с помощью электронного микроскопа ультрамикротом смог бы нарезать 8— 10 тысяч блошиных ломтиков! Ведь толщина каждого из них— десятые доли микрона.

Срезы получены (нет, конечно, не блохи, а сердечной мышцы экспериментального животного). Срезы размещают на специальных подставках — микросеточках — и один за другим закладывают в электронный микроскоп. Снимок, другой, третий... и перед нами лизоеомы (рис. 16). Круглой или неправильной яйцевидной формы, они отчетливо выделяются среди других клеточных структур своей «чернотой». Такое свойство лизосом довольно легко нашло объяснение — в них много атомов железа, которые, как известно, плохо проницаемы для потока электронов в электронном микроскопе. Но «странность» лизосом на этом только начинается. Биохимические исследования показали? в каждой из этих крошечных частиц клетки (диаметр лизосом колеблется от 0,2 до 2,0 микрон) содержится до 36 ферментов — целая их фабрика!

Пересчитать все ферменты лизосом и определить назначение каждого из них было, естественно, очень нелегко. Для упрощения операции биологи были вынуждены прибегнуть к услугам еще одного замечательного прибора, название которого также начинается с приставки «ультра». 30

Рис. 16. Электронограмма сердца (пояснения в тексте)

Задача препаративной ультрацентрифуги предельно проста: используя центробежную силу, увеличить в десятки, сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз вес определенного объекта. В нашем мире земного тяготения все имеет вес, в том числе и клетки различных организмов и даже отдельные части клетки—оболочка, ядро, всевозможные органеллы. А раз так, то с помощью ультрацентрифуги мы можем собрать вместе, в осадке— центрифугате — одинаковые по весу «осколки» клеток. Это значит получить возможность провести биохимический анализ, изучить свойства не отдельной крошечной органеллы, а целой фракции их, что, безусловно, проще и удобнее.

Итак, благодаря ультрацентрифуге биохимики установили состав лизосом. Мало того, этому прибору биологи обязаны и открытием самих частиц. В 1949 г. бельгийский ученый Дюв выделил фракцию клеточных органелл — митохондрий, которые, как это читателям теперь уже известно, отвечают за снабжение клетки энергией. Поставив полученный центрифугат "в холодильник, Дюв через несколько дней с изумлением обнаружил, что большая часть его погибла, растворенная, переваренная непонятно откуда взявшимися ферментами.

Первоначальное предположение о том, что митохондрии «покончили жизнь самоубийством», расщепив себя своими собственными ферментами, быстро отпало — таких ферментов в М-хондриях содержаться не могло. Напрашивалось только одн объяснение: вместе с митохондриями в центрифугате оказалис! и другие частицы, относительно близкие по весу к митохондри] ям, но в отличие от них обладающие мощной ферментативное активностью. Тогда и было предсказано открытие странной, все растворяющей клеточной частицы, которая впоследствии гголу чила звучное и даже красивое имя «лизосома» (буквально-растворяющее тельце).

Получив манящий сигнал, биологи «вышли на охоту». Шест* лет их попытки были безуспешны, и только в 1955 г. дизосом! были найдены на электронно-микроскопических снимках все тем же Дювом. Так началась история изучения лизосом, частиц] которые служат настоящими фабриками ферментов.

Ферменты лизосом способны расщепить любые химически* соединения, входящие в состав клетки.

Внимание! Авторы просят еще раз перечитать последнюю] фразу: ферменты лизосом способны расщеплять любые химиче-1 ские соединения, входящие в состав клетки. И, значит, лизосо-1 мы — истинные «владыки» клетки, почти неограниченные рас-] порядители ее жизни и смерти!

В самом деле, живая клетка постоянно получает из окружающей ее среды необходимые для жизни вещества. Чтобы усво- j ять эти вещества, их прежде всего надо расщепить. Здесь фер- менты лизосом — друзья, помощники. Следовательно, без них1 невозможна жизнь. Но эти же ферменты способны расщеплять, переваривать и живое вещество самой клетки. И тогда термин «расщеплять» становится синонимом смерти. Все как в старой мудрой сказке. Только роль чудесного пузырька с живою или мертвою водой играют лизосомы и заключенные в них ферменты. Когда клетка жива и здорова, она планомерно, спокойно расходует ферменты лизосом, неторопливо проникающие через ее мембрану. Но вот организм поразила болезнь. Под ее маской могут выступать самые разные явления: токсины микробов, некоторые вредные для организма вещества, наконец, просто недостаток кислорода. Если болезнь зашла слишком далеко, проницаемость мембраны лизосом под ее действием резко меняется. Ферменты безудержной рекой устремляются из лизосом в протоплазму, расщепляя, уничтожая, сжигая все на своем пути. Гибнет клетка, гибнут клетки, орган и даже организм.

И все же это не означает, что в жизни клетки лизосомы играют только две диаметрально противоположные роли: «злодея» и «героя-спасителя». Отнюдь нет. Как между белым и черным цветами есть целый ряд переходных оттенков, так и функции лизосом многолики и не ограничиваются лишь созиданием или разрушением. На сцене жизни лизосомы выступают в личине своеобразно Фигаро: они везде успевают, во всем участвуют, и практически ни один внутриклеточный процесс или механизм обходятся без их непременной помощи. Вот несколько при- известно, жизнь невозможна без регулируемого обмена егдеств. В процессе обмена веществ, или как говорят биологи, процессе внутриклеточного метаболизма образуется множество отходов — ненужных или даже вредных для клетки продуктов Естественно, их надо удалить, выбросить за клеточный по-рог' И лизосомы тут как тут. Подобравшись к «куче мусора», они' вовлекают намеченную жертву в так называемую пищева-Кительную вакуоль, где ферменты лизосом быстро с нею рас-Кравляются. Появившиеся в результате переваривания «отходы ютходов» выбрасываются в межклеточную среду.

Самое интересное, что именно так поступают и лизосомы лейкоцитов человека и животных с вредными веществами (мик-Ьобами, остатками погибших тканей), поглощенными в свою очередь самими лейкоцитами. Ни дать ни взять, эдакая биоло-[ическая «матрешка» — фагоцит в фагоците! Поистине жизнь I] эволюция неисчерпаемы на выдумки.

К сожалению, далеко не все клетки организмов высших жи-Ьотных способны выделять из себя уже упомянутые выше «от-роды отходов». Накопление же конечных продуктов распада I: виде микровключений в телах лизосом ведет в конечном ито-же к старению клетки. Безусловно, старение — сложнейший био-«огический процесс, связанный с множеством факторов, но есть «нение, что репутация лизосом и здесь далеко небезупречна.

Постараемся, однако, соблюдать объективность. Грешно оби-каться на лизосомы за то, что мы старимся. Это неизбежно, и, по мнению отдельных ученых, старение начинается с самого вождения человека. И если не без помощи лизосом мы движем-Шя по этому пути, то пусть нас хотя бы утешит мысль о том, «то без их участия мы вообще не смогли бы появиться на свет.

Каждая новая жизнь, как известно, начинается с оплодотво->ения. Проникая в яйцеклетку, сперматозоид должен прежде Всего миновать ее мембрану. И именно ферменты лизосом спер-атозоида выполняют роль, ключа, отпирающего дверь в мем-ране яйцеклетки. После того как сперматозоид проникает в ту дверь, она тут же захлопывается. Захлопывается прочно и а' глухо, так как другие ферменты тех же самых лизосом уже изнутри яйцеклетки блокируют проницаемость ее мембраны.

Примеры вездесущности лизосом в биологии роста и разви-ия здоровых клеток и тканей можно было бы продолжить и алее, но вряд ли это необходимо — и так уже ясно, что мы меем дело с поразительно функционально мобильными орга-еллами. Если же организм поразила болезнь, лизосомы также не упускают инициативы из своих рук».

Биологи и медики вполне уверенно говорят сейчас о том, что лавной ареной борьбы организма с болезнью служит клетка. конечном итоге, именно здесь, на этом поле боя встречаются непримиримые противники: болезнетворные факторы и защит нке силы организма. Болезнь, как и любой другой биологи' ский процесс, подчинена диалектическим законам развит* Именно поэтому на разных стадиях болезни одни и те же точные структуры могут выполнять различные, а иногда и п[ мо противоположные функции. Это относится и к лизосомам.1

Если удар врага — болезни — по организму был мощным] внезапным, лизосомам может быть вполне уготована уча «убийц» клеток. Помните, выплеснутые в протоплазму ферм* ты лизосом не пощадят ничего на своем пути. Гибель клет в этом случае так же логична и неизбежна, как смерть главш героев в заключительном акте «Гамлета». К сожалению, на этапе даже самое активное вмешательство медицины не п{ несет положительного результата. В самом деле, попробуйте менять финал трагедии, когда яд выпит, а отравленные шпа не только скрестились, но и вонзились в участников поедиш

Но при более медленном, плавном развитии патологическс процесса лизосомы выступают в совсем другом амплуа. TeneJ им принадлежит видная роль в комплексе защитно-приспосоС тельных реакций организма, направленных против поврежда] ;щего воздействия болезни.

Давайте снова заглянем в операционную, где работают тофизиологи-экепериментаторы. Все обычно .и все знакомо: кий свет операционной лампы, белый кафель стен, блестящ ряд инструментов на столике операционной сестры. Два крем ка, две не очень сложные операции. У одного на аорту помег но небольшое металлическое кольцо—оно сузит ее диаме не более чем на одну треть. У другого — благодаря искусстве ному сосуду кровь от головы, минуя капиллярные сети, сра обрушивается на сердце.

Два кролика. Две модели различных стадий одного и тс же патологического процесса: перегрузки сердечной мышцы.

Кто сейчас не знает этих терминов: гипертоническая лезнь, порок сердца, инфаркт миокарда. Любое из этих трех болеваний заставляет пройти сердечно-сосудистую систему орг низма по тернистой дороге сопротивления и борьбы. Основн! этапы состязания сердца с болезнью хорошо известны: снача] повышение функции, усиление работоспособности и как резуЛ тат — разрастание (гипертрофия) мышцы сердца. Потом, натиск болезни не ослабевает, перегрузка, истощение, rn6ej

Но вернемся к длинноухим пациентам. Сердце первого к] лика вполне справится с несколько повышенной нагрузи Незначительное сужение аорты только повысит активность се дечной мышцы. Вызовет, как говорят врачи, ее гиперфункцв Но сердце второго... Здесь нагрузка огромная. Развитие бол ни стремительно и необратимо. От невероятного напряжен! гибнут мышечные волокна, истощаются энергетические запа Ресурсов сердца едва хватает на 6—7 суток.

Казалось бы, логика рассуждения должна привести нас] выводу о том, что в этом случае лизосомы не должны страда

Рис. 17. Электронограмма-сердца (пояснения в тексте) зт бездолья — ведь они «мусорщики» клетки. Их роль удалить этходы, частицы погибающих волокон миокарда. Но анализ )лектронограмм убеждает нас в обратном: в мышечных клетках повышенно активного сердца неожиданно их оказывается з 5—10 раз больше, чем в клетках разрушающегося. Нет, они тродолжают играть роль мусорщиков в разрушающемся серд-',е, но в первом, активно борющемся с болезнью, выступают совсем новой роли и делают это особенно энергично. Маленькие странные органеллы могут, оказывается, строить, созидать, активно бороться с болезнью...

Многие сотни опытов, бесчисленные срезы сердечной мышцы, ^осмотренные в электронном микроскопе, и... мы предлагаем вниманию читателя эти фотографии (рис. 17 и 18).

<<< Назад Содержание Дальше >>>

medbookaide.ru