Ю. В. Постнов, Л. Е. Бакеева, В. Г. Цыпленкова, А. Ю. Постнов

Российский кардиологический научно-производственный комплекс Минздрава Российской Федерации,

Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

В начало...

На протяжении всего отрезка онтогенеза, прослеженного в настоящем исследовании, с момента рождения в кардиомиоцитах можно выделить две популяции, имеющие, по-видимому, различный путь развития: основную популяцию, изменения в ультраструктуре которой ограничиваются умеренным набуханием - просветлением матрикса, увеличением общего объема с изменением (округлением) формы митохондрий; другая, менее многочисленная популяция митохондрий, существенно отличаясь по выраженности изменений ультраструктуры, проходит путь развития от обычных по размерам септированных митохондрий в кардиомиоцитах новорожденных до мегамитохондрий в более позднем возрасте.

Механизм и причины образования септированных митохондрий, как и патофизиологическое значение этого феномена, неизвестны. Показанное в нашем исследовании превращение септированных митохондрий в мегамитохондрии внешне напоминает процесс ретенции, вызванной нарушением транспорта метаболитов между внутренним пространством митохондрий и цитоплазмой кардиомиоцита.

Функциональное значение изменений ультраструктуры основной популяции митохондрий можно объяснить на основе параллельных биохимических и цитологических исследований взаимосвязи структуры и функции этих органелл. По морфологическим характеристикам изменения ультраструктуры митохондрий в кардиомиоцитах крыс со спонтанной гипертензией соответствуют структуре митохондриальных препаратов при регистрации разобщения окисления и фосфорилирования. Подобные изменения структуры митохондрий показаны на изолированной диафрагме, а также в кусочках миокарда, инкубированных в присутствии 40 мкмоль 2,4-динитрофенола (концентрация, вызывающая разобщение процессов окисления и фосфорилирования). Кроме этого, в условиях in vivo при холодовом разобщении окисления и фосфорилирования морфология митохондрий скелетной мышцы претерпевает такие же изменения ультраструктурных параметров митохондрий, как и в нашем исследовании [13, 14].

В пользу подобной интерпретации физиологического значения выявленных нами изменений свидетельствуют данные о резком усилении способности митохондрий, выделенных из ткани сердца крыс SHR, аккумулировать Ca²⁺ из среды инкубации, содержащей этот ион в пределах от 3 до 30 мкмоль (рис.7) [15]. Известно, что аккумуляция Ca²⁺ митохондриями и синтез в них АТФ - два альтернативных процесса, сопряженных с переносом электронов. Усиление Ca-аккумулирующей способности митохондрий означает сокращение в них синтеза АТФ, что, по-видимому, и происходит в кардиомиоцитах у крыс со спонтанной гипертензией уже с момента рождения, т.е. до развиия гипертензии, находя подтверждение в исследованиях, регистрирующих нарушения энергетического обмена в сердце при этой форме первичной гипертензии [2-4]. Можно предполагать, что снижение способности митохондрильного аппарата кардиомиоцитов синтезировать АТФ является как основной причиной самого феномена концентрической гипертрофии левого желудочка сердца [15], так и причиной резкого изменения у крыс SHR характера потребляемого миокардом "топлива" (энергоносителя), а именно снижения утилизации миокардом жирных кислот и увеличения потребления глюкозы [16]. Подобный сдвиг приносит миокарду энергетическую выгоду, отчасти компенсируя недостаток АТФ, поскольку потребление глюкозы вместо жирных кислот дает на 10% более АТФ на каждый 1 моль использованного миокардом кислорода [16].

Рис. 7. Зависимость Ca2+-аккумулирующей способности митохондрий миокарда крыс SHR (1) и миокарда крыс нормотензивных линий - Вистар (2) и WKY (3) - от концентрации свободного кальция. Состав среды инкубации (в мкмоль): имидазол - 40; KCl - 100; NaCl - 20; MgCl2 - 5; АТФ-4; Na2-сукцинат (pH 7,0) (адаптировано по С.Н. Орлову, Н.И. Покудину, Ю.В. Постнову [15]).

Нарушение продукции АТФ в митохондриях кардиомиоцитов в соответствии с механизмом, рассмотренным выше, - по-видимому, не изолированное явление, а происходит и в других тканях у крыс SHR, приобретая генерализованный характер. В клетках жировой ткани (адипоцитах) спонтанно гипертензивных крыс линии SHR, в частности, было выявлено более чем 1,5-кратное увеличение митохондриального пула кальция [17, 18] и отмечено резкое повышение способности митохондрий аккумулировать кальций [19], что означает подавление образования в них АТФ.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты N 98-04-49016 и 97-04-49149).

Кардиология, N 1-2000, стр. 66-63

Литература

1. Постнов Ю.В. К истокам первичной гипертензии: подход с позиций биоэнергетики. Кардиология 1998;12:41-48.

2. Писаренко О.Н., Студнева И.М., Постнов А.Ю. Особенности энергетического состояния тканей при спонтанной гипертензии крыс (SHR). Кардиология 1998;12:37-40.

3. Pisarenko O.I., Studneva I.M., Postnov A.Y., Postnov Y.V. Alteration of cellular energy state in tissues of spontaneously hypertensive rats. European Meeting on Hypertension, 9-th:Abstracts. Milan 1999;105-106.

4. Jalicks L.A., Gupta R.K. Intracellular free magnesium and high energy phosphates in the perfuses normotensive and spontaneously hypertensive rat heart - a 31P NMR study. Am J Hypertension 1991;4:131-136.

5. Obata H., Tanaka H., Haneda T. Responce of isolated perfused heart to ischemia after long-term treatment of spontaneously hypertensive rats with diltiazem. Jpn Circ J 1990;54:89-99.

6. Torii M., Ito H. Some enzyme characteristics of spontaneously hypertensive rats myocardium. Jpn Circ J 1990;54:688-694.

7. Goto Y., Yoshikane H., Honda M. et al. Three-dimensional observation on sarcoplasmic reticulum and caveolae in myo-cardium of spontaneously hypertensive rats. J Submicrosc Cy-tol Pathol 1990;22:535-542.

8. Campbell C.L., Thorsness P.E. Escape of mitochondrial DNA to the nucleus in yme 1 yeast is mediated by vacuolar dependent turnover of abnormal mitochondrial compartments. J Cell Sci 1998;111:2455-2464.

9. Bakeeva L.E., Chentsov Y.S., Skulachev V. Intermitochondrial contacts in myocardiocytes. J Mol Cell Cardiol 1983;15:413- 420.

10. Судариков Ю.В., Бакеева Л.Е., Цыпленкова В.Г. Ультраструктура митохондриального ретикулума кардиомиоцитов человека при алкогольной кардиомиопатии. Биохимия 1997;62:1155-1170.

11. Cutilleta A.F., Benjamin M., Culpepper W.S., Oparil S. Myocar-dial hypertrophy and ventricular performance in the absence of hypertension in spontaneously hypertensive rats. J Mol Cell Cardiol 1978;10:689-703.

12. Petrukhina V.A., Zaretsky D.V., Postnov A.J. et al. Vectrocardio-graphic investigation of SHR Х WKY intercross F₂hybrids. European Meeting on Hypertension, 9-th:Abstracts. Milan 1999;271.

13. Бакеева Л.Е., Ясайтис А.А. Изменения структуры митохондрий в ответ на функциональные воздействия. В кн.: Митохондрии. Молекулярные механизмы ферментатив-ных реакций. М: Наука 1972;56-64.

14. Бакеева Л.Е., Зоров Д.Б., Мохова Е.Н. Функциональные особенности и ультраструктура митохондрий диафрагмы.Сб.: Регуляция энергетического обмена. М:Наука 1978; 103-112.

15. Орлов С.Н., Покудин Н.И., Постнов Ю.В. Caаккумулирующая способность клеточных мембран миокарда и гладкой мускулатуры крыс со спонтанной генетической гипертензией. Кардиология 1980;2:94-100.

16. Christe M.E., Rodgers R.L. Altered Glucose and Fatty Acid Oxidation in Hearts of the Spontaneously Hypertensive Rat. J Mol Cell Cardiol 1994;26:1371-1375.

17. Postnov Y.V., Orlov S.N. Features of intracellular calcium distribution in the adipose tissue of spontaneously hypertensive rats (SHR). Experientia 1979;35:1480-1481.

18. Postnov Y.V., Orlov S.N., Pokudin N.I. Alteration of the Intracellular Calcium pool of Adi pose Tissue in Spontaneously Hypertensive Rats: No Effect of Peripheral Immunosympa-thectomy. Pflьgers Arch 1981;390:256-259.

19. Постнов Ю.В., Орлов С.Н., Покудин Н.И. Данные о нарушении аккумуляции и связывании кальция мембранами клеток жировой ткани у крыс со спонтанной гипертензией. Кардиология 1980;1:64-68.