СЕМІНАР №5

2. Адаптивна роль процесів гліколізу у стійкості організму до гіпоксичної гіпоксії

Енергетичний обмін займає одне з центральних місць в метаболізмі клітини. Саме енергетичний метаболізм може виступати як вирішальний фактор, який визначає напрям і характер різноманітних фізіологічних процесів та окремих ланок внутрішньоклітинного обміну.

Першим механізмом забезпечення протобіонтів енергією в безкисневій атмосфері Землі був гліколіз. В процесі гліколізу органічні речовини розкладаються на більш прості сполуки, які виводяться назовні. При цьому утворюється енергія, необхідна для функціональної діяльності мікроорганізмів. В такому варіанті процеси гліколізу збереглись у облігатних мікроорганізмів.

Близько двох мільйонів років тому відбулась зміна земної атмосфери – вона стала кисневою. Зі зміною атмосфери змінився й обмін речовин - анаеробний обмін змінився на аеробний.

Гліколіз - перший етап розкладання глюкози до молочної кислоти в процесі тканинного дихання, після якого настає окиснення проміжних продуктів. Гліколіз складається з послідовних багатоступеневих ферментативних реакцій. Як перший етап дихання, він є основним життєво необхідним енергетичним процесом, який властивий для кожної клітини, тканини, органу. Під час цих процесів в клітині накопичується енергія у формі макроергічних фосфатів, які є доступними для використання клітиною.

Використання клітиною анаеробного механізму забезпечення енергією робить її незалежною від постачання киснем і, можливо, менш чутливою до різноманітних пошкоджуючих факторів.

Крім анаеробного розкладання глюкози з утворенням енергії для діяльності клітини існує аеробний гліколіз, який проходить в присутності кисню. Аеробний процес менш інтенсивний, ніж анаеробний, оскільки кисень гальмує активність процесу. Цей феномем – прямий ефект Пастера, властивий для більшості тканин в нормальних фізіологічних умовах.

В умовах патології, при гострій гіпоксії, при старінні, отруєнні отрутами, в злоякісних пухлинах порушується співвідношення між аеробним і анаеробним процесами в клітині. В таких умовах аеробний гліколіз починає переважати над анаеробним.

Особлива роль анаеробних процесів в тканинах виявляється в умовах кисневої нестачі, коли організм мобілізує всі можливі шляхи при отриманні багатих енергією макроергічних фосфатів. Можливість використання економічно малоефективного процесу гліколізу в ролі резервного механізму і забезпечує переживання клітини в екстремальних умовах існування.

Крім вираженої енергетичної цінності для організму, процеси анаеробного гліколізу в еритроцитах людини, більшості ссавців, птахів, риб, амфібій відіграють важливу роль в киснево-транспортній функції гемоглобіну. Цей зв'язок реалізується через 2,3 – дифосфогліцерат (ДФГ) і АТФ – основні компоненти енергетичного обміну еритроцитів і здатні приєднатись до гемоглобіну, знижуючи при цьому його спорідненість до кисню.

2,3 – дифосфогліцерат має особливе значення, оскільки він володіє найбільшою активністю дії і в високій концентрації (5мкмоль/л) міститься лише в еритроцитах. Відіграє центральну роль в метаболізмі еритроцитів.

Підвищення концентрації 2,3 – дифосфогліцерату в еритроцитах зменшує спорідненість гемоглобіну до кисню. Теоретично це означає, що ускладнюється насичення гемоглобіну киснем і полегшується віддача кисню.

Адаптація до гіпоксії в горах пов'язана зі збільшенням концентрації ДФГ в еритроцитах, зі зниженням спорідненості гемоглобіну до кисню. У людей при акліматизації до гіпоксії спостерігається індивідуальна варіабельність вмісту 2,3 – ДФГ в еритроцитах.

3. Особливості процесів окиснення і гліколізу в тканинах мозку, міокарду, скелетного м'язу.

Основні шляхи вивільнення та використання енергії універсальні. Однак нервові клітини, м'язові та міокардіальні волокна мають суттєві відмінності в багатьох механізмах перетворення енергії та регулювання енергетичних процесів.

Міокард може існувати за рахунок процесів окиснення, які відбуваються в мітохондріях. В головному мозку гліколіз і ЦТК – два незалежних процеси, але вони часто проходять синхронно, тому кінцевий продукт гліколізу – молочна кислота – в анаеробних умовах може піддаватись окисненню в ЦТК.

Скелетні м’язи вищих тварин містять два типи скоротливих волокон: червоні волокна, які отримують енергію переважно за рахунок окисних реакцій ЦТК і мають здатність до менш потужних, але більш тривалих навантажень, і білі волокна, які отримують енергію за рахунок гліколізу, тому здатні до більш потужних, але менш тривалих навантажень.

Серце, нирки, скелетні м’язи потребують глюкозу, але особливо вона необхідна нервовим клітинам.

Наприклад, головний мозок, маса якого становить лише 2% від маси тіла, використовує 20% глюкози, яка надходить у кров. Глюкоза у вигляді резервного вуглеводу – глікогену відкладається в незначній кількості в клітинах головного мозку. Глікоген в головному мозку не інертна речовина, незважаючи на його низький вміст, глікоген відіграє важливу роль у вуглеводному обміні мозку.

Головний мозок найбільш чутливий до нестачі кисню. Використання кисню мозком в 20 разів більше, ніж м’язу в стані спокою. Головний мозок використовує 1/5 частину всього кисню, який міститься в крові, і 25% цієї кількості йде лише на окиснення глюкози. Ось чому нестача кисню в повітрі в першу чергу викликає гіпоксію мозку, що одразу ж порушує енергетичні процеси в тканинах.

Інша особливість обміну мозку – мітохондрії нервової тканини можуть здійснювати як гліколіз, так і окиснення, на відміну від мітохондрій нирок і печінки.

Ще одна особливість обміну речовин в мозку: в нервових клітинах 40% загальної енергії, яка отримується при окисному фосфорилюванні і під час гліколізу, йде на потреби активного транспорту глюкози, тоді як в еритроцитах ця кількість становить лише 12%.

В тканині міокарду і в скелетних м’язах процеси метаболізму також мають ряд особливостей. Основною особливістю метаболізму міокарду є високий рівень використання кисню порівняно з іншими тканинами. Дуже важлива здатність міокарду використовувати в процесі утворення енергії різні субстрати окиснення (глюкоза, молочна кислота, ПВК, жирні кислоти). Міокард не лише поглинає молочну кислоту, але й використовує її в якості субстратів окиснення. Це є характерною особливістю серцевого м’язу на відміну від скелетного, який при роботі не використовує, а віддає молочну кислоту в кров. Використання лактату міокардом залежить від вмісту молочної кислоти і глюкози в крові, від скоротливої активності міокарду, від постачання серця киснем і від швидкості коронарного кровообігу.