Набухание митохондрий в первой стадии стресса (1– 12 ч опыта) является наиболее быстрой реакцией этих органелл на те требования, которые предъявляются к клетке новыми условиями функционирования. Быстрая трата энергии приводит к изменению соотношения компонентов адениловой системы внутри митохондрий, что, в свою очередь, обусловливает изменение ионного баланса по обе стороны митохондриальных мембран и степень гидратации митохондрий. Поступление в них воды вызывает увеличение объема митохондрий, расправление крист и общее увеличение энергообразующей поверхности. Выработка энергии усиливается и происходит восстановление нарушенного энергетического гомеостаза клетки [160]. Следовательно, набухание митохондрий можно расценивать как показатель их гиперфункции. Если оно превышает критический уровень, выход энергии резко снижается в результате перерастяжения внутренних митохондриальных мембран и пространственного разобщения энергообразующих комплексов. Чрезмерное набухание митохондрий в фазе истощения иммобилизационного стресса (72 ч опыта) следует расценивать как переход адаптивно-приспособительной реакции, мобилизующей для контрактильных элементов миокарда дополнительные энергетические резервы, в патогенетическую, приводящую к необратимым нарушениям структурной целостности органелл и их гибели (рис. І-17).
Степень набухания митохондрий регулируется прежде всего уровнем оксигенации клетки. У стрессированных животных площадь капиллярного русла миокарда заметно снижается в начальную (1 ч – фаза тревоги) и терминальную (72 ч – фаза истощения) стадию иммобилизационного стресса. В эти же сроки на начальном и завершающем пиках содержания стресс-гормонов в крови (катехоламинов [121] и 11-ОКС [16]) в кардиомиоцитах наблюдается набухание митохондрий, особенно выраженное в фазу истощения, что указывает на аварийную гиперфункцию органелл в условиях дефицита кислорода, когда осуществляется энергообеспечение только специализированной функции сократительных клеток.
Рис. I-20. То же, что и на рис. I-16. Фаза истощения (72 ч опыта). Перегородки (клапаны) в просвете капилляра. × 71 000
Деление и регенерация митохондрий во второй стадии стресса возникают тогда, когда нагрузка, падающая на миокард, не устранена и нарастающее действие повреждающего фактора приводит к усилению морфологических изменений в миокарде. Вначале на первый план выступают явления, связанные прежде всего с восстановлением количества митохондрий в кардиомиоцитах (24 ч опыта), а затем основными становятся процессы регенерации митохондрий, утративших кристный материал (48 ч опыта). Однако при непрерывном раздражении животных это восстановление никогда не бывает полным. Даже при увеличении общего количества митохондрий и содержания в них крист в каждой отдельной митохондрии количество крист не достигает исходного уровня, что является причиной постоянной гиперфункции органелл и их ускоренного разрушения [122].
Нарастающий энергетический дефицит вызывает необходимость включения в каждый цикл функционирования кардиомиоцита все большего количества митохондрий и тем самым прогрессивно сокращается возможность их полноценной регенерации. Таким образом, несмотря на усиление процессов регенерации митохондрий, во второй стадии одновременно увеличивается и процесс изнашиваемости органелл. Эффективность генерации энергии в митохондриях отдельных кардиомиоцитов постепенно снижается, и для поддержания насосной функции сердца в каждом цикле его сокращения включается все большее количество миокардиальных клеток, в которых
при этом начинают накапливаться деструктивные изменения. Дефектное энергообеспечение увеличивает дисбаланс между деструктивными и биосинтетическими процессами, что, в свою очередь, приводит к постепенному исчезновению компенсаторно-приспособительных реакций и нарастанию изменений, обусловливающих в последующем развитие сердечной недостаточности.
Деструкция митохондрий и миофибрилл кардиомиоцитов в третьей заключительной стадии стресса – это срыв приспособительных механизмов, а прогрессивно нарастающее нарушение биоэнергетических процессов в сердце, приводящее к появлению деструктивных светлых клеток, можно рассматривать как коллапс энергетики миокарда. Энергетическое истощение лежит в основе развития и так называемого комплекса изнашивания гипертрофированного сердца [96], поскольку хроническая недообеспеченность миокардиальных элементов приводит их к гибели. На этой основе закономерно возникает сердечная недостаточность, а явления укорочения эффективного рефрактерного периода миокарда создают предпосылки для возникновения различных нарушений ритма сердца – от экстрасистолии до смертельной фибрилляции желудочков [96].
Таким образом, судя по морфологическим сдвигам ультраструктуры кардиомиоцитов, непосредственной причиной гибели животных в терминальной фазе истощающего иммобилизационного стресса, по всей вероятности, является сердечная недостаточность, развивающаяся на фоне фатальной несостоятельности энергообеспечения сердечной мышцы.
Биоэнергетика сердца. Отражением стрессорной реакции на метаболическом уровне может быть прежде всего адаптационная перестройка энергетического обмена, а именно изменение функционирования систем генерации и потребления энергии [121]. Общее представление о состоянии энергообразовательной функции митохондрий сердца при стрессе можно получить уже исходя из данных сравнительного исследования дыхания органелл с помощью стандартной полярографической техники.
Обработка полярограмм включала определение скорости дыхания митохондрий после последовательных добавок 10 мМ сукцината (V0), 100 мкМ АДФ (V3 и V4), 400 мкМ динитрофенола (V5). Рассчитывались также величины дыхательного контроля ДКл и ДКч по Ларди – Вельману (V3/V2) и по Чансу – Уильямсу (V3/V4).
Полученные результаты приведены в табл. I-1. Истощающий иммобилизационный стресс по Г. Селье [140] отчетливо повышает скорость дыхания митохондрий сердца во всех метаболических состояниях. Причем увеличение окислительной активности митохондрий сопровождается ухудшением энергетической регуляции дыхания. Динамические параметры дыхательной цепи при стрессе, например коэффициент усиления, отражающий эффективность сопряжения дыхания и фосфорилирования (ДКл), и дыхательный контроль в отрегулированном состоянии, отражающий степень восстановления энергизации митохондрий после рабочей нагрузки (ДКч), существенно снижены по сравнению с нормой, что характеризует работу органелл в режиме утомления с прогрессирующим переходом к низкоэнергетическому состоянию
[70]. Явными проявлениями низкоэнергетического сдвига в принятых условиях являются: ослабление энергетической регуляции дыхания (рост дыхания в состоянии покоя (V0) и снижение ДКл), рост дыхания в состоянии V2 и признаки повреждения митохондрий: относительное снижение окисления сукцината в активном состоянии (V3), в фазе истощения иммобилизационного стресса (72 ч), которое in vitro не устраняется глютаматом, и снижение ДКч больше, чем ДКл, во все сроки опыта.
Иммобилизационный стресс на фоне тиамина не сопровождается признаками повреждения митохондрий сердца: скорость окисления сукцината в терминальной фазе стресса (72 ч) продолжает нарастать без резкого ухудшения энергетической регуляции дыхания (имеет место относительный рост ДКл, а также одинаковое увеличение ДКл и ДКч), которое наблюдается у стрессировавшихся крыс. Скорее всего, в принятых условиях тиамин действует как антистрессор: витаминзависимое снижение амплитуды стероидогенной реакции (рис. I-1) автоматически ограничивает степень активации сукцинатдегидрогеназы стрессорными гормонами [39]. Поскольку добавка ЩУК-устраняющего субстрата (глютамата) in vitro повышает скорость окисления ЯК митохондриями, выделенными из сердца животных, получавших тиамин во все фазы стресса, здесь возможно и другое объяснение.
Таблица I-1.
Влияние тиамина (Т) на окислительную и фосфорилирующую функцию сердца крыс в динамике ИС
* Достоверные изменения – p < 0,05.
Согласно Г. Селье, существует 2 типа адаптационных механизмов – кататоксические, ответственные за активное сопротивление раздражителю, и синтоксические, обеспечивающие пассивную устойчивость и сосуществование с патогенным воздействием [312]. Примером перехода от кататоксических реакций к синтоксическим является тиаминзависимое ограничение окисления сукцината митохондриями сердца крыс (V3) в динамике истощающего иммобилизационного стресса (табл. I-1). Фактически это ограничение представляет собой синтоксическую реакцию, которая и обеспечивает сосуществование с раздражителем, повышая пассивную устойчивость за счет снижения активных реакций.
