THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
105
ИЗУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ РОЛИ КАЛЬЦИЕВОГО ОБМЕНА И
КАЛЬЦИЕВОГО ТРАНСПОРТА В РЕГУЛЯЦИИ СОКРАТИМОСТИ
МИОКАРДА
Мадалиев Х.А.
Супхонов У.У.
Бариева М.К.
Южно-Казахстанская Медицинская Академия (ЮКМА)
Самаркандский Государственный Медицинский Университет (СамГМУ)
E-mail – mumba00@gmail.com
Абдурахманов Диёр Шукуруллаевич
Научный руководитель –, PhD, доцент кафедры «Хирургических болезней»
Самаркандского Государственного Медицинского Университета
https://doi.org/10.5281/zenodo.13836449
Аннотация.
Кальций (Ca2+) является важной сигнальной молекулой в активации
мышц и регуляции сократимости миокарда. В данной статье мы
рассмотрим роль кальциевого обмена и кальциевого транспорта в
регуляции сократимости миокарда и обсудим последние достижения в
данной
области
исследований,
механизмы,
отвечающие
за
взаимодействие кальция с мышечными белками, а также роль
кальциевого обмена в контроле концентрации кальция внутри клеток
миокарда. Далее, мы рассмотрим работы, исследующие молекулярные
механизмы кальциевого транспорта и влияние ионов кальция на
функционирование
сердца.
Наконец,
проанализируем
последние
достижения в разработке новых терапевтических подходов, направленных
на воздействие на кальциевый обмен и транспорт для лечения сердечных
заболеваний.
Ключевые слова:
кальциевый обмен, кальциевый транспорт,
миокард, сердце, сократимость миокарда.
Annotation.
Calcium (Ca2+) is an important signaling molecule in muscle activation
and regulation of myocardial contractility. In this article, we will consider the
role of calcium metabolism and calcium transport in the regulation of
myocardial contractility and discuss the latest achievements in this field of
research, the mechanisms responsible for the interaction of calcium with muscle
proteins, as well as the role of calcium metabolism in controlling the
concentration of calcium inside myocardial cells. Next, we will look at the work
investigating the molecular mechanisms of calcium transport and the effect of
THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
106
calcium ions on the functioning of the heart. Finally, we will analyze the latest
achievements in the development of new therapeutic approaches aimed at
influencing calcium metabolism and transport for the treatment of heart
diseases.
Key words:
calcium metabolism, calcium transport, myocardium, heart,
myocardial contractility.
Введение.
Сократимость миокарда, характеризующаяся способностью сердца
сокращаться и расслабляться и обеспечивать насосную функцию сердца,
является ключевым и существенным фактором для нормальной функции
сердечно-сосудистой системы. Концентрация ионов кальция внутри
клеток играет важную роль в регуляции сердечной сократимости.
Взаимодействие мышечного белка актин и миозина с ионами кальция
приводит к сокращению миокарда, а расслабление происходит при их
высвобождении. Поэтому, понимание механизмов кальциевого обмена и
кальциевого транспорта является важным для разработки новых
подходов к лечению сердечных заболеваний.
Ключевые механизмы кальциевого транспорта:
1. Sarco/Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase (SERCA) - транспортер,
который переносит кальций обратно в ЭПР после сокращения,
восстанавливая низкий уровень кальция в клетке.
2. Na+/Ca2+ exchanger (NCX) - мембранный транспортер, отвечающий за
выведение избыточного кальция из клетки.
3. Voltage-gated L-type calcium channels - мембранные каналы, через
которые кальций попадает в клетку в ответ на деполяризацию мембраны.
Кальций играет важную роль в регуляции сократимости миокарда, что
является основой для нормального функционирования сердечной мышцы.
Ионы кальция участвуют в ряде биохимических процессов, которые
контролируют сократительные свойства сердечной мышцы. Они
связываются с мышечными белками, в том числе тропонином С и
кальмодулином. Тропонин С регулирует взаимодействие миозина и
актина, а кальмодулин активирует киназу легких цепей миозина. Однако,
концентрация ионов кальция должна быть строго регулируемой для
поддержания нормальной работы сердца. Этот процесс осуществляется с
помощью молекул эндоплазматический ретикулума (ЭПР) – рианодина и
серкарина. Рианодин регулирует высвобождение кальция из ЭПР в
цитоплазму, тогда как серкарин забирает ион кальция обратно в ЭПР. Этот
THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
107
тонкий баланс кальциевого обмена позволяет сердцу эффективно
сокращаться и расслабляться.
Возьмем в пример сократительный процесс кардиомиоцитов, а именно
какую роль выполняет кальций в этом процессе: атипичные
кардиомиоциты в синоатриальном узле генерируют импульс и он по
синапсам
попадает
в
кардиомиоцит,
затем
возникает
МПД
кардиомиоцитов, в результате деполяризации первоначально происходит
быстрый приток ионов натрия через потенциалзависимые натриевые
каналы, расположенные на сарколемме, концетрация натрия Na+ в клетке
увеличивается, а когда его концентрация в клетке увеличивается, то
увеличивается возбудимость кардиомиоцита , частичное количество
натрия начинает заходить внутрь саркоплазматического ретикулума
(депо кальция), за этим следует активация потенциалзависимых
кальциевых каналов L-типа, также внутри сарколеммы, что приводит к
небольшому, но решающему притоку ионов кальция, этот приток
приводит к связыванию кальция с рианодиновым рецептором-2 на
саркоплазматическом ретикулуме, что, в свою очередь, приводит к
большому и быстрому высвобождению кальция из цитоплазматического
ретикулума в цитоплазму (рис.1). Параллельно этому в кардиомиоцит
поступают питательные вещества по коронарным артериям (жирные
кислоты, глюкоза, КФК) которые в митохондриях преобразуются в АТФ,
этот АТФ превращается в цАМФ при воздействии на него
аденилатциклазы, цАМФ активирует протеинкиназы, например, кальций-
кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII), которая открывает
Ca2+ каналы, последующее обширное высвобождение кальция позволяет
связывать кальций с тропонином С, что приводит к дестабилизации
комплекса тропонин-тропомиозин из места связывания актин-миозин
.
Это приводит к образованию поперечных мостиков и позволяет миозину
тянуть актиновую нить, создавая напряжение и таким образом
происходит взаимодействие актина и миозина, которое приводит к
сокращению. Кроме того, в цитоплазме имеются белки, связывающие
кальций, такие как кальмодулин и кальсеквестрин. Кальмодулин может
связываться с кальцием, образуя комплекс, который может активировать
кальций/АТФазу в сарколемме и, таким образом, еще больше увеличивать
высвобождение кальция. Кальсеквестрин позволяет хранить кальций, а
также играет роль в регуляции рианодинового рецептора-2.
THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
108
Рис 1.Транспорт ионов кальция
Помимо этого именно благодаря ионам кальция при МПД кардиомиоцитов
происходит образование фазы плато-это критическая фаза, где Ca2+
играет главную роль. Во время плато кальциевые каналы типа L остаются
открытыми, и ионы Ca2+ продолжают входить в клетку. Этот приток
кальция уравновешивает выход ионов калия K+ через калиевые каналы,
что приводит к стабилизации мембранного потенциала и образованию
плато, которое помогает предотвратить преждевременное возбуждение,
приводящее в последующем к различным видам аритмий.
Каналы кальция в клетках миокарда, такие как кальциевые каналы L-типа,
играют важную роль в регуляции внутриклеточных уровней кальция и
сократимости миокарда. Кальций входит в кардиомиоциты через
кальциевые каналы L-типа при деполяризации клетки и участвует в
активации контрактильных белков.
Транспортные белки (пермеазы) регулируют выведение кальция из
клетки и его возвращение во внутриклеточные пространства после
окончания сокращения мышцы, обеспечивая точную регуляцию уровня
кальция в клетке и определяя силу и скорость сокращения. Нарушения
кальциевого обмена и транспорта могут привести к дисфункции сердца,
таким как аритмии и сердечная недостаточность.
Дисбаланс кальциевого обмена и транспорта.
Нарушения в кальциевом обмене и транспорте могут возникнуть из-за
генетических мутаций, воздействия токсичных веществ или заболеваний
сердца. Например, мутация в гене рианодина может привести к
чрезмерному высвобождению кальция из ЭПР, что вызывает сердечные
аритмии. Также, ухудшение функции кальциевых насосов в сердце может
THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
109
привести к нарушениям сократимости миокарда и развитию сердечной
недостаточности.
Последние достижения.
Последние исследования подтверждают, что дисрегуляция кальциевого
обмена и кальциевого транспорта может привести к сердечной
недостаточности, аритмиям и другим сердечным заболеваниям. Новые
исследования
также
привели
к
разработке
инновационных
терапевтических подходов, направленных на нормализацию кальциевого
обмена и транспорта для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.
Некоторые из примеров включают экспериментальные лекарственные
препараты, которые специфически воздействуют на молекулярные
компоненты кальциевого обмена и транспорта.
Заключение.
Кальциевый обмен и транспорт играют важную роль в регуляции
сократимости миокарда через свое воздействие на биохимические
процессы в кардиомиоцитах. Нарушения в этих процессах могут привести
к серьезным сердечным заболеваниям. Лучшее понимание молекулярных
механизмов кальциевого обмена и транспорта является ключевым
фактором для дальнейших исследований новых и более эффективных
стратегий лечения в этой области, к разработке новых фармакологических
средств, которые будут направлены на нормализацию кальциевого обмена
и улучшение функции сердца
Литература:
1.
Дегтярев, В. П. Нормальная физиология : учебник / В. П. Дегтярев, Н.
Д. Сорокина. — Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2019. — 480 с. — ISBN 978-5-9704-
5130-4.
2.
Майлян Д.Э., Коломиец В.В. Роль дисметаболизма кальция в
патогенезе
сердечно-сосудистых
заболеваний.
Российский
кардиологический журнал. 2019; 9: 78–85. DOI:10.15829/1560-4071-2019-
9-78-85. Ярилин А.А. Иммунология. М.: Гэотар-Медиа, 2010: 615–617
3.
Нормальная физиология : учебник / В. Б. Брин [и др.] ; ред. Б. И.
Ткаченко. — 3-е изд., испр. и доп. — Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2016. — 688 с.
— ISBN 978-59704-3664-6.
4.
Ноздрачев, А. Д. Нормальная физиология : учебник / А. Д. Ноздрачев,
П. М. Маслюков. — Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2021. — 1088 с. — ISBN 978-5-
9704-5974-4.
5.
Физиология : учебник для студентов лечебного и педиатрического
факультетов / под ред. В. М. Смирнова, Д. С. Свешникова, Е. А. Умрюхина. —
THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF
PEDAGOGICAL SCIENCES
International scientific-online conference
110
6-е изд., испр. и доп. – Москва : Медицинское информационное агентство,
2019. — 520 с. — ISBN 978-5-9986-0352-5.
6.
Холл, Д. Э. Медицинская физиология по Гайтону и Холлу : пер. с англ.
/ Д. Э. Холл. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Логосфера, 2018. — 1328 с.
7.
Blaine J., Chonchol M., Levi M. Renal control of calcium, phosphate, and
magnesium homeostasis. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2015; 10 (7): 1257–1272.
DOI:10.2215/CJN.09750913.
8.
Schaub M.C., Heizmann C.W. Calcium in health and disease. In: Kretsinger
R.H., Uversky V.N., Permyakov E.A.(eds). Encyclopedia of metalloproteins.
Springer, New York, 2013: 478–484. DOI: 10.1007/978-1-4614-1533-6.
