Химия крови: как дисбаланс ионов влияет на сердце?

Кровь может показаться простой жидкостью, но ее химия невероятно сложна. Даже избыток или нехватка отдельных химических элементов может изменить свойства крови и повлиять на состояние сердечно-сосудистой системы. Внимание ученых из Института биохимических исследований Вирджинии (США) привлекли ионы трех элементов: калия, кальция и натрия. Они провели исследование, которое показало, как можно воздействовать на работу сердца через химический состав крови и внеклеточной жидкости.

Известно, что калий играет большую роль в регуляции сердечного ритма: разница концентрации калия на внешней и внутренней поверхности клеточной мембраны определяет способность клетки к возбуждению. Избыток его ионов во внеклеточной жидкости приводит к ослаблению сердечной мышцы, уменьшению частоты сердечных сокращений, и даже может вызвать блокаду проведения импульсов от предсердий к желудочкам вследствие отключения натриевых каналов – ключевых электрических каналов сердца.

По статистике, у каждого десятого пациента, госпитализируемого в реанимационное отделение, имеет место повышенная концентрация калия в крови, то есть гиперкалиемия. Зачастую к ней приводит нерациональное использование лекарственных препаратов, в частности – калийсберегающих диуретиков (спиронолактона), ингибиторов АПФ, нестероидных противовоспалительных средств. Увеличение концентрации калия в крови до 8-12 ммоль/л, то есть в два – три раза выше нормы, является смертельно опасным.

Ученые из Института Вирджинии постарались выяснить, какие механизмы саморегуляции запускаются в организме при нарушении баланса основных ионов. Они повысили уровень калия в крови морских свинок, а затем повысили уровень другого иона – кальция. После этого исследователи увидели, что клетки сердечной мышцы (миокарда) теснее прижимаются друг к другу. Таким способом они адаптировались к резкому скачку концентрации калия в крови.

В обычных условиях клетки миокарда передают электрические импульсы через сеть белковых мостиков, называемых щелевыми соединениями и натриевыми каналами. Эти пути позволяют положительно заряженным ионам и питательным веществам передвигаться между клетками, обеспечивая жизнедеятельность миокарда. В условиях гиперкалиемии, то есть повышенного содержания положительно заряженных ионов калия, клетки миокарда перевозбуждаются и временно блокируют сигнальные каналы. Внешне это проявляется как нарушение сердечного ритма – аритмия.

Натриевые каналы в этот момент остаются в полуоткрытом состоянии, а сердечная мышца еще сохраняет жизнеспособность, но становится не столь активной, как раньше. Прижимаясь друг к другу, клетки миокарда активируют альтернативный путь передачи импульсов – эфаптическую связь. Это вторичная форма межклеточной сигнализации, которая устраняет последствия функциональной потери натриевых каналов.

Тесный контакт позволяет клеткам ощущать тонкие электрические поля, генерируемые соседними клетками. Однако, чтобы расстояние между клетками могло сократиться, в крови должно присутствовать достаточное количество ионов кальция и натрия.

В течение восьми лет ученые из Вирджинии тестировали различные концентрации кальция и натрия для лечения электрических дефектов, связанных с высоким содержанием калия, чтобы увидеть, как отреагирует сердце. Исследователи пришли к выводу, что изменения концентрации ионов даже в небольшом диапазоне могут иметь печальные последствия или, напротив, способствовать их предотвращению. До какого-то предела организм способен адаптироваться к ионному дисбалансу, в том числе – посредством эфаптической связи, но сценарий грубых изменений химического состава крови может стать драматическим.