Дело оказалось в ограничении подвижности энергетических субстратов между центрами их производства и потребления внутри клетки.
Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Альпийского университетского центра в Гренобле во Франции, университета Барселоны в Испании и клиники Мейо (США) определили новый фактор, который вызывает нарушения работы мышечного аппарата у больных с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). Статья опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta.

Этот фактор связан с ограничением подвижности энергетических субстратов между центрами их производства и потребления внутри клетки, в частности речь идет об АТФ. Оказалось, что у больных с ХОБЛ, даже при недостаточном сокращении мышц, не нарушена способность к воспроизводству АТФ, а также отмечен избыточный уровень этого источника энергии.  Для того, чтобы объяснить этот парадокс, авторы использовали представление о том, что внутриклеточный объем представляет собой разделенное на отдельные части (компартменты) пространство. По причине этого разделения внутри клетки не происходит должного перемешивания компонентов, то есть ограничивается их диффузия.

Ученые использовали данные здоровых людей и пациентов с ХОБЛ для построения пространственно-временного распределения АТФ внутри саркомера — базовой сократительной единицы. Авторы применили глубокий компьютеризованный математический анализ процессов диффузии, утилизации и воспроизводства АТФ внутри и вблизи мышечного саркомера четырехглавой мышцы бедра, во время проведения клинических стресс-тестов.

«Микроанатомическое строение саркомеров подразумевает наличие молекулярных барьеров, которые ограничивают диффузию АТФ от мест его производства в клетке к центрам его утилизации внутри саркомеров. Именно эти диффузионные барьеры провоцируют появление микроучастков истощения АТФ в саркомерах пациентов с ХОБЛ, несмотря на то, что средний уровень АТФ в клетке остается высоким и не отличается от уровня здоровых людей», — рассказал Алексей Алексеев, научный сотрудник ИТЭБ РАН и один из авторов этой работы.

По его словам, именно появление таких зон истощения АТФ приводит к отсутствию расслабления соответствующих участков сокращенных мышц, из-за чего падает сила сокращения, а также могут возникать болевые ощущения, типичные для больных ХОБЛ, связанные с микроразрывами мышечной ткани, что в свою очередь, может инициировать патологические процессы, ведущие к мышечным заболеваниям.

Кроме того, авторы исследования полагают, что ограниченная диффузия энергетических субстратов, включая АТФ, может вносить вклад в развитие и других энергодефицитных заболеваний, связанных с мышечной миопатией, ишемической болезнью сердца и сердечной недостаточностью.

Структура саркомера