Vaskuläre glatte Muskulatur und Gefäßtonus

Vaskuläre glatte Muskelzellen bilden die Muskelschicht von Arterien und Venen, und ihre anhaltende partielle Kontraktion – der Gefäßtonus – bestimmt das Kaliber des Gefäßes und somit den Strömungswiderstand und die Blutverteilung. Im Gegensatz zu den kurzen Zuckungen der Skelettmuskulatur führt die vaskuläre glatte Muskulatur abgestufte, ökonomische Kontraktionen über lange Zeiträume unter kombinierter neuraler, hormoneller, endothelialer und lokaler metabolischer Kontrolle aus.

Definition

Vaskuläre glatte Muskulatur ist die unwillkürliche Muskulatur der Gefäßwand, deren abgestufte, anhaltende Kontraktion (Gefäßtonus) den Gefäßdurchmesser reguliert; Gefäßtonus ist der Grad der Konstriktion, der im Verhältnis zum vollständig entspannten Zustand aufrechterhalten wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die kontraktile Maschinerie der vaskulären glatten Muskulatur, die kalziumabhängigen und kalziumsensibilisierenden Signalwege, die Kontraktion und Relaxation regulieren, die Aufrechterhaltung des Ruhetonus (Basaltonus) und die Plastizität des Phänotyps der glatten Muskulatur. Spezifische vasodilatorische oder vasokonstriktorische Medikamentenregime werden nicht behandelt.

Core questions

• Wie löst und reguliert Kalzium die Kontraktion der vaskulären glatten Muskulatur?
• Was ist Kalziumsensibilisierung und wie erhält sie den Tonus ökonomisch aufrecht?
• Wie stellen neurale, hormonelle, endotheliale und metabolische Signale den Ruhetonus ein?
• Wie wechselt der Phänotyp der glatten Muskulatur zwischen kontraktilen und synthetischen Zuständen?

Key concepts

• Myosin-Leichtketten-Phosphorylierung
• Kalzium-Calmodulin-Myosin-Leichtketten-Kinase-Signalweg
• Kalziumsensibilisierung und Myosin-Leichtketten-Phosphatase
• RhoA/Rho-Kinase-Signalübertragung
• Basaler (Ruhe-)Gefäßtonus
• Myogene Reaktion
• Wechsel zwischen kontraktilem und synthetischem Phänotyp

Key theories

Kalziumsensibilisierung des kontraktilen Apparates

Über die Erhöhung des intrazellulären Kalziums hinaus modulieren Agonisten die Empfindlichkeit der kontraktilen Maschinerie gegenüber Kalzium, indem sie die Myosin-Leichtketten-Phosphatase regulieren, hauptsächlich über den RhoA/Rho-Kinase-Signalweg, was eine anhaltende Kraft bei einem gegebenen Kalziumspiegel und eine ökonomische Aufrechterhaltung des Tonus ermöglicht.

Mechanisms

Die Kontraktion beginnt, wenn ein Anstieg des intrazellulären Kalziums Calmodulin bindet und die Myosin-Leichtketten-Kinase aktiviert, welche die regulatorische Myosin-Leichtkette phosphoryliert und das Querbrücken-Cycling ermöglicht. Die Relaxation folgt der Dephosphorylierung durch die Myosin-Leichtketten-Phosphatase. Entscheidend ist, dass Agonisten die Empfindlichkeit dieses Systems gegenüber Kalzium verändern können: Die Signalübertragung über RhoA und Rho-Kinase hemmt die Phosphatase, sodass die Kraft bei einer gegebenen Kalziumkonzentration aufrechterhalten wird – Kalziumsensibilisierung – was es den Gefäßen ermöglicht, den Tonus ökonomisch aufrechtzuerhalten (Somlyo & Somlyo, 2003; Somlyo & Somlyo, 1994; Loirand et al., 2006). Der Ruhetonus spiegelt das Gleichgewicht von konstriktorischen und dilatatorischen Einflüssen wider, einschließlich sympathischer Aktivität, zirkulierender und lokaler Mediatoren, endothelialer Signale und der myogenen Reaktion kleiner Arterien auf Druck (Mulvany & Aalkjaer, 1990). Vaskuläre glatte Muskelzellen sind auch plastisch und wechseln während des Wachstums und bei Krankheiten zwischen einem kontraktilen und einem synthetischen Phänotyp (Owens et al., 2004).

Clinical relevance

Der Gefäßtonus ist der unmittelbare Determinant des Gefäßwiderstands, und die hier beschriebenen Signalwege sind die Ziele vieler vasoaktiver Einflüsse. Dieser Eintrag erklärt die Physiologie als Referenzmaterial und beschreibt keine Medikamentendosierungen oder individualisierten Behandlungen.

Evidence & guidelines

Die Mechanismen der Kontraktion und Kalziumsensibilisierung basieren auf der klassischen Physiologie der glatten Muskulatur (Somlyo & Somlyo, 1994, 2003) und auf Übersichtsartikeln zur Rho-Kinase-Signalübertragung (Loirand et al., 2006); die Phänotypplastizität wird in Owens et al. (2004) synthetisiert, und die Struktur-Funktion kleiner Arterien in Mulvany & Aalkjaer (1990).

History

Die frühe Physiologie der glatten Muskulatur etablierte die kalzium-calmodulin-abhängige Myosin-Leichtketten-Phosphorylierung als kontraktilen Auslöser. Die Erkenntnis in den 1990er Jahren, dass Agonisten auch die Kalziumempfindlichkeit über die Myosinphosphatase modulieren, und die spätere Identifizierung des RhoA/Rho-Kinase-Signalwegs, veränderten das Verständnis, wie der anhaltende Gefäßtonus aufrechterhalten wird (Somlyo & Somlyo, 1994, 2003; Loirand et al., 2006). Parallel dazu wurde festgestellt, dass vaskuläre glatte Muskelzellen nicht terminal fixiert sind, sondern ihren Phänotyp während der Entwicklung und bei Krankheiten wechseln (Owens et al., 2004).

Key figures

• Andrew P. Somlyo
• Avril V. Somlyo
• Gary K. Owens
• Michael J. Mulvany

Seminal works

• somlyo-somlyo-2003
• owens-2004
• mulvany-aalkjaer-1990

Frequently asked questions

Was ist Gefäßtonus?

Es ist der Grad der anhaltenden partiellen Kontraktion, den die vaskuläre glatte Muskulatur aufrechterhält, der den Gefäßdurchmesser im Verhältnis zu seinem vollständig entspannten Zustand und somit seinen Strömungswiderstand bestimmt.

Was ist Kalziumsensibilisierung?

Es ist der Prozess, bei dem Signalwege die Reaktion der kontraktilen Maschinerie auf eine gegebene Menge Kalzium erhöhen, hauptsächlich durch Hemmung der Myosin-Leichtketten-Phosphatase, wodurch der Tonus ökonomisch aufrechterhalten werden kann.