جفت‌شدن تحریک-انقباض

جفت‌شدن تحریک-انقباض فرآیندی است که پتانسیل عمل الکتریکی یک سلول قلبی را به انقباض مکانیکی آن پیوند می‌دهد. در عضله قلب، واسطه اصلی کلسیم است: دپولاریزاسیون مقدار کمی کلسیم را از غشای سلولی وارد می‌کند که باعث آزاد شدن ذخیره بزرگ‌تری از کلسیم از شبکه سارکوپلاسمی می‌شود و این افزایش کلسیم درون سلولی، ماشین انقباضی را فعال می‌کند.

Definition

جفت‌شدن تحریک-انقباض در قلب، زنجیره‌ای از رویدادها است که طی آن پتانسیل عمل قلبی باعث افزایش کلسیم درون سلولی می‌شود که پروتئین‌های انقباضی را فعال می‌کند، عمدتاً از طریق ورود کلسیم از طریق کانال‌های کلسیمی نوع L که آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم را از شبکه سارکوپلاسمی تحریک می‌کند.

Scope

این مدخل توالی از دپولاریزاسیون غشا تا فعال‌سازی میوفیلامنت‌ها، نقش محوری آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم، ساختارهای درگیر (لوله‌های T، کانال‌های کلسیمی نوع L، گیرنده‌های ریانودین، شبکه سارکوپلاسمی) و مکانیسم‌هایی که کلسیم را برای استراحت بازیابی می‌کنند را پوشش می‌دهد. این یک مرجع فیزیولوژی است و به اختلال عملکرد انقباضی به عنوان یک مسئله بالینی نمی‌پردازد.

Core questions

• چگونه یک پتانسیل عمل الکتریکی منجر به انقباض عضلانی می‌شود؟
• آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم چیست؟
• کدام ساختارها و پروتئین‌ها سیگنال کلسیم را حمل می‌کنند؟
• چگونه کلسیم حذف می‌شود تا سلول بتواند استراحت کند؟

Key concepts

• آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم
• کانال‌های کلسیمی نوع L
• گیرنده‌های ریانودین
• شبکه سارکوپلاسمی و ذخیره کلسیم
• لوله‌های T و شکاف دایادی
• بازجذب کلسیم SERCA
• مبدل سدیم-کلسیم
• گذارای کلسیم

Key theories

آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم

ورود مقدار کمی کلسیم از طریق کانال‌های کلسیمی نوع L در طول پتانسیل عمل، باعث آزاد شدن بسیار بیشتر کلسیم از شبکه سارکوپلاسمی از طریق گیرنده‌های ریانودین می‌شود و سیگنالی را که انقباض را فعال می‌کند، تقویت می‌کند.

Mechanisms

هنگامی که پتانسیل عمل غشا را دپولاریزه می‌کند، کانال‌های کلسیمی نوع L وابسته به ولتاژ در لوله‌های T باز می‌شوند و اجازه می‌دهند جریان کلسیم ورودی کوچکی برقرار شود. در شکاف دایادی باریک، این کلسیم محرک، گیرنده‌های ریانودین را در شبکه سارکوپلاسمی مجاور فعال می‌کند که مقدار بسیار بیشتری از کلسیم ذخیره شده را به سیتوزول آزاد می‌کنند، فرآیندی که آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم نامیده می‌شود. گذرا کلسیمی حاصل به کلسیم اجازه می‌دهد تا به تروپونین C روی رشته‌های نازک متصل شود، مهار را برطرف کرده و چرخه پل عرضی اکتین-میوزین و انقباض را امکان‌پذیر می‌سازد. استراحت به دنبال حذف کلسیم از سیتوزول رخ می‌دهد: بیشتر آن توسط پمپ SERCA به شبکه سارکوپلاسمی بازگردانده می‌شود، در حالی که باقیمانده عمدتاً توسط مبدل سدیم-کلسیم از غشای سلولی خارج می‌شود و کلسیم استراحتی پایین را برای ضربان بعدی بازیابی می‌کند. مقدار کلسیم آزاد شده و در نتیجه قدرت انقباض، می‌تواند تعدیل شود و فعالیت الکتریکی را به خروجی مکانیکی درجه‌بندی شده پیوند دهد.

Clinical relevance

مراحل مدیریت کلسیم در جفت‌شدن تحریک-انقباض، اساس فیزیولوژی انقباض‌پذیری قلبی را تشکیل می‌دهند و چارچوبی برای درک چگونگی تنظیم نیروی انقباضی فراهم می‌کنند. این مدخل فیزیولوژی سلولی طبیعی را توصیف می‌کند و یک پیش‌زمینه آموزشی است، نه مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی.

History

ایده اینکه کلسیم آزاد شده در داخل سلول، تحریک را به انقباض پیوند می‌دهد، از طریق فیزیولوژی عضلانی قرن بیستم توسعه یافت و مفهوم خاص آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم برای عضله قلب به عنوان مکانیسم تقویت کننده جریان ورودی کلسیم محرک کوچک، تثبیت شد. کارهای بعدی، کانال کلسیمی نوع L، گیرنده ریانودین، شبکه سارکوپلاسمی و مسیرهای حذف کلسیم را در توصیف استاندارد کنونی که در بررسی‌های مدرن خلاصه شده است، ادغام کردند.

Key figures

• Donald Bers
• David Eisner
• Andrew Trafford
• Edward Lakatta

Seminal works

• bers-2002
• eisner-2017

Frequently asked questions

آزاد شدن کلسیم ناشی از کلسیم چیست؟

این فرآیندی است که طی آن مقدار کمی کلسیم که از طریق کانال‌های نوع L در طول پتانسیل عمل وارد می‌شود، گیرنده‌های ریانودین را تحریک می‌کند تا ذخیره بسیار بزرگ‌تری از کلسیم را از شبکه سارکوپلاسمی آزاد کنند، که سپس انقباض را فعال می‌کند.

چگونه سلول پس از انقباض استراحت می‌کند؟

کلسیم از سیتوزول خارج می‌شود، عمدتاً توسط پمپ SERCA به شبکه سارکوپلاسمی بازگردانده می‌شود و بخشی نیز توسط مبدل سدیم-کلسیم خارج می‌شود، بنابراین کلسیم دیگر نمی‌تواند پروتئین‌های انقباضی را فعال کند.