Couplage excitation-contraction

Le couplage excitation-contraction est le processus qui relie le potentiel d'action électrique d'une cellule cardiaque à sa contraction mécanique. Dans le muscle cardiaque, le calcium est l'intermédiaire clé : la dépolarisation permet l'entrée d'une petite quantité de calcium à travers la membrane cellulaire, ce qui déclenche la libération d'une plus grande réserve de calcium du réticulum sarcoplasmique, et cette augmentation du calcium intracellulaire active la machinerie contractile.

Definition

Le couplage excitation-contraction dans le cœur est la chaîne d'événements par laquelle le potentiel d'action cardiaque déclenche une augmentation du calcium intracellulaire qui active les protéines contractiles, principalement par l'entrée de calcium via les canaux calciques de type L qui provoque la libération de calcium induite par le calcium du réticulum sarcoplasmique.

Scope

Cette entrée couvre la séquence allant de la dépolarisation membranaire à l'activation des myofilaments, le rôle central de la libération de calcium induite par le calcium, les structures impliquées (tubules T, canaux calciques de type L, récepteurs de la ryanodine, réticulum sarcoplasmique), et les mécanismes qui restaurent le calcium pour la relaxation. Il s'agit d'une référence en physiologie qui n'aborde pas la dysfonction contractile en tant que question clinique.

Core questions

• Comment un potentiel d'action électrique conduit-il à la contraction musculaire ?
• Qu'est-ce que la libération de calcium induite par le calcium ?
• Quelles structures et protéines transportent le signal calcique ?
• Comment le calcium est-il éliminé pour que la cellule puisse se relâcher ?

Key concepts

• Libération de calcium induite par le calcium
• Canaux calciques de type L
• Récepteurs de la ryanodine
• Réticulum sarcoplasmique et réserve de calcium
• Tubules T et fente dyadique
• Recapture du calcium par SERCA
• Échangeur sodium-calcium
• Transitoire calcique

Key theories

Libération de calcium induite par le calcium

Un faible influx de calcium à travers les canaux calciques de type L pendant le potentiel d'action déclenche une libération beaucoup plus importante de calcium du réticulum sarcoplasmique via les récepteurs de la ryanodine, amplifiant ainsi le signal qui active la contraction.

Mechanisms

Lorsque le potentiel d'action dépolarise la membrane, les canaux calciques de type L voltage-dépendants situés dans les tubules T s'ouvrent et permettent un faible courant calcique entrant. Dans la fente dyadique étroite, ce calcium déclencheur active les récepteurs de la ryanodine sur le réticulum sarcoplasmique adjacent, qui libèrent une quantité beaucoup plus importante de calcium stocké dans le cytosol, processus appelé libération de calcium induite par le calcium. Le transitoire calcique résultant permet au calcium de se lier à la troponine C sur les filaments fins, levant l'inhibition et permettant le cycle des ponts transversaux actine-myosine et la contraction. La relaxation suit à mesure que le calcium est retiré du cytosol : la majeure partie est repompée dans le réticulum sarcoplasmique par la pompe SERCA, tandis que le reste est extrudé à travers la membrane cellulaire principalement par l'échangeur sodium-calcium, restaurant un faible niveau de calcium au repos pour le battement suivant. La quantité de calcium libérée, et donc la force de contraction, peut être modulée, reliant l'activité électrique à une production mécanique graduée.

Clinical relevance

Les étapes de gestion du calcium du couplage excitation-contraction sous-tendent la physiologie de la contractilité cardiaque et fournissent le cadre pour comprendre comment la force contractile est régulée. Cette entrée décrit la physiologie cellulaire normale et constitue un document éducatif, non une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

History

L'idée que le calcium libéré à l'intérieur de la cellule relie l'excitation à la contraction s'est développée au cours de la physiologie musculaire du XXe siècle, et le concept spécifique de libération de calcium induite par le calcium a été établi pour le muscle cardiaque comme le mécanisme amplifiant le faible influx de calcium déclencheur. Les travaux ultérieurs ont intégré le canal calcique de type L, le récepteur de la ryanodine, le réticulum sarcoplasmique et les voies d'élimination du calcium dans la description désormais standard résumée dans les revues modernes.

Key figures

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

Seminal works

• bers-2002
• eisner-2017

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la libération de calcium induite par le calcium ?

C'est le processus par lequel une petite quantité de calcium entrant par les canaux de type L pendant le potentiel d'action déclenche la libération par les récepteurs de la ryanodine d'une réserve de calcium beaucoup plus importante du réticulum sarcoplasmique, ce qui active ensuite la contraction.

Comment la cellule se relâche-t-elle après la contraction ?

Le calcium est retiré du cytosol, principalement repompé dans le réticulum sarcoplasmique par la pompe SERCA et en partie extrudé par l'échangeur sodium-calcium, de sorte que le calcium ne peut plus activer les protéines contractiles.