Acoplamento Excitação-Contração

O acoplamento excitação-contração é o processo que liga o potencial de ação elétrico de uma célula cardíaca à sua contração mecânica. No músculo cardíaco, o intermediário chave é o cálcio: a despolarização permite a entrada de uma pequena quantidade de cálcio através da membrana celular, o que desencadeia a liberação de uma reserva maior de cálcio do retículo sarcoplasmático, e esse aumento no cálcio intracelular ativa a maquinaria contrátil.

Definition

O acoplamento excitação-contração no coração é a cadeia de eventos pela qual o potencial de ação cardíaco desencadeia um aumento no cálcio intracelular que ativa as proteínas contráteis, principalmente através da entrada de cálcio via canais de cálcio tipo L que evoca a liberação de cálcio induzida por cálcio do retículo sarcoplasmático.

Scope

Esta entrada abrange a sequência desde a despolarização da membrana até a ativação dos miofilamentos, o papel central da liberação de cálcio induzida por cálcio, as estruturas envolvidas (túbulos T, canais de cálcio tipo L, receptores de rianodina, o retículo sarcoplasmático) e os mecanismos que restauram o cálcio para o relaxamento. É uma referência de fisiologia e não aborda a disfunção contrátil como uma questão clínica.

Core questions

• Como um potencial de ação elétrico leva à contração muscular?
• O que é a liberação de cálcio induzida por cálcio?
• Quais estruturas e proteínas transportam o sinal de cálcio?
• Como o cálcio é removido para que a célula possa relaxar?

Key concepts

• Liberação de cálcio induzida por cálcio
• Canais de cálcio tipo L
• Receptores de rianodina
• Retículo sarcoplasmático e reserva de cálcio
• Túbulos T e fenda diádica
• Recaptura de cálcio SERCA
• Trocador de sódio-cálcio
• Transiente de cálcio

Key theories

Liberação de cálcio induzida por cálcio

Um pequeno influxo de cálcio através dos canais de cálcio tipo L durante o potencial de ação desencadeia uma liberação muito maior de cálcio do retículo sarcoplasmático via receptores de rianodina, amplificando o sinal que ativa a contração.

Mechanisms

Quando o potencial de ação despolariza a membrana, os canais de cálcio tipo L dependentes de voltagem nos túbulos T se abrem e permitem uma pequena corrente de cálcio para dentro. Na estreita fenda diádica, esse cálcio desencadeador ativa os receptores de rianodina no retículo sarcoplasmático adjacente, que liberam uma quantidade muito maior de cálcio armazenado no citosol, processo denominado liberação de cálcio induzida por cálcio. O transiente de cálcio resultante permite que o cálcio se ligue à troponina C nos filamentos finos, aliviando a inibição e permitindo o ciclo de pontes cruzadas de actina-miosina e a contração. O relaxamento segue à medida que o cálcio é removido do citosol: a maior parte é bombeada de volta para o retículo sarcoplasmático pela bomba SERCA, enquanto o restante é extrudado através da membrana celular principalmente pelo trocador de sódio-cálcio, restaurando o baixo nível de cálcio em repouso para o próximo batimento. A quantidade de cálcio liberado, e, portanto, a força de contração, pode ser modulada, ligando a atividade elétrica à saída mecânica graduada.

Clinical relevance

As etapas de manuseio de cálcio do acoplamento excitação-contração sustentam a fisiologia da contratilidade cardíaca e fornecem a estrutura para entender como a força contrátil é regulada. Esta entrada descreve a fisiologia celular normal e é um conhecimento educacional, não uma base para diagnóstico ou tratamento individual.

History

A ideia de que o cálcio liberado dentro da célula liga a excitação à contração desenvolveu-se através da fisiologia muscular do século XX, e o conceito específico de liberação de cálcio induzida por cálcio foi estabelecido para o músculo cardíaco como o mecanismo que amplifica o pequeno influxo de cálcio desencadeador. Trabalhos subsequentes integraram o canal de cálcio tipo L, o receptor de rianodina, o retículo sarcoplasmático e as vias de remoção de cálcio na descrição agora padrão resumida em revisões modernas.

Key figures

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

Seminal works

• bers-2002
• eisner-2017

Frequently asked questions

O que é a liberação de cálcio induzida por cálcio?

É o processo pelo qual uma pequena quantidade de cálcio que entra através dos canais tipo L durante o potencial de ação desencadeia os receptores de rianodina a liberar uma reserva muito maior de cálcio do retículo sarcoplasmático, que então ativa a contração.

Como a célula relaxa após a contração?

O cálcio é removido do citosol, principalmente bombeado de volta para o retículo sarcoplasmático pela bomba SERCA e parcialmente extrudado pelo trocador de sódio-cálcio, de modo que o cálcio não pode mais ativar as proteínas contráteis.