Сокращение сердечной мышцы

Сокращение сердечной мышцы — это процесс, посредством которого электрическое возбуждение кардиомиоцита преобразуется в механическую силу. Волна деполяризации вызывает повышение внутриклеточного кальция, кальций связывается с сократительными белками, и саркомеры укорачиваются — молекулярные события, известные как электромеханическое сопряжение, которые в конечном итоге производят каждое сердцебиение.

Definition

Сокращение сердечной мышцы — это кальций-зависимое укорочение саркомеров кардиомиоцитов в ответ на деполяризацию мембраны, механизм, посредством которого сердце развивает силу и выбрасывает кровь.

Scope

Тема охватывает клеточные и молекулярные основы сокращения сердечной мышцы: потенциал действия, кальций-индуцированное высвобождение кальция, цикл поперечных мостиков в саркомере и детерминанты генерируемой силы. Она рассматривает сокращение на уровне миоцита и саркомера; работа всей камеры сердца рассматривается в разделах «Функция желудочков» и «Сердечный выброс».

Core questions

• Как деполяризация мембраны приводит к повышению внутриклеточного кальция?
• Что такое кальций-индуцированное высвобождение кальция и где оно происходит?
• Как связывание кальция с тропонином обеспечивает цикл поперечных мостиков?
• Что определяет силу и скорость одиночного сокращения?
• Как мышца расслабляется и кальций восстанавливается между сокращениями?

Key concepts

• Потенциал действия сердца
• Кальций-индуцированное высвобождение кальция
• Саркоплазматический ретикулум и рианодиновые рецепторы
• Регуляция тропонин-тропомиозином
• Цикл поперечных мостиков
• Лузитропия (расслабление) и SERCA-опосредованный обратный захват кальция

Key theories

Теория скользящих нитей и поперечных мостиков

Мышца укорачивается не за счет сокращения самих нитей, а за счет скольжения актиновых и миозиновых нитей друг относительно друга, когда головки миозина образуют, тянут и высвобождают поперечные мостики в кальций-зависимом цикле.

Кальций-индуцированное высвобождение кальция

Небольшой приток кальция через L-тип каналов во время потенциала действия вызывает гораздо большее высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума через рианодиновые рецепторы, усиливая сигнал, который активирует миофиламенты.

Mechanisms

Когда потенциал действия деполяризует миоцит, потенциал-зависимые L-типа кальциевые каналы в мембране и Т-трубочках открываются и пропускают триггерный кальциевый ток. Как описывает Берс, этот триггер открывает рианодиновые рецепторы на саркоплазматическом ретикулуме, высвобождая большой импульс кальция (кальций-индуцированное высвобождение кальция). Кальций связывается с тропонином C, смещая тропомиозин с актиновых сайтов связывания, так что миозиновые поперечные мостики могут циклировать, и саркомер укорачивается, следуя логике скользящих нитей, сформулированной Хаксли. Расслабление наступает, когда кальций закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум с помощью SERCA и выводится натрий-кальциевым обменником, позволяя нитям разобщиться.

Clinical relevance

Понимание электромеханического сопряжения проясняет, как сократимость может быть увеличена или нарушена, и лежит в основе концепции инотропии при сердечной недостаточности и в фармакологии. Содержание представляет собой образовательное описание нормального клеточного механизма и не является основанием для индивидуальной диагностики или принятия решений о лечении.

Evidence & guidelines

Механистическое описание основано на авторитетном обзоре Берса по электромеханическому сопряжению сердца, фундаментальной работе Хаксли по механизму сокращения и стандартных учебниках по физиологии. Это фундаментальные и обзорные источники, а не доказательства интервенций.

History

Признание того, что кальций необходим для сердцебиения, восходит к экспериментам Сидни Рингера в девятнадцатом веке, а концепции скользящих нитей и поперечных мостиков возникли из работ Эндрю и Хью Хаксли в 1950-х годах. Специфический механизм кальций-индуцированного высвобождения кальция и его интеграция в когерентную модель электромеханического сопряжения сердца были синтезированы в последующие десятилетия, при этом Берс предоставил широко цитируемое описание.

Key figures

• Andrew Huxley
• Hugh Huxley
• Donald Bers
• Sidney Ringer

Seminal works

• huxley-1957
• bers-2002
• sarnoff-1955

Frequently asked questions

Что такое электромеханическое сопряжение?

Это последовательность, которая связывает электрический потенциал действия сердечной клетки с ее механическим сокращением: деполяризация пропускает триггерный кальций, который высвобождает больше кальция из внутренних запасов, и этот кальций активирует сократительные белки.

Почему кальций так важен для сокращения сердца?

Кальций — это переключатель, который включает сокращение. Без повышения внутриклеточного кальция тропонин-тропомиозиновый комплекс блокирует взаимодействие актина и миозина, поэтому мышца не может генерировать силу; количество высвобождаемого кальция в значительной степени определяет силу каждого удара.