Возбуждение-сокращение сопряжение

Возбуждение-сокращение сопряжение — это процесс, который связывает электрический потенциал действия кардиальной клетки с её механическим сокращением. В сердечной мышце ключевым посредником является кальций: деполяризация приводит к поступлению небольшого количества кальция через клеточную мембрану, что запускает высвобождение большего запаса кальция из саркоплазматического ретикулума, и это повышение внутриклеточного кальция активирует сократительный аппарат.

Definition

Возбуждение-сокращение сопряжение в сердце — это цепь событий, посредством которых потенциал действия сердца вызывает повышение внутриклеточного кальция, который активирует сократительные белки, главным образом через поступление кальция через L-тип кальциевых каналов, что вызывает кальций-индуцированное высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума.

Scope

Эта статья охватывает последовательность от деполяризации мембраны до активации миофиламентов, центральную роль кальций-индуцированного высвобождения кальция, задействованные структуры (Т-трубочки, L-тип кальциевых каналов, рианодиновые рецепторы, саркоплазматический ретикулум) и механизмы, которые восстанавливают уровень кальция для расслабления. Это физиологический справочник, который не рассматривает сократительную дисфункцию как клиническую проблему.

Core questions

• Как электрический потенциал действия приводит к сокращению мышц?
• Что такое кальций-индуцированное высвобождение кальция?
• Какие структуры и белки переносят кальциевый сигнал?
• Как удаляется кальций, чтобы клетка могла расслабиться?

Key concepts

• Кальций-индуцированное высвобождение кальция
• L-тип кальциевых каналов
• Рианодиновые рецепторы
• Саркоплазматический ретикулум и запас кальция
• Т-трубочки и диадная щель
• SERCA-насос для обратного захвата кальция
• Натрий-кальциевый обменник
• Кальциевый транзиент

Key theories

Кальций-индуцированное высвобождение кальция

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

Mechanisms

Когда потенциал действия деполяризует мембрану, потенциал-зависимые L-тип кальциевых каналов в Т-трубочках открываются и пропускают небольшой входящий кальциевый ток. В узкой диадной щели этот триггерный кальций активирует рианодиновые рецепторы на прилегающем саркоплазматическом ретикулуме, которые высвобождают гораздо большее количество запасенного кальция в цитозоль — процесс, называемый кальций-индуцированным высвобождением кальция. Возникающий кальциевый транзиент позволяет кальцию связываться с тропонином С на тонких филаментах, снимая ингибирование и допуская цикл актин-миозиновых поперечных мостиков и сокращение. Расслабление наступает по мере удаления кальция из цитозоля: большая часть закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум с помощью SERCA-насоса, в то время как остальная часть выводится через клеточную мембрану главным образом натрий-кальциевым обменником, восстанавливая низкий уровень кальция в покое для следующего сокращения. Количество высвобождаемого кальция, и, следовательно, сила сокращения, может модулироваться, связывая электрическую активность с градуированным механическим выходом.

Clinical relevance

Этапы обработки кальция при возбуждении-сокращении сопряжении лежат в основе физиологии сократимости сердца и обеспечивают основу для понимания того, как регулируется сократительная сила. Эта статья описывает нормальную клеточную физиологию и является образовательным фоном, а не основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Идея о том, что высвобождаемый внутри клетки кальций связывает возбуждение с сокращением, развивалась на протяжении физиологии мышц двадцатого века, и специфическая концепция кальций-индуцированного высвобождения кальция была установлена для сердечной мышцы как механизм, усиливающий небольшой триггерный приток кальция. Последующая работа интегрировала L-тип кальциевых каналов, рианодиновый рецептор, саркоплазматический ретикулум и пути удаления кальция в ныне стандартное описание, обобщенное в современных обзорах.

Key figures

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

Seminal works

• bers-2002
• eisner-2017

Frequently asked questions

Что такое кальций-индуцированное высвобождение кальция?

Это процесс, при котором небольшое количество кальция, поступающего через L-тип каналов во время потенциала действия, запускает рианодиновые рецепторы для высвобождения гораздо большего запаса кальция из саркоплазматического ретикулума, который затем активирует сокращение.

Как клетка расслабляется после сокращения?

Кальций удаляется из цитозоля, в основном закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум с помощью SERCA-насоса и частично выводится натрий-кальциевым обменником, так что кальций больше не может активировать сократительные белки.