การเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง

การเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัวคือลำดับของเหตุการณ์ที่เชื่อมโยงศักย์ไฟฟ้าที่เยื่อหุ้มกล้ามเนื้อเข้ากับเหตุการณ์ทางกลของการหดตัว ในกล้ามเนื้อโครงร่าง สัญญาณจะเดินทางไปตามเยื่อหุ้มผิวและเข้าสู่ท่อตามขวาง กระตุ้นการปล่อยแคลเซียมจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม และแคลเซียมนั้นจะเปิดใช้งานกลไกการหดตัว

Definition

การเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัวคือกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ศักย์ไฟฟ้าในเยื่อหุ้มกล้ามเนื้อโครงร่างถูกเปลี่ยนผ่านการรับรู้แรงดันไฟฟ้าที่ท่อตามขวางและการปล่อยแคลเซียมจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม ไปเป็นการกระตุ้นกลไกการหดตัว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการตรวจจับศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อโครงร่างที่ไตรแอด วิธีการปล่อยแคลเซียมออกจากและนำกลับคืนสู่ซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม และวิธีการที่แคลเซียมควบคุมเส้นใยบางเพื่อเริ่มต้นและสิ้นสุดการหดตัว เป็นข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลเชิงวิชาการเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมโยงในกล้ามเนื้อโครงร่าง ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ศักย์ไฟฟ้าที่ผิวเซลล์ไปถึงภายในใยได้อย่างไร?
• การลดขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์ถูกเปลี่ยนเป็นการปล่อยแคลเซียมในกล้ามเนื้อโครงร่างได้อย่างไร?
• แคลเซียมเปิดและปิดกลไกการหดตัวได้อย่างไร?
• แคลเซียมถูกกำจัดออกไปเพื่อให้เกิดการคลายตัวได้อย่างไร?

Key concepts

• ท่อตามขวาง (T) tubule
• ซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม
• รอยต่อไตรแอด
• ตัวรับไดไฮโดรไพริดีน (ตัวรับแรงดันไฟฟ้า)
• ตัวรับไรยาโนดีน (ช่องปล่อยแคลเซียม)
• การควบคุมโทรโปนิน-โทรโปไมโอซิน
• การนำแคลเซียมกลับคืนโดย SERCA และการคลายตัว

Key theories

การควบคุมแคลเซียมของเส้นใยบาง

แคลเซียมที่ถูกปล่อยเข้าสู่ไซโตพลาสซึมจะจับกับโทรโปนิน C ทำให้โทรโปไมโอซินเคลื่อนออกจากตำแหน่งจับไมโอซินบนแอคติน และทำให้เกิดวัฏจักรครอสบริดจ์ได้ การลดแคลเซียมจะย้อนกลับการสลับและทำให้เกิดการคลายตัว

การเชื่อมโยงตัวรับแรงดันไฟฟ้า / การปล่อยแคลเซียมที่ไตรแอด

การลดขั้วของท่อตามขวางจะถูกตรวจจับโดยตัวรับไดไฮโดรไพริดีน ซึ่งในกล้ามเนื้อโครงร่างจะเชื่อมต่อทางกลกับตัวรับไรยาโนดีนบนซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม กระตุ้นการปล่อยแคลเซียมที่รอยต่อไตรแอด

Mechanisms

เมื่อศักย์ไฟฟ้ามาถึงใยกล้ามเนื้อโครงร่าง มันจะแพร่กระจายไปตามเยื่อหุ้มผิวและเข้าสู่ภายในตามท่อตามขวาง ซึ่งอยู่ใกล้กับซิสเทอร์นาส่วนปลายของซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมที่โครงสร้างที่เรียกว่าไตรแอด การลดขั้วจะถูกตรวจจับโดยตัวรับไดไฮโดรไพริดีนที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าในเยื่อหุ้ม T-tubule ซึ่งในกล้ามเนื้อโครงร่างจะเชื่อมต่อทางกลกับตัวรับไรยาโนดีนบนซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม สิ่งนี้จะเปิดตัวรับไรยาโนดีนและปล่อยแคลเซียมที่เก็บไว้เข้าสู่ไซโตพลาสซึม แคลเซียมจะจับกับโทรโปนิน C ทำให้โทรโปไมโอซินเคลื่อนออกจากตำแหน่งจับไมโอซินของแอคติน และทำให้เกิดวัฏจักรครอสบริดจ์และการหดตัว การคลายตัวจะเกิดขึ้นเมื่อแคลเซียมถูกปั๊มกลับเข้าสู่ซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมโดย SERCA แคลเซียม ATPase ซึ่งลดแคลเซียมในไซโตพลาสซึมเพื่อให้โทรโปไมโอซินกลับมาขัดขวางการสร้างครอสบริดจ์

Clinical relevance

เนื่องจากการเชื่อมโยงขึ้นอยู่กับช่องเมมเบรนเฉพาะและโปรตีนที่จัดการแคลเซียม การทำความเข้าใจสิ่งนี้จึงเป็นพื้นฐานสำหรับความผิดปกติของการปล่อยแคลเซียมและสำหรับภาวะที่ส่งผลกระทบต่อไตรแอด และสำหรับการตีความว่าความเมื่อยล้าเปลี่ยนแปลงการจัดการแคลเซียมอย่างไร ข้อมูลนี้ถูกนำเสนอในฐานะสรีรวิทยาอ้างอิง ไม่ใช่เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

ข้อมูลนี้อ้างอิงจากการศึกษาโครงสร้างและสรีรวิทยาของไตรแอดและการจัดการแคลเซียม และจากการทบทวนที่น่าเชื่อถือ เช่น Franzini-Armstrong และ Jorgensen (1994) และ Gordon และคณะ (2000) เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานเชิงกลไกมากกว่าหลักฐานทางคลินิกที่ควบคุมโดยแนวทางปฏิบัติ แหล่งข้อมูลพื้นฐานบางส่วนถูกอ้างอิงโดยการอ้างอิงในกรณีที่ไม่มี DOI ที่ได้รับการยืนยัน

History

บทบาทของแคลเซียมในฐานะตัวกระตุ้นที่เปิดใช้งานโปรตีนหดตัวได้รับการยืนยันจากการทำงานของ Ebashi และ Endo ในทศวรรษ 1960 เกี่ยวกับระบบโทรโปนิน-โทรโปไมโอซิน พื้นฐานโครงสร้างของการเชื่อมโยงที่ไตรแอด และความร่วมมือระหว่างตัวรับแรงดันไฟฟ้า T-tubule (ตัวรับไดไฮโดรไพริดีน) และช่องปล่อยแคลเซียมของซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม (ตัวรับไรยาโนดีน) ได้รับการชี้แจงผ่านการศึกษาโครงสร้างของ Franzini-Armstrong และการศึกษาทางสรีรวิทยาของ Rios และคนอื่นๆ ทำให้เกิดภาพที่ทันสมัยของการเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง

Debates

ตัวรับแรงดันไฟฟ้าเชื่อมโยงกับการปล่อยแคลเซียมได้อย่างไร?

ไม่ว่าการปล่อยในกล้ามเนื้อโครงร่างจะขับเคลื่อนโดยการเชื่อมโยงทางกลโดยตรงระหว่างตัวรับไดไฮโดรไพริดีนและไรยาโนดีนเป็นหลัก หรือการปล่อยแคลเซียมที่เกิดจากแคลเซียมเช่นเดียวกับในกล้ามเนื้อหัวใจ เป็นคำถามสำคัญที่ได้รับการแก้ไขส่วนใหญ่โดยสนับสนุนการเชื่อมโยงทางกลสำหรับใยกล้ามเนื้อโครงร่าง

Key figures

• Clara Franzini-Armstrong
• Setsuro Ebashi
• Makoto Endo
• Eduardo Rios
• Andrew Gordon

Seminal works

• ebashi-endo-1968
• franzini-armstrong-1994
• gordon-2000

Frequently asked questions

การเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัวทำอะไร?

มันเชื่อมโยงศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มกล้ามเนื้อกับการหดตัวทางกล โดยการกระตุ้นการปล่อยแคลเซียมจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมที่เปิดใช้งานโปรตีนหดตัว

ทำไมแคลเซียมจึงมีความสำคัญต่อการหดตัวของกล้ามเนื้อ?

แคลเซียมจับกับโทรโปนินและเคลื่อนโทรโปไมโอซินออกจากตำแหน่งจับแอคติน ทำให้ครอสบริดจ์ของไมโอซินสามารถหมุนเวียนได้ การนำแคลเซียมกลับเข้าสู่ซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมจะหยุดวัฏจักรและทำให้กล้ามเนื้อคลายตัว