Связь возбуждения и сокращения сердца - Cardiac excitation-contraction coupling

Связь возбуждения и сокращения сердца (Сердечный ЕС муфта) описывает серию событий от производства электрический импульс (потенциал действия) к сокращение из мышцы в сердце.^[1] Этот процесс имеет жизненно важное значение, поскольку он позволяет сердце бить контролируемым образом, без необходимости сознательного участия. EC-соединение приводит к последовательному сокращение из сердечные мышцы это позволяет кровь быть закачанным, сначала в легкие (легочное кровообращение ), а затем вокруг остальной части тела (Систематическая циркуляция ) с частотой от 60 до 100 ударов в минуту, когда тело находится в состоянии покоя.^[2] Однако этот показатель может быть изменен нервы которые работают либо на увеличение частоты пульса (симпатические нервы ) или уменьшите (парасимпатические нервы ), как тело кислород требует изменения. В конечном счете, сокращение мышц вращается вокруг заряженный атом (ион), кальций (Ca²⁺),^[3] который отвечает за преобразование электрической энергии потенциал действия в механическую энергию (сокращение) мышцы. Это достигается в области мышечной клетки, называемой поперечный канальец во время процесса, известного как кальций-индуцированное высвобождение кальция.^[4]

Инициация

Расположен в стене правое предсердие представляет собой группу специализированных клеток, называемых Синоатриальный узел (SAN). Эти клетки, в отличие от большинства других клетки в пределах сердце, может спонтанно производить потенциалы действия.^[5] Эти потенциалы действия путешествовать по клеточная мембрана (сарколемма), как импульсы, проходящие от одной клетки к следующей по каналам, в структурах, известных как щелевые соединения.^[6] Скорость проведения потенциал действия варьируется в разных частях сердце (подробнее см. электрическая проводящая система сердца ). Это важно, поскольку означает, что когда-то предсердие сократились, есть небольшая задержка, которая позволяет желудочки наполниться кровью, прежде чем они сократятся.

Высвобождение кальция, вызванное кальцием

Некоторые регионы сарколемма проникнуть глубоко в клетка. Они известны как поперечные канальцы (Т-канальцы); которые также находятся в клетки скелетных мышц) и позвольте потенциал действия попасть в центр клетки.^[7] Специальный белки называется Кальциевые каналы L-типа (также известные как дигидропиридиновые рецепторы (DHPR)) расположены на мембрана t-канальца, и активируются потенциалом действия. Активировал DHPR в открытом состоянии, образуя канал, что позволяет Ca²⁺ пройти в камеру. Это увеличение Ca²⁺, затем связывается и активирует другой рецептор, называется рианодиновый рецептор 2 типа (RyR2), расположенный на мембране структуры, известной как саркоплазматический ретикулум (SR). В SR это Ca²⁺ хранятся внутри клетки и расположены очень близко к Т-канальцу. Активация RyR2 заставляет его открыться, высвобождая еще больше Ca²⁺ в клетка, это высвобождение кальция называется кальциевая искра. Это означает, что исходный поток Ca²⁺ в клетка, вызвало больший выпуск Ca²⁺ в пределах клетка, поэтому процесс называется кальций-индуцированное высвобождение кальция (CICR).^[8]

Сокращение мышц

Рисунок 1: Кальций, связывающийся с тропонином, открывает участки на актиновых филаментах, с которыми связывается миозин. Используя АТФ, миозин перемещает актин. Миозин высвобождает актин, сбрасывает себя и связывается с другим сайтом связывания актина.

Повышение Ca²⁺, созданный CICR, теперь выполняет две задачи. Во-первых, он связывается с внутриклеточной стороной DHPR, сигнализируя о закрытии каналов и предотвращая дальнейший приток Ca²⁺ в камеру. Во-вторых Ca²⁺ косвенно активирует белки, называется миофиламенты, в результате чего сокращение мышц. Две основные миофиламенты в сердечный (и скелетный ) мышца находятся актин и миозин. Ca²⁺ связывается с белком, называемым тропонин, который связан с актиновой нитью. Это связывание вызывает изменение формы тропонина, открывая участки на актин, к которому руководитель миозин филамент связывается. Связывание миозиновая голова к актин известен как поперечный мост. А молекула, называется аденозинтрифосфат (АТФ) который производится внутриклеточной структурой, называемой митохондрия, затем используется в качестве источника энергии, чтобы помочь двигать головкой миозина, несущей актин. В результате актин скользит по миозиновому волокну, укорачивая мышцу. Это называется силовым ходом. Миозин затем отсоединяется от актин и возвращается в исходное положение, привязываясь к другой части актин и производя еще один рабочий ход, сокращая мышца дальше. Этот процесс продолжается, при этом миозиновая головка движется так же, как весло, плывущее в лодке, пока Ca²⁺ уровень внутри ячейки снижается (см. рисунок 1).^[9]

Прекращение контракта

Сокращение заканчивается, когда Ca²⁺ удаляется из клетки. Когда это происходит, тропонин возвращается к своей исходной форме, блокируя сайты связывания на актин и предотвращение образования поперечных мостиков. Это снижение Ca²⁺ в пределах клетка вызвано множеством белки, известные вместе как ионные транспортеры. Основные задействованные насосы: саркоплазматический ретикулум Ca²⁺-ATPase, который качает Ca²⁺ обратно в SR, Натрий-кальциевый обменник Sarcolemmal, который качает один Ca²⁺ из ячейки, в обмен на 3 иона натрия, закачиваемых в ячейку, Sarcolemmal Ca²⁺-ATPase, который использует АТФ для накачки Ca²⁺ прямо из камеры и Митохондриальный Са²⁺ Система Uniport, который качает Ca²⁺ в митохондрии.^[10]

Частота сердцебиения

Частота сердцебиения зависит от нервы. Симпатические нервы, исходящий из спинной мозг, увеличивать частота сердцебиения, в то время как парасимпатические нервы (например, блуждающие нервы ) работать над его уменьшением.

Симпатические нервы работают, высвобождая белок (нейротрансмиттер ) называется норадреналин который связывается с определенным рецептором (бета-1 адренорецептор ) расположен в сарколемма и мембрана t-канальца из сердечные клетки. Это активирует белок, называемый G-белком, и вызывает серию реакций (известных как циклический путь AMP ), что приводит к образованию молекула называется лагерь (циклический аденозинмонофосфат ). В SAN лагерь связывается с ионный канал участвует в инициации потенциала действия, ускоряя производство потенциал действия (видеть синоатриальный узел для более подробной информации). цАМФ также активирует белок называется протеинкиназа А (PKA ). PKA влияет как на DHPR и RyR, увеличивая рост Ca ²⁺ в сократительном клетки и, следовательно, увеличение скорости сокращение мышц. PKA также влияет на миофиламенты также как и белок называется фосфоламбан (PLB; см. саркоплазматический ретикулум для более подробной информации), ускоряя скорость Ca²⁺отклонить в камере и так ускоряется расслабление мышц.^[11]

Парасимпатические нервы работают, высвобождая нейротрансмиттер, называемый ацетилхолином (ACh), который связывается со специфическим рецептором (М2 мускариновый рецептор ) на сарколемме как клеток SAN, так и клеток желудочков. Это снова активирует G-белок. Однако этот G-белок действует путем ингибирования пути цАМФ, таким образом предотвращая увеличение частоты сердечных сокращений симпатической нервной системы. Кроме того, в SAN G-белок активирует специфический калиевый канал, который препятствует инициации потенциала действия (см. SAN для более подробной информации), тем самым замедляя частоту сердечных сокращений.^[11]