興奮-収縮結合 (ECC) は、活動電位が筋細胞の収縮を誘発し、その後に弛緩するプロセスである。 以下の図と文章は、心筋の興奮-収縮結合の間に起こる重要なイベントのいくつかをまとめたものです。
心臓の興奮-収縮結合の主要なステップ:
- サルコレマに沿って横管 (T-tubule) システムに伝わる活動電位が、細胞膜を非分極にします。
- 電圧感受性のジヒドロピリジン (DHP) 受容体 (L 型カルシウムチャネル) が開き、活動電位の第 2 段階でカルシウムが細胞内に入り込むのを許可します。
- カルシウム流入は、カルシウム放出チャネル（「リアノジン受容体」）を通じて筋小胞体（SR）に貯蔵されているカルシウムの放出を誘発し、細胞内カルシウム濃度を約10-7から10-5Mまで上昇させる。 カルシウムがトロポニンCに結合すると、トロポニンI（TN-I）がアクチン分子上に露出し、ミオシン頭部にあるミオシンATPaseに結合できるようになる。 この結合により、ATPが加水分解され、アクチン-ミオシン複合体に構造変化を起こすためのエネルギーが供給される。 その結果、ミオシン頭部とアクチンが移動し、アクチンとミオシンフィラメントがすれ違い、サルコメアの長さが短縮されるのである。
- 第2段階の終わりには、細胞へのカルシウムの侵入が遅くなり、ATP依存性のカルシウムポンプ（SERCA、小胞体カルシウムATPase）によりカルシウムがSRに隔離され、細胞質カルシウム濃度が低下してTN-Cからカルシウムが除去される。 量的には少ないが、細胞質カルシウムはナトリウム-カルシウム交換ポンプによって細胞外に輸送される。 TN-Cからのカルシウムの脱離はトロポニン複合体の構造変化を引き起こし、再びTN-Iによるアクチン結合部位の阻害を引き起こす。 サイクルの終わりには、新しいATPがミオシンヘッドに結合し、ADPを置換し、最初のサルコメアの長さが回復される。
細胞質カルシウムの濃度を高める機構は、加水分解されるATPの量とアクチンとミオシンの相互作用によって生じる力、および短縮の速度を増加させる。 生理的には、細胞質カルシウム濃度は、主にβ-アドレナリン受容体共役型メカニズムによって影響を受けます。 交感神経が活性化されたときに起こるようなβ-アドレナリン刺激は、cAMPを増加させ、次にプロテインキナーゼを活性化してL型カルシウムチャネルを介して細胞内へのカルシウムの侵入を増加させる。 IP3シグナル伝達経路の活性化はまた、SR上に存在するIP3受容体を介してSRによるカルシウムの放出を刺激することができる。 さらに、cAMP依存性プロテインキナーゼの活性化は、通常カルシウムの取り込みを阻害するSR上のタンパク質（ホスホランバン）をリン酸化させる。 このホスホランバンの阻害が解除されることにより、SRによるカルシウムの取り込み速度が増加する。
ECCのもう一つの潜在的な調節機構は、TN-Cのカルシウムに対する親和性を変化させることである。 TN-Cのカルシウム親和性を高め、それによって心臓に正の強心作用を及ぼす薬物が研究されている。
収縮期心不全では、ECCはいくつかの異なる部位で損なわれる可能性があります。 まず、L型カルシウムチャネルを介した細胞へのカルシウム流入が減少し（信号伝達の障害に起因）、SRによるその後のカルシウム放出が減少します。 また、カルシウムに対するTN-Cの親和性が低下し、トロポニン複合体の近傍でカルシウムが増加しても、心収縮を活性化する作用が弱くなる可能性もある。 拡張期心不全のいくつかの型では、SRのATP依存性カルシウムポンプの機能が損なわれている証拠がある。 この欠陥は、SRによるカルシウムの取り込み速度を遅らせ、弛緩速度を低下させ、拡張期機能不全につながるだろう。
2017/12/20改訂版
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