Cuplajul excitație-contracție (ECC) este procesul prin care un potențial de acțiune declanșează contracția unui miocit, urmată de relaxarea ulterioară. Figura și textul de mai jos rezumă câteva dintre evenimentele cheie care au loc în timpul cuplării excitație-contracție a mușchiului cardiac:
Etapele cheie ale cuplării excitație-contracție cardiace:
- Potențialele de acțiune care se deplasează de-a lungul sarcolemei și în jos în sistemul tubular transversal (tubul T) depolarizează membrana celulară.
- Receptorii de dihidropiridină (DHP) sensibili la tensiune (canale de calciu de tip L) se deschid pentru a permite intrarea calciului în celulă în timpul fazei 2 a potențialului de acțiune.
- Afluxul de calciu declanșează o eliberare ulterioară de calciu care este stocat în reticulul sarcoplasmatic (SR) prin intermediul canalelor de eliberare a calciului („receptori de rianodină”) și crește concentrația intracelulară de calciu de la aproximativ 10-7 la 10-5 M.
- Calciul liber se leagă de troponina-C (TN-C) care face parte din complexul de reglare atașat la filamentele subțiri. Atunci când calciul se leagă de TN-C, acest lucru induce o schimbare de conformație în complexul de reglare astfel încât troponina-I (TN-I) expune un site pe molecula de actină care este capabil să se lege de miozina ATPază situată pe capul miozinei. Această legare are ca rezultat hidroliza ATP care furnizează energie pentru ca o schimbare de conformație să aibă loc în complexul actină-miosină. Rezultatul acestor modificări este o mișcare („ratcheting”) între capetele de miozină și actină, astfel încât filamentele de actină și miozină alunecă una pe lângă cealaltă, scurtând astfel lungimea sarcomerului. Ciclurile de „ratcheting” au loc atâta timp cât calciul citosolic rămâne ridicat.
- La sfârșitul fazei 2, intrarea calciului în celulă încetinește, iar calciul este sechestrat de către SR de către o pompă de calciu dependentă de ATP (SERCA, sarco-endoplasmic reticulum calcium-ATPase), scăzând astfel concentrația de calciu citosolic și eliminând calciul din TN-C. Într-o măsură cantitativ mai mică, calciul citosolic este transportat în afara celulei de către pompa de schimb sodiu-calciu. Dezlegarea calciului din TN-C induce o schimbare de conformație în complexul de troponină, ceea ce duce, din nou, la inhibarea de către TN-I a situsului de legare a actinei. La sfârșitul ciclului, un nou ATP se leagă de capul miozinei, înlocuind ADP-ul, iar lungimea inițială a sarcomerului este restabilită.
Mecanismele care sporesc concentrația de calciu citosolic cresc cantitatea de ATP hidrolizat și forța generată de interacțiunile dintre actină și miozină, precum și viteza de scurtare. Din punct de vedere fiziologic, concentrațiile de calciu citosolic sunt influențate în principal de mecanisme cuplate cu beta-adrenoceptorii. Stimularea beta-adrenergică, așa cum se întâmplă atunci când nervii simpatici sunt activați, crește AMPc care, la rândul său, activează proteinkinaza pentru a crește intrarea calciului în celulă prin intermediul canalelor de calciu de tip L. Activarea căii de transducție a semnalului IP3 poate stimula, de asemenea, eliberarea de calciu de către SR prin intermediul receptorilor IP3 localizați pe SR. Mai mult, activarea proteinei kinazei dependente de cAMP fosforilează o proteină (fosfolamban) de pe SR care, în mod normal, inhibă absorbția de calciu. Această dezinhibiție a fosfolambanului duce la o rată crescută de absorbție a calciului de către SR. Prin urmare, stimularea beta-adrenergică crește forța și viteza de scurtare a contracției (adică inotropie pozitivă) și crește rata de relaxare (adică lusitropie pozitivă).
Un alt mecanism potențial de reglementare a ECC implică modificarea afinității TN-C pentru calciu. Există medicamente experimentale care sporesc afinitatea TN-C pentru calciu și exercită astfel o influență inotropică pozitivă asupra inimii. Cu toate acestea, un potențial dezavantaj al acestor medicamente este că legarea sporită a TN-C la calciu poate reduce rata de relaxare, provocând astfel disfuncție diastolică.
În cazul insuficienței cardiace sistolice, ECC poate fi afectată în mai multe locuri diferite. În primul rând, poate exista o scădere a influxului de calciu în celulă prin intermediul canalelor de calciu de tip L (care rezultă din alterarea transducției semnalului), ceea ce scade eliberarea ulterioară de calciu de către SR. De asemenea, poate exista o scădere a afinității TN-C pentru calciu, astfel încât o anumită creștere a calciului în vecinătatea complexului de troponină are un efect activator mai redus asupra contracției cardiace. În unele forme de insuficiență cardiacă diastolică, există dovezi că funcția pompei de calciu dependentă de ATP a SR este afectată. Acest defect ar întârzia rata de absorbție a calciului de către SR și ar reduce rata de relaxare, ducând la disfuncție diastolică.
Revizuit 12/20/2017
.