Cellular

Miocita musculară este o celulă care s-a diferențiat pentru funcția specializată de contracție. Deși celulele musculare cardiace, scheletice și netede au multe funcționalități comune, nu toate au caracteristici, structuri anatomice sau mecanisme de contracție identice.

Miocitele musculare scheletice

Mioblastele musculare scheletice (miocite progenitoare) se diferențiază și fuzionează în fibre musculare multinucleate numite miofibrile care se comportă ca o unitate. Aceste miofibrile, la rândul lor, sunt compuse din filamente groase și subțiri suprapuse (miofilamente) care sunt dispuse longitudinal în sarcomeri. Astfel, scurtarea sau contracția fibrelor musculare scheletice este un rezultat al scurtării sarcomerilor. Filamentele groase sunt compuse din miozină, care este o polipeptidă proteică. Fiecare moleculă de miozină are două capete globulare care sunt implicate în contracție prin legarea filamentelor subțiri. Filamentele subțiri includ actina (conține un situs de legare pentru capetele de miozină), tropomiozina și troponina (are trei subunități: troponina T, troponina I și troponina C). Aceste structuri sarcomere conferă mușchiului scheletic aspectul striat și sunt ușor vizibile la microscopia electronică.

Miocitele scheletice conțin, de asemenea, structuri numite tubuli T, care sunt prelungiri ale membranei plasmatice a miocitelor. Acestea sunt deschise către spațiul extracelular și au rolul de a transporta potențialele de depolarizare către spațiul intracelular, permițând contracții coordonate. De asemenea, tubulii T conțin receptori de dihidropiridină care sunt esențiali pentru contracția după excitarea miocitelor. Reticulul sarcoplasmatic (SR) este o structură fundamentală în miocelul mușchiului scheletic. Acesta este locul de stocare și reglare a calciului (Ca2+) în miocite. SR conține cisterne terminale care se cuplează mecanic cu tubulii T și cu receptorii de rianodină sensibili la tensiune, care sunt canale care eliberează Ca2+. SR are, de asemenea, un canal Ca2+ -ATPază care pompează Ca2+ înapoi în SR din spațiul intracelular după excitare. În mușchiul scheletic, un tubul T leagă două cisterne terminale într-un aranjament de triadă.

Cel mai popular model pentru înțelegerea contracției musculare este modelul filamentului glisant, care descrie scurtarea sarcomerului prin interacțiuni recurente miozină/actină. În timpul fiecărei interacțiuni, capetele de miozină lucrează pentru a aduce capetele libere de actină adiacente mai aproape de centrul sarcomerului. În miocita mușchiului scheletic în repaus, tropomiozina blochează situsurile de legare a miozinei pe actină.

1. Când un potențial semnificativ de depolarizare a plăcii terminale motorii depășește pragul miocitului scheletic, celula declanșează un potențial de acțiune.
2. Acest potențial de depolarizare se propagă la tubulii T, provocând o schimbare de conformație în receptorii de dihidropiridină.
3. Cisternele terminale cuplate mecanic suferă, de asemenea, o modificare de conformație, inducând eliberarea de Ca2+ din SR și creșterea concentrației intracelulare de Ca2+.
4. Ca2+ se leagă de troponina C, provocând o modificare de conformație în troponină care mută tropomiozina de la locul de legare a miozinei pe actină. Notă: în prezența Ca2+, troponina C rămâne în această configurație, lăsând situsul de legare a miozinei de pe actină disponibil pentru interacțiuni cu miozina.
5. La început, niciun adenozin trifosfat (ATP) nu este legat de miozină, ceea ce face ca miozina să se lege de actină (lipsa permanentă de ATP determină o interacțiune permanentă între miozină și actină și este mecanismul din spatele rigor mortis).
6. ATP-ul se leagă apoi de miozină și miozina se disociază de actină.
7. Hidroliza acestui ATP legat la ADP plus fosfat anorganic induce o schimbare a miozinei în „poziția armată”. Notă: doar ADP rămâne atașat la miozină.
8. Capul miozinei interacționează apoi cu actina la un alt situs de legare.
9. ADP este eliberat din miozină provocând o altă schimbare care are ca rezultat „lovitura de forță”. În acest moment, miozina este legată de actină și va rămâne legată fără mai mult ATP.
10. O altă moleculă de ATP se leagă de miozină. Ciclul continuă, scurtând sarcomerul pe măsură ce miozina alunecă de-a lungul actinei.

Relaxarea are loc atunci când există o scădere a potențialelor excitatorii ale plăcii terminale motorii, o scădere a potențialelor de acțiune și o repolarizare a miocitului. Ca2+ este sechestrat înapoi în SR de către pompele de Ca2+ -ATPază, scăzând astfel cantitatea intracelulară de . Aceste miocite conțin, de asemenea, schimbători Na+/Ca2+ pe suprafața celulară care utilizează gradientul electrochimic Na+ pentru a schimba Na+ în celulă în schimbul Ca2+ în afara celulei. Ca2+ se disociază de troponina C, iar tropomiozina blochează din nou situsurile de legare a miozinei pe actină.

Câteva puncte cheie care trebuie reținute despre sarcomeri la microscopia electronică sunt următoarele. Sarcomerul apare între liniile Z, iar contracția se apropie de aceste linii Z. Contracția are ca rezultat scurtarea atât a benzii H (numai a filamentelor groase), cât și a benzii I (numai a filamentelor subțiri). Banda A (lungimea unui filament gros cu filament subțire suprapus) din sarcomeră rămâne întotdeauna de aceeași lungime.

Cele ce urmează sunt puncte notabile despre contracțiile musculare. Mușchii scheletici sunt sub control voluntar, cu excepția reflexelor și a diafragmei în timpul respirației involuntare. Neuronii motori inferiori inervează aceste miocite din măduva spinării și răspund la neurotransmițătorul acetilcolină (ACh). Atunci când ACh se leagă de receptorii săi de pe miocite, sodiul (Na+) este lăsat să intre în celulă, provocând depolarizarea menționată mai sus. Tensiunea musculară maximă apare atunci când există o suprapunere optimă a filamentelor groase și subțiri. Adică, toate capetele de miozină pot interacționa cu actina. Dacă fibra musculară este întinsă prea mult, interacțiunea dintre filamentele groase și subțiri scade. Mai mult, dacă mușchiul se scurtează prea mult, capetele mari de miozină se înghesuie unele pe altele, scăzând interacțiunile miofilamentelor. În cele din urmă, viteza maximă cu care se poate contracta o fibră musculară va scădea pe măsură ce crește încărcătura pe mușchi.

Miocita mușchiului neted

Similar mușchiului scheletic, celulele musculare netede conțin, de asemenea, filamente groase și subțiri. Cu toate acestea, spre deosebire de mușchiul scheletic, aceste miofilamente nu sunt organizate în sarcomeri longitudinali și nu conțin troponină. Lipsa sarcomerelor și, prin urmare, lipsa striațiilor, dă numele mușchiului neted. Miocitele musculare netede fuzionează pentru a forma trei tipuri de mușchi. Acele miocite care se contractă ca unități separate sunt denumite mușchi neted cu mai multe unități. Acestea se găsesc în irisul ochiului sau în canalul deferent. Mușchiul neted cu mai multe unități este, de obicei, puternic inervat și se află sub control autonom. Celulele musculare netede care se contractă împreună se numesc mușchi neted cu o singură unitate. Acestea sunt mai frecvente și pot fi prezente în tractul gastrointestinal, vezica urinară și uter.

În contrast cu mușchiul neted cu mai multe unități, celulele musculare netede cu o singură unitate comunică foarte mult pentru contracții coordonate. Aceste celule se află sub control autonom și sunt modulate de hormoni sau neurotransmițători. În cele din urmă, miocitele musculare netede se pot diferenția în mușchi neted vascular. Aceste celule sunt, de asemenea, responsabile de reglarea tensiunii arteriale.

Mecanismul de contracție a mușchiului neted este diferit de cel descris mai sus pentru mușchiul scheletic. Cu toate acestea, la fel ca în cazul unei celule musculare scheletice, o creștere a intracelularității este factorul critic implicat în contracția musculară. Mai multe mecanisme pot cauza o creștere a intracelularului în miocelul mușchiului neted. Depolarizarea miocelului după ce ACh se leagă de receptorii săi de pe suprafața celulară, care ulterior deschide canalele de Ca2+ de tip L de tip voltaj-gatat. Deschiderea canalelor de Ca2+ de pe membrana miocitelor secundară hormonului sau neurotransmițătorului care își leagă receptorul (ligand-gated). Hormonii sau neurotransmițătorii induc eliberarea de Ca2+ din reticulul sarcoplasmatic (SR) prin intermediul canalelor de Ca2+ portate de inositol 1,4,5-trifosfat (IP3). Indiferent de mecanismul de creștere , mecanismul din aval rămâne același.

1. Ca2+ se leagă de o moleculă numită calmodulină.
2. Complexul Ca2+-calmodulină activează ulterior o enzimă numită kinaza lanțului ușor al miozinei. (Kinazele au rolul de a fosforila).
3. Apoi, kinaza catenei ușoare a miozinei fosforilează (adaugă o grupare fosfat) la miozină.
4. Miozina fosforilată se leagă de actină și începe contracția prin ciclul punților încrucișate menționat mai sus în cadrul mușchiului scheletic. Notă: Mecanismul de utilizare a ATP pentru contracția musculară în mușchiul scheletic este același și în mușchiul neted.
5. O scădere a activității intracelulare și creșterea activității unei enzime numite fosfatază a lanțului ușor al miozinei (îndepărtează fosfatul din miozină) produce relaxare.

Diminuarea intracelulară se face prin pomparea înapoi în SR de către pompele ATPazei sau de către schimbătorii Na+/Ca2+ de pe suprafața celulară.

Nota: Hormonii care produc contracția sau relaxarea mușchilor netezi, o fac prin modularea fosfatazei intracelulare sau a fosfatazei lanțului ușor al miozinei. De exemplu, oxidul de azot asigură relaxarea prin creșterea activității fosfatazei cu lanț ușor de miozină.

Miocitele mușchiului cardiac

Fiziologia miocelului cardiac este mai complexă decât cea a mușchiului scheletic sau neted, deși prezintă unele asemănări. Miocitele cardiace conțin sarcomeri ca și mușchiul scheletic, astfel, este striat. Mecanismul de scurtare a miocitelor musculare este același cu cel al mușchiului scheletic menționat mai sus. Miocitele cardiace au structuri unice care sunt vitale pentru buna funcționare a inimii. Discurile intercalate, care sunt prezente la periferia celulei, mențin aderența între miocite. Joncțiunile gap, care sunt prezente la nivelul discurilor intercalate, permit comunicarea electrică între celule. Răspândirea rapidă a potențialului de depolarizare între celulele adiacente ajută la contracțiile coordonate, ceea ce este vital pentru supraviețuire. Miocitele cardiace conțin, de asemenea, tubuli T. Cu toate acestea, spre deosebire de mușchiul scheletic, un tubul T se leagă de o cisternă terminală într-un aranjament în diadă. Reticulul sarcoplasmatic este prezent în miocitele cardiace și îndeplinește, de asemenea, funcția de stocare a Ca2+.

Potențialul de acțiune într-un miocel cardiac este unic. Acesta constă dintr-o fază de repaus numită faza 4, care este menținută de permeabilitatea celulară la potasiu (K+) în afara celulei. Faza 4 este urmată de Faza 0, care este caracterizată de o creștere/depolarizare rapidă datorată deschiderii canalelor de Na+ portate de tensiune și influxului de Na+ în celulă. Faza 1 este repolarizarea inițială cauzată de închiderea canalelor de Na+ și de deschiderea canalelor de K+ portate de tensiune. Faza 2 se numește faza de platou. În faza 2, Ca2+ intră în celule prin canalele Ca2+ portate de voltaj, în timp ce K+ continuă să părăsească celula. Acest echilibru al cationilor intrați și ieșiți menține faza de platou. În faza 3, canalele de Ca2+ se închid, iar efluxul rapid prin canalele de K+ deschise are ca rezultat repolarizarea celulei.

Miocita cardiacă își poate primi stimulul de la celulele stimulatoare cardiace din nodul SA sau AV, de la fasciculul lui His, de la ramurile fasciculului sau de la celulele Purkinje.

1. Potențialul de acțiune de la aceste celule (în general nodul SA și nodul AV), se răspândește de-a lungul membranei miocitelor cardiace în tubulii T.
2. Ca2+ intră în celulă în timpul fazei 2 prin intermediul canalelor de Ca2+ de tip L.
3. Intrarea Ca2+ induce eliberarea de Ca2+ din SR, altfel numită eliberare de Ca2+ indusă de Ca2+.
4. Concentrațiile de Ca2+ cresc, iar acesta se poate lega de Troponina C și poate provoca ciclul de punți încrucișate miozină/actină menționat mai sus în secțiunea de miocite scheletice.
5. Relaxarea are loc atunci când Ca2+ este preluat în SR de către pompele Ca2+-ATPază sau de către schimbătorii Na+/Ca2+ de pe membrana celulară.

Tensiunea musculară cardiacă și capacitatea de contracție este direct proporțională cu concentrația intracelulară de Ca2+. Astfel, factorii care cresc Ca2+ intracelular determină o creștere a forței de contracție. De exemplu, odată cu creșterea frecvenței cardiace, Ca2+ începe să se adune în miocite și determină și contracții cardiace mai puternice. Preîncărcarea este un termen pentru volumul diastolic final (legat în mod clasic de presiunea atrială dreaptă). Atunci când mai mult volum de sânge umple o cameră cardiacă, miocitele se întind și are ca rezultat contracții mai puternice. Acest fenomen se numește relația Frank-Starling și poate fi legat de o creștere a concentrației de Ca2+ indusă de întindere. Această relație se potrivește cu întoarcerea venoasă în inimă și debitul cardiac din inimă. Post-sarcină este presiunea împotriva căreia miocitele trebuie să se contracte. Viteza maximă de contracție scade odată cu creșterea postîncărcării.

.