Электромеханическое сопряжение

При активации гладкомышечной клетки ионы кальция могут входить в через дигидропиридин-чувствительные, потенциал-зависимые кальциевые каналы L- типа, которые располагаются в кавеолах – инвагинациях плазматической мембраны, контактирующих с саркоплазматическим ретикулумом. Кальциевые потенциал-зависимые каналы L- типа также активируются в ответ на растяжение мембраны, и результатом является деполяризация мембраны. Концентрация Са²⁺ во внеклеточной жидкости приблизительно в 10 000 раз больше, чем в саркоплазме. Поэтому ионы Са²⁺ довольно быстро входят в клетку через Са²⁺ каналы. Небольшие размеры гладкомышечной клетки создают благоприятные условия для быстрой диффузии ионов Са²⁺ к внутриклеточным участкам связывания. В дальнейшем ионы Са²⁺ инициируют выход Са²⁺ из депо – саркоплазматического ретикулума и активацию процесса сокращения гладкой мышцы. Для некоторых гладкомышечных клеток, например, составляющих мышечную стенку артериол, вход ионов Са²⁺ через потенциал-зависимые Са²⁺-каналы определяет уровень внутриклеточной концентрации ионов Са²⁺ [40, 48,, 70, 135, 154, 178, 217, 288, 337, 357]. Для других типов гладких мышц этот путь повышения концентрации ионов Са²⁺ в саркоплазме не существенен. Потенциал действия может также быть вызван активацией быстрых потенцал-зависимых Na⁺-каналов, например vas deferens мыши [133].

Са²⁺-вызванное освобождение Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума играет основную роль в электромеханическом сопряжении и в сердечной мышце, где наблюдается большое количество L–типа Са²⁺ каналов, тесно прилегающих к Са²⁺ каналам саркоплазматического ретикулума. Ионы Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума выходят через ионные каналы, которые активируются рианодиновыми рецепторами. Впервые рианодиновые рецепторы были обнаружены в скелетной мышце и название свое получили от названия антагониста, алкалоида растительного происхождения, рианодина. Причем, в низких концентрациях рианодин способен активировать Са²⁺ канал рианодинового рецептора, а в высоких – вызывает его блокаду [22, 118, 158, 184, 357, 361].

В гладкой мышце взаимоотношения между плазматической мембраной и саркоплазматическим ретикулумом не настолько четко организованы, как в скелетной и в сердечной мышце. Однако в гладкой мышце имеются электронно-плотные участки (мостики), размером около 20 нм. В этих участках ко-локализованы дигидропиридиновые рецепторы плазматической мембраны и рианодиновые рецепторы саркоплазматического ретикулума. Были идентифицированы и клонированы три различных типа рианодиновых рецепторов: тип RyR1 обнаружен в скелетных мышцах, тип RyR2 – в мышцах сердца. Считается, что в гладкой мышце присутствует RyR3 изоформа рианодиновых рецепторов [231]. Рецептор к рианодину представляет из себя тетрамерный комплекс, состоящий из мономеров (трансмембранных полипептидов) с молекулярной массой 500 кДа. Рианодиновые рецепторы гладких мышц активируются микромолярной внутриклеточной концентрацией ионов Са²⁺ и кофеином. Ингибируются рианодиновые рецепторы ионами Mg²⁺ и рутением красным. При взаимодействии с ионами Са²⁺ комплекс рианодинового рецептора образует кальций-активируемый Са²⁺ канал, через который ионы Са²⁺ выходят из саркоплазматического ретикулума в саркоплазму. Проводимость ионного канала рианодинового рецептора для ионов Са²⁺ в гладкомышечной клетке сопоставима с проводимостью ионного канала рианодинового рецептора в скелетной и сердечной мышце. Однако, плотность рианодиновых рецепторов в гладкой мышце значительно ниже плотности в других мышечных тканях [118].

Выход ионов Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума в саркоплазму носит локальный характер. Это местное и довольно значительное повышение концентрации ионов Са²⁺ называется Са²⁺-спарк. Вход ионов Са²⁺ через Са²⁺-каналы плазматической мембраны и Са²⁺-спарки повышают общую «глобальную» внутриклеточную концентрацию ионов Са²⁺, что инициирует процесс сокращения гладкой мышцы. Это – электромеханический путь сопряжения процессов возбуждения и сокращения [62, 177, 217, 305, 306, 308, 327, 340].