Cặp kích thích co cơ tim: chức năng của ion canxi và các ống ngang

Thuật ngữ “cặp kích thích - co cơ” muốn nói đến cơ chế mà nhờ đó điện thế hoạt động làm cho các tơ cơ trong cơ co lại. Một lần nữa, có sự khác biệt trong cơ chế này ở cơ tim ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng co bóp của cơ tim.

Giống như cơ vân, khi một điện thế hoạt động đi qua màng cơ tim, điện thế hoạt động lan rộng bên trong các sợi cơ tim theo suổt màng của các ống ngang (T). Điện thế hoạt động ở ống T lan truyền đến màng của các ống dọc cơ tương làm giải phóng ion canxi vào cơ tương từ các mạng nội cơ tương. Trong vài 1/1000 s khác, các ion canxi này khuếch tán vào các tơ cơ và xúc tác các phản ứng hóa học xúc tác cho sự trượt của các tơ actin và myosin dọc theo tơ cơ, làm cho cơ co.

Như vậy, cơ chế này của cặp kích thích - co cơ giống như ở cơ vân, nhưng có một tác dụng khá khác biệt. Hơn nữa để ion canxi được giải phóng vào cơ tương từ các túi của mạng nội cơ tương, ion canxi cũng tự khuếch tán vào cơ tương từ ống T trong thời gian xuất hiện điện thế hoạt động, khi mà kênh canxi phụ thuốc điện thế mở ra trong màng của ống T. Canxi đi vào tế bào sau đó hoạt hóa kênh giải phóng canxi, còn được gọi là kênh receptor ryanodin, trong màng của mạng nội cơ tương, làm giải phóng canxi vào cơ tương. Ion canxi trong cơ tương sau đó tác động qua lại với troponin để bắt đầu hình thành cầu nối và co lại.

Nếu không có canxi từ ống T, sức co bóp của cơ tim sẽ giảm đáng kể do mạng nội cơ tương của cơ tim phát triển kém hơn nhiều so với ở cơ vân và không dự trữ đu canxi để cung cấp cho toàn bộ sự co cơ. Tuy nhiên, các ống T của cơ tim có chu vi gấp 5 lần các ống ở cơ vân, có nghĩa là thể tích sẽ gấp 25 lần. Ngoài ra, mặt trong ống T có một lượng lớn mucopolysaccharid tích điện âm và bắt giữ một lượng dự trữ ion canxi dồi dào, để sẵn sàng khuếch tán vào trong các sợi cơ tim khi một ống T xuất hiện điện thế hoạt động.

Sức co bóp của cơ tim phụ thuộc rất lớn vào nống độ ion canxi trong dịch ngoại bào. Trong thực tế, một quả tim đặt trong một dung dịch không có canxi sẽ nhanh chóng ngừng đập. Lý do là lỗ mở của ống T mở trực tiếp qua màng tế bào cơ tim để vào khoảng gian bào, cho phép dịch ngoại bào ở kẽ cơ tim thấm qua ống T. Do đó, lượng ion canxi trong hệ thống ống T (ion canxi sẵn sàng cho cơ tim co bóp) phụ thuộc phần lớn vào nồng độ ion canxi ở dịch ngoại bào.

Ngược lại, sức co của cơ vân hầu như không chịu ảnh của sự thay đổi một cách vừa phải nồng độ canxi trong dịch ngoại bào bởi sức co cơ vân được tạo ra gần như toàn bộ nhờ ion canxi giải phóng từ mạng nội cơ tương bên trong sợi cơ vân.

Kết thúc giai đoạn cao nguyên của điện thế hoạt động ở tim, dòng canxi đi vào trong sợi cơ đột ngột ngừng lại, và ion canxi trong cơ tương nhanh chóng được bơm ra khỏi sợi cơ vào mạng nội cơ tương và khoảng dịch ngoại bào ở ống T. Sự vận chuyển canxi trở lại mạng nội cơ tương là nhờ sự hỗ trợ của một bơm canxi - adenosin photphat (ATPase). Ion canxi cũng được đẩy ra khỏi tế bào nhờ vận chuyển ngược chiều natri - canxi. Natri đi vào tế bào trong vận chuyển ngược này sau đó sẽ được đẩy ra ngoài tế bào bởi bơm natri - kali ATPase. Kết quả là sự co bóp ngừng lại cho đến khi có một điện thế hoạt động mới xuất hiện.

Thời gian co bóp

Cơ tim bắt đầu co một vài mili giây sau khi điện thế hoạt động bắt đầu và tiếp tục co đến một vài mili giây sau khi điện thế hoạt động kết thúc. Do đó, thời gian của sự co bóp cơ tim phần lớn là thời gian của điện thế hoạt động, bao gồm cả cao nguyên khoảng 0.2 s của cơ tâm nhĩ và 0.3 s của cơ tâm thất.

Hình. Các cơ chế của khớp nối kích thích-co thắt và thư giãn trong cơ tim. ATP, adenosine triphosphate.