心筋

心筋
詳細
の一部	心臓の壁
識別子
ラテン	心筋層線条体
メッシュ	D009206
TA98	A12.1.06.001
TA2	3950
ＦＭＡ	9462
解剖学用語 [Wikidataで編集]

心筋（心筋または心筋とも呼ばれる）は、骨格筋と平滑筋とともに、脊椎動物の 3 種類の筋組織のうちの 1 つです。心筋は、心臓壁の主要組織を構成する不随意の横紋筋です。心筋（心筋）は、心臓壁の外層（心膜）と内層（心内膜）の間に厚い中間層を形成し、冠状循環によって血液が供給されます。心筋は、介在板によって結合され、コラーゲン繊維および細胞外マトリックスを形成するその他の物質に包まれた個々の心筋細胞で構成されています。

心筋は骨格筋と似た方法で収縮しますが、いくつか重要な違いがあります。心臓活動電位の形での電気刺激により、細胞の内部カルシウム貯蔵庫である筋小胞体 からカルシウムが放出されます。カルシウムが上昇すると、興奮収縮連関と呼ばれるプロセスで細胞のミオフィラメントが互いに滑ります。心筋症として知られる心筋の病気は非常に重要です。これには、狭心症や心筋梗塞などの筋肉への血液供給が制限されることによって引き起こされる虚血状態が含まれます。

心臓の大部分は心筋組織または心筋でできています。心臓壁は3層構造で、厚い心筋層が内側の心内膜と外側の心外膜（臓側心膜とも呼ばれます）の間に挟まれています。内側の心内膜は心室の内側を覆い、心臓弁を覆い、心臓につながる血管の内側を覆う内皮と結合しています。心筋の外側には心外膜があり、心臓を取り囲み、保護し、潤滑する心膜嚢の一部を形成しています。 ^[1]

心筋内には、心筋細胞または心筋細胞のシートが数枚あります。心内膜に最も近い左心室を包む筋シートは、心外膜に最も近い筋シートに対して垂直に向いています。これらの筋シートが協調して収縮すると、心室は同時に複数の方向に圧迫されます。縦方向（心尖から心底に向かって短くなる）、放射状方向（左右に狭くなる）、ねじり動作（湿った布を絞るのと同じ）により、心拍ごとに心臓から可能な限り多くの血液を絞り出します。^[2]

収縮する心筋は多くのエネルギーを消費するため、酸素と栄養を供給するために一定の血液の流れが必要です。 血液は冠状動脈によって心筋に運ばれます。冠状動脈は大動脈基部から始まり、心臓の外側または心外膜表面にあります。その後、血液は冠状静脈によって右心房に排出されます。^[1]

心筋細胞（心筋細胞とも呼ばれる）は、心筋の収縮性筋細胞である。細胞は支持線維芽細胞によって生成された細胞外マトリックスに囲まれている。ペースメーカー細胞として知られる特殊化した改変型心筋細胞が、心臓の収縮のリズムを設定する。ペースメーカー細胞は筋節を持たず弱い収縮性しか持たず、ギャップ結合を介して隣接する収縮細胞と結合している。 [ ^{3]ペースメーカー細胞は、}上大静脈の入り口近くの右心房の壁に位置する洞房結節（主要なペースメーカー）に位置している。^[4]その他のペースメーカー細胞は房室結節（二次ペースメーカー）に見られる。

ペースメーカー細胞は、心臓の鼓動の原因となるインパルスを運びます。ペースメーカー細胞は心臓全体に分布しており、いくつかの機能を担っています。まず、電気インパルスを自発的に生成して送信する役割を担っています。また、脳からの電気インパルスを受信して​​応答することもできなければなりません。最後に、細胞から細胞へ電気インパルスを転送できなければなりません。^[5]洞房結節と房室結節のペースメーカー細胞は小さく、細胞間の伝導速度は比較的遅いです。ヒス束とプルキンエ線維の特殊な伝導細胞は直径が大きく、信号を高速で伝導します。^[6]

プルキンエ線維は電気信号を素早く伝導し、冠動脈は筋肉細胞に栄養を運び、静脈と毛細血管網は老廃物を排出します。^[7]

心筋細胞は、心臓のポンプ機能を可能にする収縮細胞です。各心筋細胞は、心臓から血液を効率的に送り出すために、機能的シンシチウムとして知られる近隣細胞と協調して収縮する必要がありますが、この協調が崩れると、個々の細胞が収縮しているにもかかわらず、心室細動などの異常な心拍リズムの際に発生するように、心臓がまったくポンプ機能を発揮しなくなる可能性があります。^[8]

顕微鏡で見ると、心筋細胞はおおよそ長方形で、大きさは100～150μm×30～40μmです。^[9]個々の心筋細胞は、その末端で介在板によって結合し、長い繊維を形成しています。各細胞には、互いに滑り合うアクチンとミオシンからなる特殊なタンパク質収縮繊維である筋原線維が含まれています。これらは、筋細胞の基本的な収縮単位であるサルコメアに組織化されています。筋原線維がサルコメアに規則的に組織化されているため、顕微鏡で見ると、心筋細胞は骨格筋と同様に縞模様または横紋模様になります。これらの横紋は、主にアクチンで構成される明るいIバンドと、主にミオシンで構成される暗いAバンドによって引き起こされます。 ^[7]

心筋細胞にはT管があり、これは細胞表面から細胞内部まで伸びる細胞膜の袋で、収縮の効率を高めるのに役立ちます。これらの細胞の大部分は核を1つしか持たず（中心核が2つあるものもあります）、多くの核を持つ骨格筋細胞とは異なります。心筋細胞には多くのミトコンドリアがあり、細胞に必要なエネルギーをアデノシン三リン酸（ATP）の形で供給するため、疲労に対する耐性が非常に高くなっています。^{[9] [7]}

T 管は細胞表面から細胞深部まで伸びる微細な管である。細胞膜と連続しており、同じリン脂質二重層で構成され、細胞表面で細胞を取り囲む細胞外液に通じている。心筋の T 管は骨格筋のものよりも大きくて幅が広いが、数は少ない。^[9]細胞の中心で T 管は結合し、横軸ネットワークとして細胞内および細胞に沿って走る。細胞内では、細胞内のカルシウム貯蔵庫である筋小胞体の近くにある。ここで、1 本の細管が末端槽と呼ばれる筋小胞体の一部と対になり、二本鎖として知られる組み合わせを形成する。^[10]

T管の機能には、活動電位と呼ばれる電気インパルスを細胞表面から細胞の中心部に迅速に伝達することや、興奮収縮連関と呼ばれるプロセスで細胞内のカルシウム濃度を調節することなどがある。^[9] T管は機械電気フィードバックにも関与しており、^[11]細胞収縮によって誘発されるT管の内容物交換（移流促進拡散）からも明らかであり、^[12]共焦点および3D電子トモグラフィー観察によって確認されている。^[13]

心臓シンシチウムは、介在板で接続された心筋細胞のネットワークであり、ネットワークを通じて電気インパルスが迅速に伝達され、シンシチウムが心筋の協調収縮に作用することを可能にする。心臓連結繊維によって接続された心房シンシチウムと心室シンシチウムがある。 ^[14]介在板を通る電気抵抗は非常に低いため、イオンの自由拡散が可能になる。心筋繊維軸に沿ったイオンの移動が容易なため、活動電位はわずかな抵抗を受けるだけで、ある心筋細胞から次の心筋細胞へと移動することができる。各シンシチウムは、全か無かの法則に従う。^[15]

介在板は、単一の心筋細胞を電気化学的シンシチウムに接続する複雑な接着構造である（骨格筋は胚発生中に多細胞シンシチウムになる）。この板は主に、筋肉の収縮時に力を伝える役割を担っている。介在板は、アクチンフィラメント固定筋膜接着結合、中間径フィラメント固定デスモソーム、ギャップ結合の3種類の細胞間接合部から構成される。^[16]細胞間のイオン通過を許可することで活動電位が心臓細胞間に広がり、心筋の脱分極を引き起こす。3種類の接合部は、1つの領域複合体として一緒に機能する。^{[16] [17] [18] [19]}

光学顕微鏡下では、介在板は隣接する心筋細胞を分割する細い、典型的には暗く染色された線として現れる。介在板は筋線維の方向に対して垂直に走る。電子顕微鏡下では、介在板の経路はより複雑に見える。低倍率では、これは不明瞭なZ線の位置を覆う複雑な電子密度構造として現れることがある。高倍率では、介在板の経路はさらに複雑に見え、縦断面には縦方向と横方向の両方の領域が現れる。^[20]

心臓線維芽細胞は、心筋内の重要な支持細胞です。心筋細胞のように強力な収縮を起こすことはできませんが、心筋細胞を取り囲む細胞外マトリックスの生成と維持に大きく関与しています。^{[7]線維芽細胞は、}心筋梗塞 などの損傷への対応において重要な役割を果たします。損傷後、線維芽細胞は活性化され、線維芽細胞（細胞外マトリックスを生成）と平滑筋細胞（収縮能力）の中間の挙動を示す細胞である筋線維芽細胞に変化します。この能力により、線維芽細胞はコラーゲンを生成すると同時に、損傷部位の端を引っ張るように緩やかに収縮することで損傷を修復することができます。^[21]

線維芽細胞は心筋細胞よりも小さいが数が多く、一度に複数の線維芽細胞が心筋細胞に付着することができる。心筋細胞に付着すると、線維芽細胞は筋細胞の表面膜を通過する電流に影響を与えることができ、この文脈では電気的に結合されていると言われており、^[22] 1960年代に最初に試験管内で示され、^[23]最終的には光遺伝学的技術の助けを借りて天然の心臓組織で確認された。^[24]線維芽細胞のその他の潜在的な役割としては、心臓伝導系の電気的絶縁や、心筋細胞や脂肪細胞を含む他の細胞型に変化する能力などがある。^[21]

細胞外マトリックス（ECM）は心筋細胞と線維芽細胞を取り囲んでいます。ECMはコラーゲンやエラスチンなどのタンパク質と、グリコサミノグリカンと呼ばれる多糖類（糖鎖）で構成されています。^[7]これらの物質は一緒になって筋細胞を支え、強度を与え、心筋に弾力性を与え、水分子を結合させることで筋細胞の水分を保ちます。

筋細胞と直接接触する基質は基底膜と呼ばれ、主にIV型コラーゲンとラミニンで構成されています。心筋細胞はインテグリンと呼ばれる特殊な糖タンパク質を介して基底膜に結合しています。^[25]

人間は一定数の心筋細胞、つまり心筋細胞を持って生まれ、幼少期の発育中に心臓が大きくなるにつれてサイズが大きくなります。心筋細胞は加齢とともにゆっくりと入れ替わることが証拠から示唆されていますが、出生時に存在する心筋細胞のうち、通常の寿命の間に入れ替わるのは50%未満です。^{[26]個々の心筋細胞の成長は、通常の心臓の発達中に起こるだけでなく、激しい運動（}運動心臓症候群）、心臓病、または心筋梗塞後などの心筋損傷に反応して起こります。健康な成人の心筋細胞は、長さ約100μm、直径10～25μmの円筒形をしています。心筋細胞の肥大は、細胞内に新しいサルコメア単位が作られるサルコメロ形成によって起こります。心臓容量過負荷の間、心筋細胞は偏心性肥大によって成長します。^[27]心筋細胞は長さ方向に伸びますが、直径は同じであるため、心室拡張を引き起こします。心臓圧負荷の間、心筋細胞は同心円状肥大により成長します。^[27]心筋細胞は直径が大きくなりますが、長さは同じであるため、心臓壁が厚くなります。

心筋の生理機能は骨格筋の生理機能と多くの類似点があります。両方の筋肉の主な機能は収縮であり、どちらの場合も収縮は活動電位と呼ばれる細胞膜を横切る特徴的なイオンの流れから始まります。心臓の活動電位はその後、細胞質内のカルシウム濃度を上昇させることで筋肉の収縮を引き起こします。

心拍周期とは、1 回の心拍開始から次の心拍開始までの人間の心臓の機能のことです。心拍周期は 2 つの期間から構成されます。1 つは心筋が弛緩して血液を補充する拡張期で、その後に強力な収縮と血液の送り出しが行われる収縮期が続きます。血液が空になった後、心臓は直ちに弛緩して拡張し、肺や体の他のシステムから戻ってくる血液を再び受け入れ、その後再び収縮して​​肺やそれらのシステムに血液を送り出します。正常に機能する心臓は、再び効率的に血液を送り出す前に完全に拡張する必要があります。

休止期は分極していると考えられる。心拍のこの段階の休止電位は、ナトリウム、カリウム、カルシウムなどのイオンを分離する。心筋細胞は自動性または自発的脱分極の特性を有する。これは、脱分極の閾値に達するまでナトリウムイオンがゆっくりと細胞内に入ることを可能にする膜の直接的な結果である。カルシウムイオンがそれに続き、脱分極をさらに延長する。カルシウムが内側への移動を停止すると、カリウムイオンがゆっくりと移動して再分極を引き起こす。CMC膜の非常に遅い再分極が、長い不応期の原因である。^{[28] [29]}

しかし、細胞質内のカルシウム濃度が上昇するメカニズムは、骨格筋と心筋とでは異なります。心筋では、活動電位はナトリウムイオンとカルシウムイオンの両方の流入で構成されます。ナトリウムイオンの流入は急速ですが、非常に短命です。一方、カルシウムの流入は持続し、心筋活動電位の特徴であるプラトー相をもたらします。L型カルシウムチャネルを通る比較的少量のカルシウムの流入は、カルシウム誘発性カルシウム放出として知られる現象で、筋小胞体からのはるかに大量のカルシウムの放出を引き起こします 。対照的に、骨格筋では、活動電位中に細胞に流入するカルシウムは最小限であり、代わりにこれらの細胞内の筋小胞体は表面膜に直接結合しています。この違いは、心筋線維が収縮するためには細胞周囲の溶液にカルシウムが必要であるのに対し、骨格筋線維は細胞外カルシウムがなくても収縮するという観察によって説明できます。

心筋細胞の収縮時には、細胞の長さに沿って配向した長いタンパク質ミオフィラメントが互いに滑ります。これは、スライディングフィラメント理論として知られています。ミオフィラメントには、タンパク質ミオシンで構成される太いフィラメントと、タンパク質アクチン、トロポニン、トロポミオシンで構成される細いフィラメントの 2 種類があります。太いフィラメントと細いフィラメントが互いに滑り合うと、細胞は短く太くなります。クロスブリッジサイクリングと呼ばれるメカニズムでは、カルシウムイオンがタンパク質トロポニンに結合し、トロポミオシンとともにアクチン上の重要な結合部位が露出します。次に、太いフィラメント内のミオシンがアクチンに結合し、細いフィラメントに沿って太いフィラメントを引っ張ります。細胞内のカルシウム濃度が低下すると、トロポニンとトロポミオシンが再びアクチンの結合部位を覆い、細胞が弛緩します。

心筋細胞は再生できないと一般に信じられていた。しかし、2009年に発表された報告書はこれを否定した。^[30]ストックホルムのカロリンスカ研究所のオラフ・バーグマンと彼の同僚は、心臓の周囲に心筋がほとんどなく、この異常による障害を呈する人が多かった1955年以前に生まれた人々の心筋サンプルを検査した。多くの心臓から採取したDNAサンプルを用いて、研究者らは4歳児は年間約20%の心筋細胞を再生し、50歳の人の心筋細胞の約69%は出生後に生成されたと推定した。^[30]

心筋細胞の再生が起こる一つの方法は、通常の老化プロセス中に既存の心筋細胞が分裂することです。^[31]

2000年代には、成人の内因性心臓幹細胞の発見が報告され、骨髄幹細胞を含むさまざまな幹細胞系統が心筋細胞に分化することができ、心不全の治療に使用できると主張する研究が発表されました。^{[32] [33]} しかし、他のチームはこれらの発見を再現することができず、元の研究の多くは後に科学的詐欺として撤回されました。^{[34] [35]}

心筋は心臓の心房と心室の両方を形成します。この筋肉組織は心室間で非常に似ていますが、いくつかの違いがあります。心室の心筋は強力な収縮を可能にするために厚くなっていますが、心房の心筋ははるかに薄いです。心筋を構成する個々の心筋細胞も心室間で異なります。心室の心筋細胞はより長くて幅が広く、T管ネットワークがより密です。カルシウム処理の基本的なメカニズムは心室と心房の心筋細胞で類似していますが、カルシウムトランジェントは心房筋細胞の方が小さく、より急速に減少し、それに応じてカルシウム緩衝能力が増加します。^[36]イオンチャネルの補数は心室間で異なり、心室での活動電位持続時間と有効不応期が長くなります。I _K(UR)などの特定のイオン電流は心房心筋細胞に非常に特異的であるため、心房細動の治療の潜在的な標的となる可能性がある。^[37]

心筋に影響を及ぼす疾患は心筋症として知られ、先進国における死亡原因の第1位である。^[38]最も一般的な病状は冠動脈疾患であり、心臓への血液供給が減少する。冠動脈は、アテローム性プラークの形成により狭くなる。^[39]これらの狭窄が血流を部分的に制限するほど深刻になると、狭心症症候群が発生する可能性がある。^[39]これは通常、労作時に胸痛を引き起こし、安静にすると軽減する。冠動脈が突然非常に狭くなったり完全に閉塞したりして、血管を通る血流が遮断または大幅に減少すると、心筋梗塞または心臓発作が発生する。^[40]薬物療法、経皮的冠動脈形成術、または手術によって閉塞が速やかに解消されない場合、心筋領域に永久的な瘢痕や損傷が生じる可能性がある。^[41]具体的な心筋症としては、左室重量の増加（肥大型心筋症）、^[42]異常に大きい（拡張型心筋症）、^[43]異常に硬い（拘束型心筋症）などがあります。^[44]これらの病態の中には遺伝子変異によって引き起こされるものもあり、遺伝する可能性があります。^[45]

血液供給が正常であっても、心筋が損傷を受けることがあります。心筋は心筋炎と呼ばれる状態で炎症を起こすことがあります。 ^[46]最も一般的にはウイルス感染が原因ですが^[47]、時には体自身の免疫系が原因となることもあります。^[48]心筋は、アルコールなどの薬物、長期にわたる高血圧、または異常な心拍動の持続によっても損傷を受けることがあります。^[49] これらの状態の多くは、重度の場合、心臓に大きな損傷を与え、心臓のポンプ機能が低下する可能性があります。心臓が体の必要量を満たすのに十分な血液を送り出せなくなると、心不全と呼ばれます。^[49]

心筋細胞への重大な損傷は筋細胞溶解と呼ばれ、凝固性または融解性として定義される細胞壊死の一種と考えられています。 ^{[50] [51]}

ウィキメディア・コモンズには心筋に関連するメディアがあります。

• フランク・スターリングの心の法則
• ネブレット
• タンパク質S100-A1
• 心臓の局所機能
• 成人の体内の異なる細胞タイプのリスト

• 心筋組織学