ディアド

動物や人間の筋肉組織内では、筋細胞（筋細胞）の収縮と弛緩は高度に制御されたリズミカルなプロセスです。心筋細胞では、筋収縮はダイアドと呼ばれる構造の動きによって起こります。ダイアドは、横行小管（t小管）と接合部筋小胞体（jSR）の接続部です。^{[ 1 ]}骨格筋の収縮と同様に、カルシウム（Ca2 ^{+ ）イオンは、}電位依存性カルシウムチャネルを介した分極と脱分極に必要です。細胞へのカルシウムの急速な流入は、細胞に収縮の信号を送ります。カルシウムの流入が筋肉全体に及ぶと、統一された筋収縮が引き起こされます。このプロセスは、興奮収縮連関として知られています。^{[ 2 ]}この収縮により、血液が心臓内および心臓から体の他の領域に押し出されます。

心筋細胞は、限られた種類の細胞小器官しか持たない非常に特殊化された細胞です。心筋細胞は、サルコメアと呼ばれる筋肉の「収縮単位」を含む複数の筋原線維で構成されています。^{[ 3 ]}これらのサルコメアは、筋原線維に沿って隣接する形で配置されています。他の細胞の形質膜と同様に、筋形質膜は心筋細胞を保護し、囲んでいます。「滑走フィラメント」収縮を行う2つの細胞成分は、ミオシンとアクチンであり、それぞれ太いフィラメントと細いフィラメントとも呼ばれます。 ^{[ 2 ]}心筋を顕微鏡で観察すると、太いフィラメントと細いフィラメントのコントラストによって横紋が見られます。Z線は各サルコメアの境界を定義し、細いフィラメント間の接続点として機能します。 T細管と筋小胞体は連携してカルシウムイオンを受け取り、輸送することで収縮を引き起こす。収縮が起こると、アクチンフィラメント間の透明なHゾーンは消失し、フィラメント同士が接近する。

心筋細胞は、心臓組織にのみ存在する特殊な形態の筋細胞です。これらの細胞は、基本的な筋細胞要素に加えて、1～4個の核と大量のアデノシン三リン酸（ATP）も含有しています。^{[ 2 ]}これらの付加物は、心臓が疲労に抵抗し、体全体に酸素を供給するために血液を継続的に送り出すのに役立ちます。ほとんどの筋細胞は、筋小胞体の2つの終末槽と1つのT細管が結合した三連構造を持っています。しかし、心筋細胞は、1つの筋小胞体とそのT細管のみが連結した二連構造を持っています。すべての筋細胞と心筋細胞のもう1つの顕著な違いは、介在板の存在です。心筋細胞間のこれらの密接な結合により、活動電位信号が加速的に伝達され、心筋の急速で律動的な収縮が行われます。

心筋の最も驚くべき特性の一つは、自動的に拍動する能力です。つまり、例えば試験管内でシャーレに培養された状態でも、心筋組織は収縮と弛緩を繰り返すことができるのです。これは、洞房結節に由来する「ペースメーカー細胞」の存在によるものです。この構造によって自発的な脱分極が起こり、組織全体に信号が伝達されます。

筋細胞の筋形質膜内には、横行小管と呼ばれる特定の陥入部が存在する。これらの構造はサルコメアのZ線に付着しており、細胞外空間と細胞内部との相互作用を促進するのに役立つ。 ^{[ 1 ]}これらの小管をZ線に接続することで、細胞内での興奮収縮連関の範囲が狭まる。^{[ 1 ]}横行小管内には、細胞外空間から筋細胞内へのカルシウム流入を可能にし、脱分極と収縮を開始させる、特徴的なイオンチャネルと細胞タンパク質が横行小管の二重層内に存在している。カルシウムは横行小管を通過すると、筋小胞体に到達する。

心筋細胞の内腔内では、筋小胞体が細胞内部へのカルシウム流入量を制御する領域として機能します。^{[ 4 ]} T細管を通過した後、カルシウムは筋小胞体に貯蔵され、内腔内のカルシウム濃度を低く保ちます。この筋肉が収縮すると、細胞は脱分極し、カルシウムが内腔に放出されて興奮収縮連関が生じます。最初のカルシウムが放出されると、収縮の完全性を維持するために、筋小胞体から追加のカルシウムの波が放出されます。

筋肉が長時間収縮することで生じる緊張は、筋小胞体からのカルシウムイオンの放出が長時間続くことに起因する。筋小胞体は収縮後にカルシウムイオンを吸収することで、筋肉疲労を調節し、体内の使いすぎによる損傷を防ぐことができる。

電位依存性カルシウムチャネルは、筋形質膜の活動電位の変化に応じて心筋細胞へのカルシウムイオンの流入を制御する上で重要な役割を果たします。 ^{[ 5 ]}細胞の活動電位の増加は細胞の脱分極を示し、イオンチャネルを直接開いて筋収縮を引き起こします。活動電位が低下すると、イオンチャネルが閉じ、カルシウムの流入とさらなる筋収縮を防ぎます。心筋細胞内のこの変動は、心臓組織のリズミカルな「ペースメーカー」に寄与します。

電位依存性カルシウムチャネルには、L型とT型の2種類があります。^{[ 5 ]} L型カルシウムチャネルは心臓全体の心筋組織に多く見られますが、T型カルシウムチャネルは洞房結節のペースメーカー細胞に多く存在します。これらのチャネルは活性化レベルもわずかに異なります。L型はより正の活動電位に反応し、T型チャネルはより負の活動電位で活性化されます。これらのゲートの不一致や機能不全は、徐脈などの多くの心臓疾患の原因となる可能性があります。

心筋細胞の構造組織は非常に複雑で特殊であるため、その配置や機能の変化は心臓疾患や欠陥を引き起こす可能性があります。たとえば、心不全の主な原因は、T細管と筋小胞体の接合部の欠如、または構造間の距離の減少に起因する可能性があります。^{[ 6 ]}この構造の変化により、心筋細胞内の興奮結合反応が著しく減少するか、完全に消失します。したがって、心臓の収縮がほとんどまたはまったく起こらず、心不全を引き起こします。逆に、接合部の距離が増加すると、高血圧と心筋症の両方で見られるように、興奮結合反応が増加する可能性があります。^{[ 6 ]}これらの状態は、複雑な構造のごくわずかな変化でさえ、長期にわたる影響を及ぼす可能性があることを証明しています。