Sự co cơ

Ion canxi (Ca++) tích trữ chủ yếu trong lưới cơ tương (sarcoplasmic reticulum) của tế bào cơ tim đóng vai trò quan trọng trong quá trình co cơ. Khi xung điện truyền đến cơ tim và gây khử cực, một lượng nhỏ canxi ngoại bào được đưa vào trong tế bào cơ tim qua các kênh canxi type L và kênh trao đổi natri-canxi, kích thích thụ thể ryanodine 2 của lưới cơ tương và gây ra sự giải phóng canxi ồ ạt từ lưới cơ tương vào dịch nội bào. Canxi nội bào đến và gắn với troponin C trong phức hợp troponin gắn trên sợi tropomyosin, làm sợi tropomyosin dịch chuyển và bộc lộ các điểm neo trên sợi actin, tạo điều kiện cho chu trình nối cầu (cross-bridge cycle) giữa đầu myosin và sợi actin được diễn ra, dẫn đến sự co tơ cơ (sarcomere) mà chúng ta thường thấy ở thì tâm thu (khi tất cả các tơ cơ được co cùng lúc). Ngoài ra, giữa nồng độ canxi giải phóng vào dịch nội bào và lực co tạo ra cũng có mối liên hệ, nghĩa là dưới ngưỡng nồng độ canxi nhất định sẽ không gây ra sự co cơ, nhưng bắt đầu từ trên ngưỡng, lực co sẽ được tạo ra và tăng dần cho đến khi đạt đến mức bão hoà (không thể tăng thêm lực dù nồng độ canxi có tăng). Một số nghiên cứu cho thấy độ nhạy canxi của troponin C có thể thay đổi, trong đó với cùng một lượng canxi lực co có thể mạnh hơn (tăng độ nhạy) hay yếu hơn (giảm độ nhạy). Ngay sau quá trình co cơ (tâm thu), canxi tách khỏi troponin C và được chuyển ra khỏi dịch nội bào chủ yếu qua con đường tái hấp thu vào lưới cơ tương bằng bơm SERCA2a (sarco/endoplasmic reticulum ATPase) để dành cho lần co cơ tiếp theo, làm ngưng chu trình nối cầu và tơ cơ được nghỉ ngơi trong thì tâm trương.

Ngoài xung điện, các catecholamines được tiết ra từ phản ứng thần kinh giao cảm (sympathetic nervous response) của cơ chế bù trừ như adrenaline và noradrenaline khi gắn với thụ thể beta-1 adrenergic trên màng tế bào cũng điều tiết sự giải phóng canxi vào dịch nội bào, khởi đầu bằng việc kích hoạt enzyme AC (adenylyl cyclase). Enzyme AC sau đó chuyển hoá ATP (adenosine monophosphate) thành cAMP (cyclic adenosine monophosphate), và cAMP tiếp tục kích hoạt enzyme PKA (protein kinase A). PKA làm tăng khả năng co bóp của tim bằng việc giải phóng nhiều canxi hơn vào dịch nội bào thông qua phosphoryl hoá kênh canxi type L và thụ thể ryanodine 2 (nhưng bị giới hạn do giảm độ nhạy canxi), và tăng nhịp tim thông qua phosphoryl hoá troponin I (trong phức hợp troponin) làm tăng tốc độ canxi tách khỏi troponin C và phosphoryl hoá phospholamban (protein ức chế bơm SERCA) giúp đẩy nhanh và nhiều canxi vào lại lưới cơ tương để sẵn sàng cho lần giải phóng tiếp theo. Lượng cAMP nội bào được điều tiết bởi enzyme PDE (phosphodiesterase), trong đó PDE phân giải cAMP thành 5’AMP.