심장근 세포의 수축조절

이론과 하이라이트 히스토리를 확인 할 수 있어요.

심장근 세포의 수축과 이완을 칼슘이 어떻게 조절하는지에 대한 이해가 중요하다.

동방결절, 방실결절, 히스속 등이 심장의 수축 조절에 어떻게 관여하는지에 대한 기초적인 지식이 중요하다.

디기탈리스(Digitalis)의 작용 기전을 묻는 문제가 출제된다.

1. 심장근 세포의 구조와 역할

• 심장근 세포는 자율적인 수축 능력을 가지며, 심장의 규칙적인 박동을 담당

• 이 세포들은 심장 전도 시스템에 의해 조정됨

• 근섬유와 미오신, 액틴 등으로 이루어져 있으며, 이들 사이의 상호작용을 통해 수축과 이완이 이루어짐

2. 심장근 세포 수축 과정

1) 전기 신호와 탈분극

• 동방결절(SA node)에서 발생한 전기 신호는 방실결절(AV node)을 거쳐 히스속(Bundle of His)과 푸르키니에 섬유(Purkinje fiber)를 통해 심실로 전달

• 이 신호는 심장근 세포의 세포막에 도달하여 탈분극을 일으킴

• 탈분극은 전압개폐형 칼슘 채널(VDCC, Voltage-Gated Calcium Channel)을 열어 외부에서 칼슘 이온(Ca²⁺)이 세포 내로 유입

2) 칼슘 유입과 세포 내 칼슘 농도 증가

• 칼슘 이온의 유입은 근소포체(SR)에서 추가적인 칼슘 방출 유도

• 세포 내 칼슘 농도가 증가함에 따라, 트로포닌 C(TnC, Troponin C)와 결합한 칼슘이 트로포닌-트로포미오신 복합체의 구조를 변형

3) 액틴과 미오신의 상호작용

• 트로포닌-트로포미오신 복합체의 구조 변화로 액틴과 미오신 필라멘트 간의 결합이 가능해짐

• 미오신 머리가 액틴 필라멘트를 잡고 슬라이딩 필라멘트 이론(근활주설)에 의해 근섬유 수축

4) 이완 과정

• 수축 후 칼슘 이온은 세포 외부로 펌프되거나 근소포체로 재흡수

• 칼슘 농도가 감소하면, 트로포닌-트로포미오신 복합체가 원래의 상태로 돌아가며 근섬유 이완

3. 심장근 세포 수축의 조절

1) 칼슘의 역할

• 칼슘 이온은 심장근 세포 수축의 가장 중요한 조절 물질

• 칼슘 농도 높아지면 수축 발생, 농도 낮아지면 이완 발생

2) 호르몬과 신경계의 영향

• 교감신경: 노르에피네프린은 β-아드레날린 수용체에 결합하여 칼슘 이온의 유입을 촉진하고, 심박수와 심장 수축력을 증가시킴

• 부교감신경: 아세틸콜린은 M2 수용체에 결합하여 칼슘 유입을 억제하고, 심박수를 감소시킴

4. 수축력 조절 메커니즘

1) 전압개폐형 칼슘 채널: 전기 자극에 의해 열리며, 칼슘 이온이 세포 내로 유입되어 수축 유도

2) 칼슘-칼모듈린 시스템: 칼슘이 칼모듈린(CaM, calcium-modulated protein)에 결합하면 단백질 인산화효소(protein kinase)가 활성화되어 근섬유 수축을 더욱 강하게 만듦

3) 칼슘 트랜스포터: 칼슘 펌프와 Na+/Ca²⁺ 교환기가 세포 외부로 칼슘을 내보내어 이완 촉진

5. 임상적 중요성

1) 심부전

• 심장의 수축력 감소는 심박출량의 감소를 초래하며, 심장기능이 약화되어 혈액 순환에 문제가 생김

• 약물 치료(예: 디기탈리스(Digitalis) 또는 베타차단제)를 통해 수축력 조절

2) 부정맥

• 심장 근육의 전기적 신호 전달 이상은 부정맥을 일으킬 수 있음

• 전기적 자극을 제대로 전달하기 위해 전극 자극기나 전기적 충격(제세동) 사용

6. 디기탈리스의 작용 메커니즘

1) Na+/K+-ATPase 억제

• 디기탈리스는 심장근 세포의 Na+/K+-ATPase를 억제하여 세포 내 소듐 농도를 증가시킴

2) Na+/Ca²⁺ exchanger의 비활성화

• 세포 내 소듐 농도가 증가하면, Na+/Ca²⁺ exchanger가 제대로 작동하지 않음

• 정상적으로는 이 교환기가 작동하여 소듐이 세포 안으로 들어오고, 칼슘(Ca²⁺)이 세포 밖으로 이동하지만, 디기탈리스로 이 과정이 방해됨

3) 세포 내 칼슘 농도 증가

• Na+/Ca²⁺ exchanger의 기능이 저하되면서, 칼슘이 세포 밖으로 배출되지 않고 세포 내로 유입

• 세포 내 칼슘 농도가 증가하면, 이 칼슘이 트로포닌 C와 결합하여 트로포닌-트로포미오신 복합체의 구조를 변화시킴

• 이 변화는 액틴과 미오신 사이의 결합을 촉진하여 근섬유 수축을 강화시킴

4) 근섬유 수축 강화

• 칼슘의 증가는 액토마이오신 반응을 촉진시켜 근섬유의 수축력을 증가시켜 심장 수축력이 강화되며, 이는 심박출량 증가로 이어짐

Guyton and Hall 14e, pp.270-281