Саркомер

Как устроен саркомер?

Саркомер представляет собой участок миофибриллы, расположенный между двумя соседними Z-линиями (телофрагмами). К этим границам крепятся тонкие нити. В одной миофибрилле последовательно располагаются сотни и тысячи таких единиц.

Основные структурные элементы:

• Миозин — толстые филаменты. Имеют подвижную головку с ферментативной активностью (АТФ-аза).
• Актин — тонкие филаменты, прикрепленные к Z-дискам. Содержат участки связывания для миозина.
• Тропомиозин — тонкие нити регуляторного белка на поверхности актина.
• Тропонин — регуляторный белок, расположенный на актине; в покое блокирует взаимодействие актина и миозина.
• Т-трубочки — система поперечных трубочек для проведения возбуждения внутрь клетки.

Соотношение тонких и толстых нитей составляет примерно 4 к 1. На поперечном срезе в зоне перекрытия наблюдается строгая гексагональная упаковка: вокруг одной толстой нити сгруппированы 6 тонких, а вокруг одной тонкой — 3 толстые.

Топография и зоны (от края до края):

1. Z-линия — граница саркомера.
2. I-полудиск (светлый) — содержит только тонкие миофиламенты.
3. Темная часть диска А — зона перекрытия, где присутствуют и толстые, и тонкие нити.
4. H-зона — светлая полоска в центре А-диска, содержит только толстые миофиламенты. Посередине проходит M-линия.
5. Темная часть диска А.
6. I-полудиск (светлый).
7. Z-линия — противоположная граница.

Именно такое зональное распределение создает оптическую неоднородность. Чередование светлых I-дисков и темных A-дисков создает характерную поперечную исчерченность, видимую в световой микроскоп у целого мышечного волокна.

Механизм мышечного сокращения

Механизм работы саркомера основан на теории скольжения нитей. Под действием ионов $Ca^{2+}$ происходит скольжение нитей.

Этапы и динамика зон:

• Головка миозина совершает гребковое движение.
• Актиновая нить подтягивается к центру саркомера, скользя вдоль миозиновой.
• Z-диски сближаются, и общая длина саркомера уменьшается.
• Тонкие филаменты глубже входят между толстыми: светлые I-диски и H-зона сужаются, а темные части A-диска (зоны перекрытия) расширяются.
• Общая ширина A-диска остается неизменной, так как длина толстых филаментов не меняется.

Максимальный предел сокращения наступает, когда I-диски полностью исчезают, а толстые филаменты упираются в Z-линии. При исходных размерах (I-диск — 0,8 мкм, A-диск — 1,5 мкм) мышца может укоротиться примерно на 35% своей длины.

Зависимость силы сокращения от длины:

• При чрезмерном растяжении количество поперечных мостиков между актином и миозином падает, что снижает силу сокращения.
• При отсутствии нагрузки (укорочении) нити актина наползают друг на друга, количество эффективных мостиков также снижается, и сила сокращения падает.

Клиническое значение: гипертрофическая кардиомиопатия

При ГКМП встречаются патогенные варианты в генах саркомерных белков. В 15–20% случаев причиной развития ГКМП являются патогенные варианты в генах белков цитоскелета, ионных каналов, Z-дисков и других внутриклеточных структур.

Патогенез:

1. Нарушается кальциевый гомеостаз, повышается чувствительность миофиламентов к $Ca^{2+}$.
2. Возникает нарушение сократимости: сила сокращения саркомера в систолу растет, а степень расслабления в диастолу падает.
3. Формируется энергетический дефицит из-за повышенной потребности кардиомиоцита в АТФ.
4. Происходит сбой внутриклеточных процессов и реактивация компенсаторных эмбриональных программ гипертрофического роста.
5. На клеточном уровне повышается синтез эмбриональных форм саркомерных белков, активируются киназные сигнальные каскады, пролиферируют фибробласты с трансформацией в миофибробласты, возникает дисбаланс в системе коллагенолиза.

Генетические особенности: Большинство патогенных вариантов уникальны: они описаны однократно или у единичных пациентов. Частота каждой конкретной замены среди всех причин ГКМП не превышает 1%. В 5–7% случаев встречаются множественные мутации: наличие 2, 3 и более патогенных вариантов. Чаще всего это комбинации мутаций в генах саркомерных белков. Для них характерны более ранний дебют, часто в детском возрасте, выраженная гипертрофия межжелудочковой перегородки и высокий риск внезапной сердечной смерти.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Миофибрилла
• Актин и миозин
• Механизм мышечного сокращения
• Гипертрофическая кардиомиопатия

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.