Cơ chế co cơ trơn

Thành phần

Cơ trơn có các sợi actin và myosin, tính chất hóa học tương tự như sợi actin và myosin của cơ vân. Tuy nhiên, nó không chứa phức hợp troponin- thành phần kiểm soát co cơ ở cơ vân, vì vậy cơ chế kiểm soát co cơ 2 loại khác nhau. Vấn đề này sẽ được giải thích sau một cách rõ hơn.

Các nghiên cứu chỉ ra rằng, sợi actin và myosin trong cơ trơn hoạt động như cơ chế của cơ vân. Cụ thể là, quá trình này được hoạt hóa bởi ion Ca và adenosine triphosphate (ATP) bị phân giải thành adenosine diphosphate (ADP) để cung cấp năng lượng cho sự co cơ.

Tuy nhiên, có những khác nhau chủ yếu giữa giữa cấu trúc cơ trơn và cơ vân, như khác nhau giữa kích thích-co cơ, cách kênh Ca, duy trì co cơ và năng lượng tiêu hao do co cơ.

Đặc điểm cấu tạo

Sự sắp xếp các sợi actin và myosin là khác nhau giữa cơ trơn khác cơ vân. Dưới kính hiển vi điện tử, một lượng lớn các sợi actin bị bó lại bởi các dense bodies. Một vài dense bodies gắn vào màng tế bào, một số khác nằm trong tế bào cơ. Các dense bodies trên màng tế bào gắn với nhau thông qua các cầu nối protetin nội bào, đây là cơ sở truyền lực co cơ giữa các tế bào.

Xen giữa các sợi actin là các sợi myosin. Sợi myosin có đường kính gấp đôi sợi actin. Dưới kính hiển vi điện tử, số lượng sợi actin gấp 5-10 lần sợi myosin.

Hình. Cấu trúc vật lý của cơ trơn. Sợi ở phía trên bên trái cho thấy các sợi Actin tỏa ra từ các cơ thể dày đặc. Sợi ở phía dưới bên trái và bên phải chứng minh mối quan hệ của các sợi myosin với các sợi Actin.

Hình bên phải miêu tả một đơn vị cơ trơn. Nhiều sợi actin tỏa ra từ các dense bodies. Tận cùng các sợi actin nằm chồng chéo lên các sợi myosin. Cấu trúc này tương tự như cơ vân nhưng  không theo quy luật của cơ vân. Thực tế, các dense bodies đóng vai trò tương tự như các đĩa Z của cơ vân.

Một sự khác biệt nữa là các sợi myosin có các cầu nối “sidepolar” được sắp xếp sao cho mỗi bên gắn với một phía cầu nối. Sự sắp xếp này cho phép các sợi myosin kéo một sợi actin theo một hướng và kéo các sợi actin khác theo hướng ngược lại. Việc này giúp các sợi cơ trơn co ngắn được 80% tổng chiều dài của chúng trong khi ở cơ vân chưa được 30%.

So sánh sự co cơ ở cơ trơn và cơ vân

Trong khi cơ vân co và giãn rất nhanh thì cơ vân co rất chậm, có thể kéo dài nhiều giờ hoặc thậm chí nhiều ngày. Vì vậy, rõ ràng cấu trúc và thành phần giữa 2 loại cơ sẽ khác nhau.

Cầu nối Myosin chậm

Vận tốc của các cầu nối Myosin trong cơ trơn là sự gắn rồi nhả sợi các sợi actin, và lại gắn rồi nhả, chậm nhiều lần so với cơ vân. Thực tế, tần số này ở cơ vân là 1/10 đến 1/300. Tuy nhiên, chính sự gắn chậm này làm tăng lực co cơ ở cơ trơn. Một lý do khác cho sự gắn chậm này là các cầu nối Myosin ở cơ trơn sử dụng ít năng lượng ATP hơn.

Nhu cầu năng lượng để duy trì co cơ thấp

Nhu cầu năng lượng này chỉ bằng 1/10 đến 1/300 so với cơ vân do quá trình gắn và nhả myosin với actin chỉ sử dụng 1 ATP, dù thời gian co cơ trơn kéo dài bao lâu. Điều này có vai trò quan trọng với tổng năng lượng cơ thể bởi các cơ quan như ruột, bàng quang, túi mật… co cơ gần như liên tục.

Thời gian từ lúc kích thích đến khi co và giãn kéo dài

Nhìn chung, khoảng thời gian này từ 0-100 mili giây, co tối đa sau 0.5 giây tiếp, giãn trong 1-2 giây, tổng thời gian 1-3 giây, dài gấp 30 lần so với cơ vân. Tuy nhiên, thời gian kích thích này tùy thuộc từng loại cơ trơn, có thể từ 0.2-30 giây tùy loại. Điều này được giải thích là do các cầu nối Myosin chậm và đáp ứng với ion Ca chậm hơn cơ vân.

Lực co tối đa của cơ trơn mạnh hơn nhiều lần cơ vân

Mặc dù cơ trơn có ít sợi myosin hơn và do các cầu nối Myosin chậm, lực co tối đa của cơ trơn mạnh hơn cơ vân nhiều lần. Ví dụ cùng một cm2, cơ trơn kéo được 4-6kg trong khi cơ vân chỉ kéo được 2-3kg. Nguyên nhân là do khả năng duy trì liên kết giữa sợi actin và myosin.

Cơ chế chốt tạo điều kiện cho các cơn co thắt cơ trơn kéo dài. Một khi cơ trơn đã phát triển co bóp hoàn toàn, lượng kích thích tiếp tục thường có thể giảm xuống thấp hơn nhiều so với mức ban đầu mặc dù cơ vẫn duy trì toàn bộ lực co bóp. Hơn nữa, năng lượng tiêu thụ để duy trì sự co lại thường rất nhỏ, đôi khi chỉ bằng 1/300 năng lượng cần thiết cho sự co cơ xương duy trì tương đương. Cơ chế này được gọi là cơ chế chốt chốt của Wap. Tầm quan trọng của cơ chế chốt là nó có thể duy trì sự co thắt kéo dài trong cơ trơn trong nhiều giờ mà ít sử dụng năng lượng. Ít tín hiệu kích thích tiếp tục được yêu cầu từ các sợi thần kinh hoặc các nguồn nội tiết tố. Căng thẳng-Thư giãn của cơ trơn. Một đặc tính quan trọng khác của cơ trơn, đặc biệt là loại cơ trơn đơn nhất nội tạng của nhiều cơ quan rỗng, là khả năng quay trở lại gần như lực co bóp ban đầu của nó vài giây hoặc vài phút sau khi nó bị kéo dài hoặc rút ngắn. Ví dụ, sự tăng đột ngột về thể tích dịch trong bàng quang tiết niệu, do đó kéo căng cơ trơn trong thành bàng quang, gây ra sự gia tăng áp lực lớn ngay lập tức trong bàng quang. Tuy nhiên, trong 15 giây tiếp theo hoặc lâu hơn, mặc dù tiếp tục kéo dài thành bàng quang, áp lực trở lại gần như chính xác trở lại mức ban đầu. Sau đó, khi âm lượng được tăng thêm bởi một bước khác, hiệu ứng tương tự lại xảy ra. Ngược lại, khi âm lượng giảm đột ngột, áp lực giảm mạnh lúc đầu nhưng sau đó tăng lên trong vài giây hoặc vài phút tới hoặc gần mức ban đầu. Những hiện tượng này được gọi là thư giãn căng thẳng và thư giãn căng thẳng ngược. Tầm quan trọng của chúng là, ngoại trừ trong thời gian ngắn, chúng cho phép một cơ quan rỗng duy trì cùng một áp lực bên trong lòng của nó mặc dù được duy trì, những thay đổi lớn về âm lượng.