生理学 · 1.8
平滑筋の生理学。各種平滑筋の機能。
The physiology of smooth muscle. The functions of different types of smooth muscle.
🧠 平滑筋は「トロポニンtroponin トロポニン（troponin）troponin（トロポニン） を持たない筋肉」だと押さえる。 骨格筋のCa²⁺センサーはトロポニンC troponin C トロポニンC（troponin C） troponin C（トロポニンC） だが、平滑筋はカルモジュリン calmodulin カルモジュリン（calmodulin） calmodulin（カルモジュリン） がCa²⁺を受け取り、MLCK（myosin light chain kinase、ミオシン軽鎖キナーゼmyosin light chain kinase (MLCK)ミオシン軽鎖キナーゼ（myosin light chain kinase (MLCK)）myosin light chain kinase (MLCK)（ミオシン軽鎖キナーゼ））がミオシン軽鎖 myosin light chain ミオシン軽鎖（myosin light chain） myosin light chain（ミオシン軽鎖） をリン酸化して初めて収縮する。この「カルモジュリンcalmodulin カルモジュリン（calmodulin）calmodulin（カルモジュリン） 経由」という1点さえ理解すれば、単収縮単位single-unit 単収縮単位（single-unit）single-unit（単収縮単位） と多収縮単位 multi-unit SMC 多収縮単位（multi-unit SMC） multi-unit SMC（多収縮単位） の違いも、収縮・弛緩のシグナル経路もすべて芋づる式に理解できる。
平滑筋の基本構造
- 単核・紡錘形fusiform 紡錘形（fusiform）fusiform（紡錘形） の細胞。骨格筋・心筋と異なり横紋がない——太い・細いフィラメントは存在するが、筋節（サルコメアsarcomereサルコメア（sarcomere）sarcomere（サルコメア）、Z線 Z-line）には組織化されていない。
- T管T-tubule (transverse tubule) T管（T-tubule (transverse tubule)）T-tubule (transverse tubule)（T管） はないが筋小胞体 sarcoplasmic reticulum 筋小胞体（sarcoplasmic reticulum） sarcoplasmic reticulum（筋小胞体） は存在する。
- 消化管、膀胱、尿管、細気管支bronchiole細気管支（bronchiole）bronchiole（細気管支）、血管壁などの中空器官 hollow organ 中空器官（hollow organ） hollow organ（中空器官） の壁に存在。
フィラメント構成： 細いフィラメント＝アクチン＋トロポミオシン tropomyosin トロポミオシン（tropomyosin） tropomyosin（トロポミオシン） （トロポニンtroponin トロポニン（troponin）troponin（トロポニン） なし）。太いフィラメント＝ミオシン（myosin、重鎖heavy chain 重鎖（heavy chain）heavy chain（重鎖） 2本＋軽鎖2対、軽鎖はMLCKによりリン酸化されうる）。
平滑筋の電気的結合による分類
| 型 | 局在 | 特徴 |
|---|---|---|
| 単収縮単位single-unit単収縮単位（single-unit）single-unit（単収縮単位） | 消化管、泌尿生殖器系genitourinary system泌尿生殖器系（genitourinary system）genitourinary system（泌尿生殖器系） | ギャップ結合gap junction ギャップ結合（gap junction）gap junction（ギャップ結合） で電気的に密結合し広い領域が一斉収縮。自発的なペースメーカー活動 pacemaker activity ペースメーカー活動（pacemaker activity） pacemaker activity（ペースメーカー活動） （徐波slow wave徐波（slow wave）slow wave（徐波））を示す |
| 多収縮単位multi-unit SMC多収縮単位（multi-unit SMC）multi-unit SMC（多収縮単位） | 虹彩iris虹彩（iris）iris（虹彩）、気道、大血管の中膜 | 各細胞が個別に神経支配を受け、神経性に厳密に調節される |
平滑筋の活動電位
平滑筋膜電位は連続的に変動する徐波slow wave徐波（slow wave）slow wave（徐波）を示す。これはCajal介在細胞 interstitial cell of Cajal Cajal介在細胞（interstitial cell of Cajal） interstitial cell of Cajal（Cajal介在細胞） が発生させた電気的APがギャップ結合 gap junction ギャップ結合（gap junction） gap junction（ギャップ結合） を通じて伝播したもの1。
- 収縮の閾値： APスパイク spike スパイク（spike） spike（スパイク） なしでも収縮が起こりうる電位。
- 電気的閾値electrical threshold 電気的閾値（electrical threshold）electrical threshold（電気的閾値） ： APが発生する電位。
| 脱分極の程度 | 結果 |
|---|---|
| 電気的閾値electrical threshold 電気的閾値（electrical threshold）electrical threshold（電気的閾値） を超えない | 緊張性収縮tonic contraction 緊張性収縮（tonic contraction）tonic contraction（緊張性収縮） （基礎活動） |
| 電気的閾値electrical threshold 電気的閾値（electrical threshold）electrical threshold（電気的閾値） を超える | 相動性収縮phasic contraction 相動性収縮（phasic contraction）phasic contraction（相動性収縮） （AP頻度↑＝収縮力↑） |
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cation'>陽イオン</span><span class='jp-term jp-term-diagram' title='leak channel'>リークチャネル</span>開口→脱分極（Na+流入）"]
A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electrical threshold'>電気的閾値</span>到達→L型VDCC開口→AP<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spike train'>スパイク列</span>"]
B --> C["[Ca2+]IC上昇→Ca2+活性化K+チャネル開口"]
C --> D["緩徐な再分極"]
D --> E["VDCC閉鎖→[Ca2+]IC低下→Ca2+活性化K+チャネル閉鎖"][Ca²⁺]IC上昇の3つの経路
平滑筋の収縮はすべて[Ca²⁺]ICの上昇に依存する。上昇経路は3つある。
| 経路 | 局在 | トリガー |
|---|---|---|
| 電位依存性Ca²⁺チャネルvoltage-gated calcium channel電位依存性Ca²⁺チャネル（voltage-gated calcium channel）voltage-gated calcium channel（電位依存性Ca²⁺チャネル） | サルコレンマsarcolemmaサルコレンマ（sarcolemma）sarcolemma（サルコレンマ） | 脱分極（骨格筋と異なりEC Ca²⁺を取り込む）。SRからのCa²⁺誘発性Ca²⁺放出も誘導 |
| リガンド依存性ligand-gated リガンド依存性（ligand-gated）ligand-gated（リガンド依存性） Ca²⁺チャネル calcium channel Ca²⁺チャネル（calcium channel） calcium channel（Ca²⁺チャネル） （ligand-gated Ca²⁺ channel） | サルコレンマsarcolemmaサルコレンマ（sarcolemma）sarcolemma（サルコレンマ） | 膜電位非依存。ホルモン/NTの受容体を介する |
| IP₃依存性Ca²⁺チャネル calcium channelCa²⁺チャネル（calcium channel） calcium channel（Ca²⁺チャネル） | SR膜 | Gq活性化→PLC→PIP₂→IP₃+DAGDAG（diacylglycerol） |
ミオシンのリン酸化と収縮機構
平滑筋はトロポニン troponin トロポニン（troponin） troponin（トロポニン） を欠くが、Ca²⁺は依然として鍵となるシグナルであり、カルモジュリンcalmodulin カルモジュリン（calmodulin）calmodulin（カルモジュリン） を介した経路で収縮を制御する。
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='agonist'>アゴニスト</span>がGq受容体に結合"] --> B["PLC活性化→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate'>PIP2</span>切断→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inositol 1,4,5-trisphosphate'>IP3</span>+<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diacylglycerol'>DAG</span>"]
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inositol 1,4,5-trisphosphate'>IP3</span>がSRの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inositol 1,4,5-trisphosphate'>IP3</span>受容体に結合→[Ca2+]IC上昇"]
C --> D["Ca2+-<span class='jp-term jp-term-diagram' title='calmodulin'>カルモジュリン</span>複合体形成"]
D --> E["MLCK活性化"]
E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='myosin light chain'>ミオシン軽鎖</span>リン酸化→ATPase活性上昇"]
F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cross-bridge cycle'>クロスブリッジサイクル</span>開始→収縮"]- MLCK（myosin light-chain kinase、ミオシン軽鎖キナーゼmyosin light chain kinase (MLCK)ミオシン軽鎖キナーゼ（myosin light chain kinase (MLCK)）myosin light chain kinase (MLCK)（ミオシン軽鎖キナーゼ））： Ca²⁺-カルモジュリン calmodulin カルモジュリン（calmodulin） calmodulin（カルモジュリン） に活性化され、ミオシン軽鎖myosin light chain ミオシン軽鎖（myosin light chain）myosin light chain（ミオシン軽鎖） をリン酸化して収縮を開始させる。
- Rho-キナーゼ経路 kinase pathway キナーゼ経路（kinase pathway） kinase pathway（キナーゼ経路） （Rho-kinase pathway、[Ca²⁺]非依存性、補助的）： G12/13受容体がGEF（guanine exchange factor）を介してRho-GTPを活性化→Rho-キナーゼがミオシンホスファターゼ myosin phosphatase, MP ミオシンホスファターゼ（myosin phosphatase, MP） myosin phosphatase, MP（ミオシンホスファターゼ） を阻害→MLCリン酸化レベルが（脱リン酸化dephosphorylation 脱リン酸化（dephosphorylation）dephosphorylation（脱リン酸化） が減ることで）上昇。MLCKとRho-キナーゼは相加的additive相加的（additive）additive（相加的）にCa²⁺感受性を調節する2。
💡 平滑筋収縮smooth muscle contraction 平滑筋収縮（smooth muscle contraction）smooth muscle contraction（平滑筋収縮） の特徴： 持続的なCa²⁺シグナル、骨格筋よりはるかに少ないATP消費、遅いアクチン-ミオシンサイクル actin-myosin cycleミオシンサイクル（actin-myosin cycle） actin-myosin cycle（ミオシンサイクル）。この「遅いがエネルギー効率の良い」性質が、消化管や血管の持続的な緊張維持 vascular tone 緊張維持（vascular tone） vascular tone（緊張維持） に適している。
⭐ この省エネルギー性の分子的説明が latch state（ラッチ状態latch stateラッチ状態（latch state）latch state（ラッチ状態））である。 ミオシン軽鎖myosin light chain ミオシン軽鎖（myosin light chain）myosin light chain（ミオシン軽鎖） のリン酸化で生じたクロスブリッジ cross-bridge クロスブリッジ（cross-bridge） cross-bridge（クロスブリッジ） の一部は、脱リン酸化dephosphorylation 脱リン酸化（dephosphorylation）dephosphorylation（脱リン酸化） された後も外れずに「ラッチブリッジ bridge (bridging therapy)ブリッジ（bridge (bridging therapy)） bridge (bridging therapy)（ブリッジ）」として固着 fixation 固着（fixation） fixation（固着） し続けるという速度論 kinetics 速度論（kinetics） kinetics（速度論） モデルが提唱されている。ラッチブリッジ bridge (bridging therapy) ブリッジ（bridge (bridging therapy)） bridge (bridging therapy)（ブリッジ） の解離が律速段階 rate-limiting step 律速段階（rate-limiting step） rate-limiting step（律速段階） になるため、ミオシンリン酸化レベル（≒ATP消費）が低い状態でも高い定常張力を維持できる、という形で latch state を説明する3。
平滑筋弛緩の機構
| 経路 | 機構 |
|---|---|
| cAMP（β2アドレナリン刺激 adrenergic stimulationアドレナリン刺激（adrenergic stimulation） adrenergic stimulation（アドレナリン刺激）） | PKA活性化→MLCKをリン酸化→Ca²⁺感受性低下→収縮しない |
| cGMP（NO依存性） | ①ホスファターゼ活性 phosphatase activity ホスファターゼ活性（phosphatase activity） phosphatase activity（ホスファターゼ活性） 化 ②IP₃受容体リン酸化 ③Ca²⁺流入抑制 |
アゴニストによる平滑筋調節のまとめ
| アゴニストagonistアゴニスト（agonist）agonist（アゴニスト） | 反応 | 受容体 | セカンドメッセンジャーsecond messengerセカンドメッセンジャー（second messenger）second messenger（セカンドメッセンジャー） |
|---|---|---|---|
| NE/E（交感神経） | 収縮（優位）／弛緩 | α1／β2 | IP₃／cAMP |
| アセチルコリン（副交感神経） | 収縮（直接）／弛緩（間接、内皮経由） | 平滑筋のムスカリン受容体 muscarinic receptorムスカリン受容体（muscarinic receptor） muscarinic receptor（ムスカリン受容体）／内皮のムスカリン受容体 muscarinic receptorムスカリン受容体（muscarinic receptor） muscarinic receptor（ムスカリン受容体） | — |
| アンジオテンシンangiotensin アンジオテンシン（angiotensin）angiotensin（アンジオテンシン） II（angiotensin II） | 収縮 | AT-II受容体 | IP₃ |
| バソプレシンvasopressinバソプレシン（vasopressin）vasopressin（バソプレシン） | 収縮 | バソプレシンvasopressin バソプレシン（vasopressin）vasopressin（バソプレシン） 受容体 | IP₃ |
| エンドセリンendothelinエンドセリン（endothelin）endothelin（エンドセリン） | 収縮 | エンドセリンendothelin エンドセリン（endothelin）endothelin（エンドセリン） 受容体 | IP₃ |
| アデノシン | 弛緩 | アデノシン受容体adenosine receptorアデノシン受容体（adenosine receptor）adenosine receptor（アデノシン受容体） | cAMP |
⭐ 「収縮系はIP₃/Ca²⁺、弛緩系はcAMPまたはcGMP」という2系統の対比が平滑筋薬理の基本骨格。血管拡張薬vasodilator血管拡張薬（vasodilator）vasodilator（血管拡張薬）（NO供与体nitric oxide donorNO供与体（nitric oxide donor）nitric oxide donor（NO供与体）、β2刺激薬beta-2 agonistβ2刺激薬（beta-2 agonist）beta-2 agonist（β2刺激薬））や子宮収縮薬uterotonics子宮収縮薬（uterotonics）uterotonics（子宮収縮薬）・弛緩薬の作用機序はすべてこの枠組みに沿う。
まとめ
- 平滑筋は横紋を持たず、トロポニンtroponin トロポニン（troponin）troponin（トロポニン） ではなくカルモジュリン calmodulin カルモジュリン（calmodulin） calmodulin（カルモジュリン） がCa²⁺センサーとして働く。
- 単収縮単位single-unit 単収縮単位（single-unit）single-unit（単収縮単位） （ギャップ結合gap junctionギャップ結合（gap junction）gap junction（ギャップ結合）、自発的徐波 slow wave徐波（slow wave） slow wave（徐波））と多収縮単位 multi-unit SMC 多収縮単位（multi-unit SMC） multi-unit SMC（多収縮単位） （個別神経支配）の2型に分類される。
- 収縮はVDCC・リガンド依存性ligand-gated リガンド依存性（ligand-gated）ligand-gated（リガンド依存性） チャネル・IP₃受容体経由の[Ca²⁺]IC上昇→カルモジュリン calmodulin カルモジュリン（calmodulin） calmodulin（カルモジュリン） →MLCK→ミオシン軽鎖 myosin light chain ミオシン軽鎖（myosin light chain） myosin light chain（ミオシン軽鎖） リン酸化で起こる。
- 弛緩はcAMP（MLCKリン酸化でCa²⁺感受性低下）またはcGMP（NO経路）で起こる。
出典
- 1.W/kit gene required for interstitial cells of Cajal and for intestinal pacemaker activity（Nature・1995）Kit遺伝子変異マウス（W座変異）の解析で、Cajal介在細胞はKit受容体型チロシンキナーゼを発現すること、この細胞の網目が失われると腸管のペースメーカー活動（徐波）も同時に失われることを確認し、Cajal介在細胞が消化管平滑筋の自発的な徐波（ペースメーカー電位）の発生源であることを報告した（マウスのデータ）閲覧 2026-08-26
- 2.Ca2+ sensitivity of smooth muscle and nonmuscle myosin II: modulated by G proteins, kinases, and myosin phosphatase（Physiological Reviews・2003）総説で、平滑筋の収縮力はミオシン軽鎖キナーゼとミオシン軽鎖脱リン酸化酵素の活性比で決まること、RhoA/Rho-キナーゼ経路やCPI-17がミオシン軽鎖脱リン酸化酵素を抑制し同じCa²⁺濃度でも収縮を強める（Ca²⁺感受性増大）ことを確認した閲覧 2026-08-26
- 3.Cross-bridge phosphorylation and regulation of latch state in smooth muscle（The American Journal of Physiology・1988）平滑筋のクロスブリッジ相互作用の速度論モデルで、リン酸化されたクロスブリッジのサイクルに加えて脱リン酸化された「ラッチブリッジ」という非サイクル性の結合状態を仮定し、ラッチブリッジの解離が律速段階であることを示した。このモデルは、ミオシンリン酸化レベルが低くても組織の定常張力が高く維持されるという実験的観察（張力のリン酸化に対する双曲線的依存性）と一致し、ミオシンリン酸化が latch state 発生に必要十分であるという仮説を支持した閲覧 2026-08-26