Physiology · 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Ctroponin 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 CajalCajal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。
- 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 channelCa²⁺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+DAG |
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→PIP2切断→IP3+DAG"]
B --> C["IP3がSRのIP3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。
💡 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。
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。