心臓の収縮

カルシウムトランジェントとは、活動電位によって惹起され全細胞質のＣａ２＋濃度がほぼ同時に上昇する動きで（図１）、正常な心筋収縮に対応するものです。心室筋を電気刺激してカルシウムトランジェントを４ｍｓｅｃ毎に２次元画像化してみると、細胞の長軸方向に１．８マイクロメートル間隔でＣａ２＋濃度上昇の早い部分が見られました（図２）。この間隔は、junctionalＳＲがＴ管と対峙して存在する間隔と同じです。さらに時間分解能の高いラインスキャン、すなわち単一走査線上の繰り返し走査を行い、その線上のＣａ２＋濃度変化を時間に対して表示しました（ｘ−ｔ表示）。Ｃａ２＋濃度上昇の早い部分が１．８マイクロメートル間隔で存在し、濃度差は約４ｍｓの間持続することが明らかになりました（図３）。この細胞のＴ管も含めた細胞膜を Di-2-ANEPEQ で染色したところ、Ｃａ２＋濃度上昇の早い部分がＴ管と一致していました。この結果は心筋収縮時にjunctionalＳＲからＣａ２＋放出が起きることを初めて可視的に示したものです。

カルシウムトランジェント発生時の画像を見ると核のＣａ２＋が細胞質に追随するように遅れて変化していることが分かります（図１）。ベータアドレナリン刺激（図１）、強心配糖体、低Ｎａ＋、低酸素など、細胞質のＣａ２＋濃度変化に影響する処置により核内のカルシウムの動きも変化しましたが、いずれの条件下でも核のＣａ２＋が細胞質に追随するように遅れて変化していました。パッチ電極を介して膜電位固定を行い、細胞質のＣａ２＋を人為的に変化させた場合や、次にご紹介する自然発生Ｃａ２＋ウェーブが生じた場合も同様でした（図４）。

最近免疫系の細胞などで核のカルシウムが独自に制御されているという説が提唱されていますが、心筋細胞の場合、核が拡散障壁として働いているものの、核内のＣａ２＋は細胞質Ｃａ２＋の流入により受動的に変化していることが示されました。細胞質のＣａ２＋動態が核内のＣａ２＋に反映され、核内の出来事に影響しうることが示されたわけですが、心筋の電気活動パターンの変化がＣａ２＋を介して遺伝子発現などに影響し、心臓のリモデリング等につながると考えると大変興味深いことです。