Саркоплазматичний ретикулум (СР) — це спеціалізована форма ендоплазматичного ретикулуму, притаманна м’язовим клітинам (міоцитам), яка відіграє ключову роль у регуляції кальцієвого гомеостазу та м’язовому скороченні.

Анатомія саркоплазматичного ретикулуму

Саркоплазматичний ретикулум — це мережа мембранних трубочок, везикул і цистерн, що оточує міофібрили в м’язових волокнах. Його структура адаптована до швидкого транспорту і зберігання іонів кальцію (Ca²⁺). Основні анатомічні компоненти включають:

1. Поздовжні трубочки:

• Розташовані паралельно до міофібрил і складають більшу частину СР. Вони містять кальцієві насоси (SERCA), які активно закачують Ca²⁺ із саркоплазми в просвіт СР.

2. Термінальні цистерни:

• Розширені ділянки СР, що прилягають до Т-трубочок (трансверсальних трубочок — інвагінацій сарколеми). У скелетних м’язах дві термінальні цистерни утворюють тріаду разом із Т-трубочкою (Т-трубочка між двома цистернами). У серцевому м’язі частіше трапляються діади (одна цистерна + Т-трубочка).

3. Мережа СР:

• Утворює тривимірну сітку, що щільно оточує кожну міофібрилу, забезпечуючи рівномірне вивільнення та поглинання кальцію по всьому волокну.

Молекулярний склад

СР складається з фосфоліпідної подвійної мембрани, в яку вбудовані численні білки, які забезпечують його функцію:

1. Кальсеквестрин:

• Основний кальцій-зв’язувальний білок у просвіті термінальних цистерн. Кожна молекула кальсеквестрину може зв’язати до 40–50 іонів Ca²⁺, знижуючи вільну концентрацію кальцію всередині СР і дозволяючи накопичувати великі запаси (до 10⁻³ М).

2. Рианодинові рецептори (RyR):

• Великі кальцієві канали в мембрані термінальних цистерн. У скелетних м’язах (RyR1) вони механічно зв’язані з дигідропіридиновими рецепторами (DHPR) у Т-трубочках, а в серцевому м’язі (RyR2) активуються за принципом “кальцій-індукованого вивільнення кальцію” (CICR).

3. SERCA (Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca²⁺-ATPase):

• Кальцієві насоси, що використовують енергію АТФ для транспорту Ca²⁺ із саркоплазми в СР. Існують різні ізоформи (SERCA1 у швидких скелетних м’язах, SERCA2a у серці).

4. Кальретикулін і триадин:

• Додаткові білки, що регулюють зв’язування кальцію та взаємодію між RyR і іншими компонентами.

Функції саркоплазматичного ретикулуму

СР є центральним регулятором м’язового скорочення через контроль концентрації кальцію в саркоплазмі. Його функції включають:

1. Зберігання кальцію:

• У спокої СР утримує високу концентрацію Ca²⁺ (до 1–2 мМ), тоді як у саркоплазмі вона становить лише ~10⁻⁷ М. Кальсеквестрин і буферні білки дозволяють накопичувати цей градієнт.

2. Вивільнення кальцію:

• У скелетних м’язах деполяризація Т-трубочок змінює конформацію DHPR, що механічно відкриває RyR1, вивільняючи Ca²⁺ у саркоплазму. У серцевому м’язі невеликий вхід Ca²⁺ через L-типові канали Т-трубочок запускає CICR через RyR2. Це підвищує концентрацію Ca²⁺ у саркоплазмі до ~10⁻⁵ М, активуючи скорочення через зв’язування з тропоніном.

3. Поглинання кальцію:

• Після скорочення насоси SERCA активно повертають Ca²⁺ у СР, знижуючи його концентрацію в саркоплазмі й викликаючи релаксацію. Цей процес залежить від АТФ і регулюється фосфоламбаном (у серці), який пригнічує SERCA за низького рівня фосфорилювання.

4. Стабілізація міофібрил:

• СР також відіграє структурну роль, підтримуючи організацію міофібрил і Т-трубочок.

Особливості в різних типах м’язів

• Скелетні м’язи: СР дуже розвинений, особливо в швидких волокнах (тип II), із тріадами для швидкого і синхронного скорочення. Основний механізм — механічна активація RyR1.
• Серцевий м’яз: СР менш об’ємний, із діадами замість тріад. Регуляція залежить від CICR, що робить скорочення чутливим до зовнішнього кальцію.
• Гладенький м’яз: СР менш структурований і менший за об’ємом. Кальцій частково надходить із позаклітинного середовища через плазматичні канали, а не лише з СР.

Клінічне значення

Порушення функції СР пов’язані з низкою патологій:

1. Злоякісна гіпертермія:

• Мутації в RyR1 (або рідше в DHPR) призводять до неконтрольованого вивільнення Ca²⁺ під дією анестетиків (наприклад, галотану), викликаючи гіпертермію, метаболічний ацидоз і м’язову ригідність.

2. Серцева недостатність:

• Зниження активності SERCA2a (через дисрегуляцію фосфоламбану) порушує релаксацію міокарда, сприяючи діастолічній дисфункції.

3. М’язова слабкість і дистрофії:

• Порушення в роботі СР (наприклад, через дефіцит триадину чи кальсеквестрину) може призводити до недостатнього вивільнення кальцію і слабкості м’язів.

4. Катехоламінергічна поліморфна шлуночкова тахікардія (CPVT):

• Мутації в RyR2 викликають спонтанне вивільнення Ca²⁺, що провокує аритмії.

Висновок

Саркоплазматичний ретикулум — це високоспеціалізована органела, яка забезпечує точну координацію між електричними сигналами та механічною роботою м’язів. Його здатність швидко вивільняти й поглинати кальцій є основою м’язової функції, а порушення в його роботі мають серйозні клінічні наслідки. Розуміння СР на молекулярному рівні відкриває можливості для цілеспрямованої терапії м’язових і серцевих захворювань.