Túbulos T ( ing. T-tubules del inglés. túbulos transversos - túbulos transversos) - invaginaciones de la membrana celular , alcanzando la parte central de las células de los músculos esqueléticos y cardíacos . La membrana del túbulo T contiene una gran cantidad de canales iónicos , transportadores y bombas, por lo que proporcionan una transmisión rápida del potencial de acción y juegan un papel importante en la regulación de la concentración de iones de calcio intracelular . Al proporcionar una liberación sincrónica de calcio desde los depósitos intracelulares, los túbulos T proporcionan una contracción más fuerte de los miocitos. En algunas enfermedades, la función de los túbulos T se ve alterada, lo que en el caso de los músculos cardíacos puede provocar arritmias e infartos . Los túbulos T se describieron por primera vez en 1897.
Los túbulos T son invaginaciones de la membrana plasmática de la célula muscular ( sarcolema ). En cada célula muscular forman una red de túbulos situados perpendiculares o paralelos al sarcolema. El interior de los túbulos T se abre mediante un orificio en la superficie celular, lo que hace que los túbulos T se llenen con el mismo líquido que rodea la célula. La membrana del túbulo T contiene muchos canales de calcio de tipo L , intercambiadores de sodio-calcio , ATPasas de calcio y receptores β-adrenérgicos [1] .
En los cardiomiocitos auriculares y ventriculares, los túbulos T aparecen durante las primeras semanas de vida [2] . En la mayoría de las especies, se encuentran en las células musculares de los ventrículos y, en los grandes mamíferos , en las células musculares de las aurículas [3] . El diámetro de los túbulos T en los cardiomiocitos oscila entre 20 y 450 nm ; por regla general, los túbulos T se encuentran en la región de los discos Z , donde se anclan los filamentos de actina celular [1] . En los cardiomiocitos, los túbulos T están estrechamente asociados con el depósito de calcio intracelular, el retículo sarcoplásmico , es decir, con sus cisternas terminales. El complejo del túbulo T y la cisterna terminal se denomina díada [4] .
En el músculo esquelético, los túbulos T tienen un diámetro de 20 a 40 nm y generalmente se ubican a ambos lados de la banda de miosina , en la unión de las bandas A e I. En los músculos, los túbulos T están conectados a las dos cisternas terminales del retículo sarcoplásmico, este complejo se denomina tríada [1] [5] .
La forma de los túbulos T es mantenida por una variedad de proteínas . La proteína anfifisina-2 codificada por el gen BIN1 es responsable de la formación de los túbulos T y de la localización de las proteínas necesarias en ellos, como los canales de calcio tipo L [6] . La junctofilina-2, codificada por el gen JPH2 , participa en la formación de la conexión del túbulo T con el retículo sarcoplásmico, necesaria para la contracción sincrónica de los sarcómeros celulares. La teletonina , codificada por el gen TCAP, está involucrada en la formación de túbulos T y puede ser responsable del aumento en el número de túbulos T en el músculo en crecimiento [4] .
Los túbulos T son un eslabón importante en el camino desde la excitación eléctrica de una célula muscular hasta su contracción muscular (acoplamiento electromecánico). Cuando un músculo está a punto de contraerse, una señal eléctrica estimulante proveniente de un nervio o de una célula muscular cercana hace que la membrana de la célula se despolarice, desencadenando un potencial de acción. En reposo, la cara interna de la membrana celular está cargada negativamente, y en su interior contiene más iones de potasio que en el ambiente externo, y menos sodio . Durante el potencial de acción, los iones de sodio cargados positivamente ingresan a la célula, reduciendo su carga negativa (este proceso se denomina despolarización ). Cuando se alcanza cierto valor positivo de la carga del lado interno de la membrana, los iones de potasio comienzan a abandonar la célula, devolviendo gradualmente su potencial de membrana al valor característico del estado de reposo (este proceso se denomina repolarización ) [ 7] .
El desencadenamiento de la contracción muscular comienza con la liberación de acetilcolina cerca de la placa motora terminal. Debido a esto, surge un potencial de acción, que se conduce a una velocidad de 2 m/s a lo largo del sarcolema de toda la fibra muscular. Además, el potencial de acción penetra en la fibra a través de los túbulos T [8] .
En el músculo cardíaco, el potencial de acción viaja a lo largo del túbulo T, provocando la activación de los canales de calcio de tipo L, por lo que el calcio comienza a ingresar a la célula. La concentración de canales de calcio de tipo L en los túbulos T es mayor que en el resto del sarcolema, por lo que la mayoría de los iones de calcio ingresan a la célula a través de los túbulos T [9] . Dentro de la célula, los iones de calcio se unen a los receptores de rianodina , que se encuentran en la membrana del depósito de calcio intracelular, el retículo sarcoplásmico. La activación de los receptores de rianodina provoca la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico, lo que conduce a la contracción de la célula muscular [10] . En el músculo esquelético, el canal de calcio de tipo L se acopla directamente al receptor de rianodina en el retículo sarcoplásmico, por lo que los receptores de rianodina se activan sin la entrada de corriente de calcio [11] .
La importancia de los túbulos T no se limita a la alta concentración de canales de calcio de tipo L: son capaces de sincronizar la liberación de calcio en la célula. La rápida propagación del potencial de acción a lo largo de la red de túbulos T conduce al hecho de que los canales de calcio de tipo L se activan en ellos casi simultáneamente. Dado que el sarcolema se acerca mucho al retículo sarcoplásmico en la región de los túbulos T, la liberación de calcio de este último se desencadena casi de inmediato. Debido a la sincronización de la liberación de calcio, se logra una contracción muscular más fuerte. En las células que no tienen túbulos T, como las células del músculo liso , los cardiomiocitos disfuncionales o las células musculares en las que se han extraído los túbulos T artificialmente, el calcio que ingresa a la célula se difunde lentamente hacia el citoplasma y llega a los receptores de rianodina mucho más lentamente. de - por lo que el músculo se contrae más débilmente que en presencia de túbulos en T [12] .
Dado que es en los túbulos T donde se produce el acoplamiento electromecánico, los canales iónicos y otras proteínas necesarias para este proceso se encuentran en los túbulos T en una concentración mucho mayor que en el resto del sarcolema. Esto se aplica no solo a los canales de calcio de tipo L, sino también a los receptores β-adrenérgicos [13] , y su estimulación aumenta la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico [14] .
Dado que el interior de los túbulos T es, de hecho, una continuación del entorno, la concentración de iones en él es aproximadamente la misma que en el líquido extracelular. Sin embargo, dado que la concentración de iones dentro de los túbulos T es muy importante (especialmente la concentración de calcio en los túbulos T de los cardiomiocitos), es necesario que estas concentraciones permanezcan más o menos constantes. Debido al hecho de que el diámetro de los túbulos T es muy pequeño, capturan iones. Debido a esto, cuando la concentración de calcio en el ambiente externo disminuye ( hipocalcemia ), la concentración de calcio en los túbulos T no cambia y sigue siendo suficiente para desencadenar la contracción [4] .
El calcio no solo ingresa a la célula a través de los túbulos T, sino que también sale de la célula. Debido a esto, la concentración de calcio intracelular puede controlarse estrictamente solo en un área pequeña, a saber, en el espacio entre el túbulo T y el retículo sarcoplásmico [15] . El intercambiador de sodio-calcio, así como la ATPasa de calcio , se localizan predominantemente en la membrana del túbulo T [4] . El intercambiador de sodio-calcio elimina pasivamente un ion de calcio de la célula a cambio de la entrada de tres iones de sodio. Debido a que el proceso es pasivo, es decir, no necesita energía en forma de ATP , el calcio puede tanto entrar en la célula como salir por el intercambiador, dependiendo de la combinación de la concentración relativa de Ca 2+ y Iones Na + , así como sobre voltaje en la membrana celular ( gradiente electroquímico ). La ATPasa de calcio elimina activamente el calcio de la célula, utilizando ATP como fuente de energía [7] .
Para estudiar la función de los túbulos T, se pueden desacoplar artificialmente los túbulos T y la membrana celular mediante una técnica conocida como detubulación. Se agrega glicerol [16] o formamida [12] (para músculos esqueléticos y cardíacos, respectivamente) al líquido extracelular . Estos agentes osmóticamente activos no pueden atravesar la membrana celular, y cuando se agregan al líquido extracelular, las células comienzan a perder agua y se encogen. Cuando se eliminan estas sustancias, la célula recupera rápidamente su volumen y vuelve a su tamaño normal, sin embargo, debido a la rápida expansión de la célula, los túbulos T se desprenden de la membrana celular [17] .
En algunas enfermedades, la estructura de los túbulos T cambia, lo que puede provocar debilidad del músculo cardíaco o una violación del ritmo de su contracción. Las violaciones en la estructura de los túbulos T pueden expresarse en la pérdida completa de estas estructuras o solo en un cambio en su orientación y patrón de ramificación. La pérdida o daño de la estructura de los túbulos T a menudo ocurre con el infarto de miocardio [18] . Un ataque cardíaco puede provocar alteraciones en los túbulos T en los ventrículos, por lo que se reduce la fuerza de contracción, así como las posibilidades de recuperación [19] . A veces, en un ataque al corazón hay una pérdida casi completa de los túbulos T en las aurículas, lo que reduce la contractilidad auricular y puede causar fibrilación auricular [20] .
Con cambios estructurales en los túbulos T, los canales de calcio de tipo L pueden perder contacto con los receptores de rianodina. Como resultado, aumenta el tiempo requerido para que aumente la concentración de calcio, lo que resulta en contracciones y arritmias más débiles. Sin embargo, las alteraciones en los túbulos T pueden ser reversibles, y se ha sugerido que la estructura de los túbulos T puede volver a la normalidad con el entrenamiento por intervalos [4] [20] .
La idea de la existencia de estructuras celulares similares a los túbulos T fue propuesta por primera vez en 1881. El tiempo que transcurre entre la estimulación de una célula muscular estriada y su contracción es demasiado breve para que se deba al movimiento de una señal química desde el sarcolema hasta el retículo sarcoplásmico. Se ha sugerido que un tiempo tan breve puede deberse a la presencia de invaginaciones profundas de la membrana de la célula muscular [21] [22] . En 1897, los túbulos T se observaron por primera vez bajo un microscopio óptico en el músculo cardíaco que había sido previamente inyectado con tinta. Después de la invención del microscopio electrónico de transmisión , la estructura de los túbulos T se estudió con más detalle [23] , y en 1971 se describieron los componentes longitudinales de la red de túbulos T [24] . En las décadas de 1990 y 2000, utilizando microscopía confocal , fue posible obtener un modelo espacial de la red de túbulos T, así como determinar su tamaño y distribución [25] . Con el descubrimiento de los estallidos de calcio , se comenzó a rastrear una conexión entre los túbulos T y la liberación de calcio [26] . Durante mucho tiempo, los túbulos T se estudiaron solo en el ejemplo de los músculos esqueléticos y el músculo cardíaco ventricular, pero en 2009 fue posible ver un sistema bien desarrollado de túbulos T en las células del músculo auricular [20] . La investigación actual se centra en la regulación de la estructura del túbulo T y sus cambios en diversas enfermedades cardiovasculares [27] .