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骨骼肌的兴奋-收缩耦联过程

2019-07-18 14:01 医学教育网
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在整体情况下,骨骼肌总是在支配它的躯体传出神经的兴奋冲动的影响下进行收缩的;直接用人工刺激作用无神经支配的骨骼肌,也可引起收缩。但不论何种情况,刺激在引起收缩之前,都是先在肌细胞膜上引起一个可传导的动作电位,然后才出现肌细胞的收缩反应。这样,在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝的滑行为基础的收缩过程之间,必然存在着某种中介性过程把两者联系起来,这一过程,称为兴奋-收缩耦联。目前认为,它至少包括三个主要步骤:电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处;三联管结构处的信息传递;肌浆网(即纵管系统)对钙离子释放和再聚积。

横管系统对正常肌细胞的兴奋-收缩耦联是十分必要的。用含有甘油的高渗任氏液浸泡肌肉一段时间,再把它放回到一般任氏液中,这样的处理可以选择性地破坏肌细胞的横管系统;这时如果再给肌肉以外加刺激,虽然仍可在完好的肌细胞膜上引起动作电位,但不再能引起细胞收缩。近年来证明,横管膜和一般肌细胞膜有类似的特性,又是后者的延续部分,因而它也可以产生以Na+内流为基础的膜的去极化甚或动作电位;当一般细胞膜因兴奋而产生动作电位时,这一电变化可沿着凹入细胞内部的横管膜传导,深入到三联管结构和每个肌小节的近旁。

实际测定还证明,肌肉安静时肌浆中的钙离子浓度低于10-7mol/L,但在膜开始去极化的很短时间内,可以在1~5ms内升高到10-5mol/L的水平,亦即增高100倍之多。这样多的钙离子由何而来?用放射性45Ca自显影等技术证明,肌肉安静时钙离子主要停留和聚积在z线附近,相当于肌浆网的终末池部位;肌肉收缩时,钙离子由这里向暗带区扩散,触发横桥循环。这样问题就归结为:当肌膜上的电变化沿横管系统到达三联管部分时,一定有某种因子把横管膜上发生的变化传递给了相距不远的肌浆网膜上的类似钙离子通道的结构,引起后者分子的变构作用,使通道开放,于是肌浆网内高浓度的钙离子就不需耗能而靠易化扩散进入肌浆,到达肌丝区。传递这一信号的因子,有人认为是横管膜上存在的一种特殊蛋白,平时对肌浆网钙离子通道外侧开口有机械堵塞作用,但在横管膜有电变化时发生变构作用,使原来的堵塞作用解除;也有人认为横管膜可因电变化而产生了第二信使类物质IP3(见本章第二节),由后者作用于钙离子通道使之开放。由于三联管外有关的膜和膜中蛋白质几乎可以相互接触,因而第一种控制形式还是有可能的。

释放到肌浆中的钙离子怎样被迅速除去,目前已证明是由于肌浆网膜结构中存在的一种特殊的离子转运蛋白质即钙泵活动的结果。钙泵是一种钙离子依赖式ATP酶,目前已被分离提纯,它占肌浆网膜蛋白质总量的60%;在肌浆中钙离子增高情况上,它可以分解ATP获得能量,将钙离子在逆浓度差的情况下由肌浆转运到肌浆网内腔中去;由于肌浆中钙离子浓度的降低,和肌钙蛋白结合的钙离子也解离,引起肌肉舒张。

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