肌細(xì)胞的收縮功能(神經(jīng)-骨骼肌接頭,興奮傳遞,骨骼肌細(xì)胞,肌絲滑行,骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),平滑肌,單收縮)

( 關(guān)鍵詞：肌細(xì)胞；收縮功能；神經(jīng)-骨骼肌接頭；興奮傳遞；骨骼肌細(xì)胞；肌絲滑行；骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)；平滑��；單收縮 )

人體各種形式的運(yùn)動(dòng)，主要是靠一些肌細(xì)胞的收縮活動(dòng)來(lái)完成的。例如，軀體的各種運(yùn)動(dòng)和呼吸動(dòng)作由骨骼肌的收縮來(lái)完成；心臟的射血活動(dòng)由心肌的收縮來(lái)完成；一些中空器官如胃腸、膀胱、子宮、血管等器官的運(yùn)動(dòng)，則由平滑肌的收縮來(lái)完成。不同肌肉組織在功能和結(jié)構(gòu)上各有特點(diǎn)，但從分子水平來(lái)看，各種收縮活動(dòng)都與細(xì)胞內(nèi)所含的收縮蛋白質(zhì)，主要與肌凝蛋白和肌纖蛋白的相互作用有關(guān)；收縮和舒張過(guò)程的控制，也有某些相似之處。本節(jié)以研究最充分的骨骼肌為重點(diǎn)，說(shuō)明肌細(xì)胞的收縮機(jī)制。

　　骨骼肌是體內(nèi)最多的組織，約占體重的40%。在骨和關(guān)節(jié)的配合下，通過(guò)骨骼肌的收縮和舒張，完成人和高等動(dòng)物的各種軀體運(yùn)動(dòng)。骨骼肌由大量成束的肌纖維組成，每條肌纖維就是一個(gè)肌細(xì)胞。成人肌纖維呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形，直徑約60μm，長(zhǎng)可達(dá)數(shù)毫米乃至數(shù)十厘米。在大多數(shù)肌肉中，肌束和肌纖維都呈平行排列，它們兩端都和由結(jié)締組織構(gòu)成的腱相融合，后者附著在骨上，通常四肢的骨骼肌在附著點(diǎn)之間至少要跨過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)，通過(guò)肌肉的收縮和舒張，就可能引起肢體的屈曲和伸直。我們的生產(chǎn)勞動(dòng)、各種體力活動(dòng)等，都是許多骨骼肌相互配合的活動(dòng)的結(jié)果。每個(gè)骨骼肌纖維都是一個(gè)獨(dú)立的功能和結(jié)構(gòu)單位，它們至少接受一個(gè)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢的支配，并且在體骨骼肌纖維只有在支配它們的神經(jīng)纖維有神經(jīng)沖動(dòng)傳來(lái)時(shí)，才能進(jìn)行收縮。因此，人體所有的骨骼肌活動(dòng)，是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下完成的。

　　一、神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞

　　運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維在到達(dá)神經(jīng)末梢處時(shí)先失去髓鞘，以裸露的軸突末梢嵌入到肌細(xì)胞膜上稱作終板的膜凹陷中，但軸突末梢的膜和終板膜并不直接接觸，而是被充滿了細(xì)胞外液的接頭間隙隔開，其中尚含有成分不明的基質(zhì)；有時(shí)神經(jīng)末梢下方的終板膜還有規(guī)則地再向細(xì)胞內(nèi)凹入，形成許多皺褶，其意義可能在于增加接頭后膜的面積，使它可以容納較多數(shù)目的蛋白質(zhì)分子，它們最初被稱為N-型乙酰膽堿受體，現(xiàn)已證明它們是一些化學(xué)門控通道，具有能與ACh特異性結(jié)合的亞單位。在軸突末梢的軸漿中，除了有許多線粒體外還含有大量直徑約50nm的無(wú)特殊構(gòu)造的囊泡（圖2-19)。用組織化學(xué)的方法可以證明，囊泡內(nèi)含有ACh；此ACh首先在軸漿中合成，然后貯存在囊泡內(nèi)。據(jù)測(cè)定，每個(gè)囊泡中貯存的ACh量通常是相當(dāng)恒定的，且當(dāng)它們被釋放時(shí)，也是通過(guò)出胞作用，以囊泡為單位“傾囊”釋放，被稱為量子式釋放。在神經(jīng)末梢處于安靜狀態(tài)時(shí)，一般只有少數(shù)囊泡隨機(jī)地進(jìn)行釋放，不能對(duì)肌細(xì)胞產(chǎn)生顯著影響。但當(dāng)神經(jīng)末梢處有神經(jīng)沖動(dòng)傳來(lái)時(shí)，在動(dòng)作電位造成的局部膜去極化的影響下，大量囊泡向軸突膜的內(nèi)側(cè)面靠近，通過(guò)囊泡膜與軸突膜的融合，并在融合處出現(xiàn)裂口，使囊泡中的ACh全部進(jìn)入接頭間隙。據(jù)推算，一次動(dòng)作電位的到達(dá)，能使大約200～300個(gè)囊泡的內(nèi)容排放，使近10⁷個(gè)ACh分子被釋放。軸突末梢處的電位變化引起囊泡排放的過(guò)程十分復(fù)雜，但首先是軸突末梢膜的去極化，引起了該處特有的電壓門控式Ca²⁺通道開放，引起細(xì)胞間隙液中的Ca²⁺進(jìn)入軸突末梢，觸發(fā)了囊泡移動(dòng)以至排放的過(guò)程。Ca²⁺的進(jìn)入量似乎決定著囊泡釋放的數(shù)目；細(xì)胞外液中低Ca²⁺或（和)高M(jìn)g²⁺，都可阻礙ACh的釋放而影響神經(jīng)-肌接頭的正常功能。已故馮德培院士在30年代對(duì)神經(jīng)-肌接頭的化學(xué)性質(zhì)傳遞進(jìn)行過(guò)重要的研究。

圖2-19 神經(jīng)-肌接頭處的超微結(jié)構(gòu)示意圖

　　當(dāng)ACh分子通過(guò)接頭間隙到達(dá)終板膜表面時(shí)，立即同集中存在于該處的特殊通道蛋白質(zhì)的兩個(gè)α-亞單位結(jié)合，每分子的通道將結(jié)合兩個(gè)分子的ACh，由此引起的蛋白質(zhì)分子內(nèi)部構(gòu)象的變化會(huì)導(dǎo)致它的通道結(jié)構(gòu)的開放。這種通道開放時(shí)，孔道的橫截面比前面提到的Na⁺通道的面積為大，可允許Na⁺、K⁺甚至少量Ca²⁺同時(shí)通過(guò)；由于這幾種離子正常時(shí)在膜內(nèi)處的分布特點(diǎn)，實(shí)際出現(xiàn)的是Na⁺的內(nèi)流和K⁺的外流，其總的結(jié)果是使終板膜處原有靜息電位減小，向零值靠近，亦即出現(xiàn)膜的去極化；這一電變化，稱為終板電位，它的出現(xiàn)約較神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)接頭前膜處晚0.5～1.0ms。有人曾在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)無(wú)沖動(dòng)到達(dá)末梢時(shí)，記錄到由于個(gè)別囊泡的自發(fā)釋放在終板膜上引起的微小的電變化，稱為微終板電位。終板電位與前述的局部興奮電反應(yīng)有類似的性質(zhì)：不表現(xiàn)“全或無(wú)”特性，其大小與接頭前膜釋放的ACh的量成比例；無(wú)不應(yīng)期，可表現(xiàn)總和現(xiàn)象等，如我們一般記錄到的終板電位就是多數(shù)微終板電位總和的結(jié)果。終板電位產(chǎn)生時(shí)，它將以電緊張性擴(kuò)布的形式影響終板膜周圍一般肌細(xì)胞膜。一般的肌細(xì)胞膜與神經(jīng)軸突的膜性質(zhì)類似，其中主要含電壓門控式Na⁺通道和K⁺通道；因而當(dāng)同終板膜鄰接的肌細(xì)胞膜的靜息電位由于終板電位的影響而去極化到該處膜的閾電位水平時(shí)，就會(huì)引發(fā)一次向整個(gè)肌細(xì)胞膜作“全或無(wú)”式傳導(dǎo)的動(dòng)作電位，后者再通過(guò)所謂“興奮-收縮耦聯(lián)”，引起肌細(xì)胞出現(xiàn)一次機(jī)械收縮。

　　正常情況下，一次神經(jīng)沖動(dòng)所釋放的ACh以及它所引起的終板電位的大小，大約超過(guò)引起肌細(xì)胞膜動(dòng)作電位所需閾值的3～4倍，因此神經(jīng)肌接頭處的興奮傳遞通常是1對(duì)1的，亦即運(yùn)動(dòng)纖維每有一次神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)末梢，都能“可靠地”使肌細(xì)胞興奮一次，誘發(fā)一次收縮；這一點(diǎn)與將來(lái)要講的神經(jīng)元之間的興奮傳遞有明顯不同（見第十章)。接頭傳遞能保持1對(duì)1的關(guān)系，還要靠每一次神經(jīng)沖動(dòng)所釋放的ACh能夠在它引起一次肌肉興奮后被迅速清除，否則它將持續(xù)作用于終板而使終板膜持續(xù)去極化，并影響下次到來(lái)的神經(jīng)沖動(dòng)的效應(yīng)。已知，ACh的清除主要靠膽鹼酯酶的降解作用來(lái)完成，此酶主要分布在接頭間隙中和接頭后膜上，它們大約可以在2.0ms的時(shí)間內(nèi)將一次神經(jīng)沖動(dòng)所釋放的ACh清除掉。許多藥物可以作用于接頭傳遞過(guò)程中的不同階段，影響正常的接頭功能。例如，美洲箭毒和α-銀環(huán)蛇毒可以同ACh競(jìng)爭(zhēng)終板膜的ACh受體亞單位，因而可以阻斷接頭傳遞而使肌肉失去收縮能力；有類似作用的藥物稱為肌肉松弛劑；有機(jī)磷農(nóng)藥和新斯的明對(duì)膽堿酯酶有選擇性的抑制作用，可造成ACh在接頭和其他部位的大量積聚，引起種種中毒癥狀。重癥肌無(wú)力是由于體內(nèi)骨骼肌終板處的ACh門控通道數(shù)量不足或功能障礙所引起。

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