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骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)過(guò)程

在整體情況下,骨骼肌總是在支配它的軀體傳出神經(jīng)的興奮沖動(dòng)的影響下進(jìn)行收縮的;直接用人工刺激作用無(wú)神經(jīng)支配的骨骼肌,也可引起收縮。但不論何種情況,刺激在引起收縮之前,都是先在肌細(xì)胞膜上引起一個(gè)可傳導(dǎo)的動(dòng)作電位,然后才出現(xiàn)肌細(xì)胞的收縮反應(yīng)。這樣,在以膜的電變化為特征的興奮過(guò)程和以肌絲的滑行為基礎(chǔ)的收縮過(guò)程之間,必然存在著某種中介性過(guò)程把兩者聯(lián)系起來(lái),這一過(guò)程,稱為興奮-收縮耦聯(lián)。目前認(rèn)為,它至少包括三個(gè)主要步驟:電興奮通過(guò)橫管系統(tǒng)傳向肌細(xì)胞的深處;三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞;肌漿網(wǎng)(即縱管系統(tǒng))對(duì)鈣離子釋放和再聚積。

橫管系統(tǒng)對(duì)正常肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián)是十分必要的。用含有甘油的高滲任氏液浸泡肌肉一段時(shí)間,再把它放回到一般任氏液中,這樣的處理可以選擇性地破壞肌細(xì)胞的橫管系統(tǒng);這時(shí)如果再給肌肉以外加刺激,雖然仍可在完好的肌細(xì)胞膜上引起動(dòng)作電位,但不再能引起細(xì)胞收縮。近年來(lái)證明,橫管膜和一般肌細(xì)胞膜有類似的特性,又是后者的延續(xù)部分,因而它也可以產(chǎn)生以Na+內(nèi)流為基礎(chǔ)的膜的去極化甚或動(dòng)作電位;當(dāng)一般細(xì)胞膜因興奮而產(chǎn)生動(dòng)作電位時(shí),這一電變化可沿著凹入細(xì)胞內(nèi)部的橫管膜傳導(dǎo),深入到三聯(lián)管結(jié)構(gòu)和每個(gè)肌小節(jié)的近旁。

實(shí)際測(cè)定還證明,肌肉安靜時(shí)肌漿中的鈣離子濃度低于10-7mol/L,但在膜開始去極化的很短時(shí)間內(nèi),可以在1~5ms內(nèi)升高到10-5mol/L的水平,亦即增高100倍之多。這樣多的鈣離子由何而來(lái)?用放射性45Ca自顯影等技術(shù)證明,肌肉安靜時(shí)鈣離子主要停留和聚積在z線附近,相當(dāng)于肌漿網(wǎng)的終末池部位;肌肉收縮時(shí),鈣離子由這里向暗帶區(qū)擴(kuò)散,觸發(fā)橫橋循環(huán)。這樣問(wèn)題就歸結(jié)為:當(dāng)肌膜上的電變化沿橫管系統(tǒng)到達(dá)三聯(lián)管部分時(shí),一定有某種因子把橫管膜上發(fā)生的變化傳遞給了相距不遠(yuǎn)的肌漿網(wǎng)膜上的類似鈣離子通道的結(jié)構(gòu),引起后者分子的變構(gòu)作用,使通道開放,于是肌漿網(wǎng)內(nèi)高濃度的鈣離子就不需耗能而靠易化擴(kuò)散進(jìn)入肌漿,到達(dá)肌絲區(qū)。傳遞這一信號(hào)的因子,有人認(rèn)為是橫管膜上存在的一種特殊蛋白,平時(shí)對(duì)肌漿網(wǎng)鈣離子通道外側(cè)開口有機(jī)械堵塞作用,但在橫管膜有電變化時(shí)發(fā)生變構(gòu)作用,使原來(lái)的堵塞作用解除;也有人認(rèn)為橫管膜可因電變化而產(chǎn)生了第二信使類物質(zhì)IP3(見(jiàn)本章第二節(jié)),由后者作用于鈣離子通道使之開放。由于三聯(lián)管外有關(guān)的膜和膜中蛋白質(zhì)幾乎可以相互接觸,因而第一種控制形式還是有可能的。

釋放到肌漿中的鈣離子怎樣被迅速除去,目前已證明是由于肌漿網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)中存在的一種特殊的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)即鈣泵活動(dòng)的結(jié)果。鈣泵是一種鈣離子依賴式ATP酶,目前已被分離提純,它占肌漿網(wǎng)膜蛋白質(zhì)總量的60%;在肌漿中鈣離子增高情況上,它可以分解ATP獲得能量,將鈣離子在逆濃度差的情況下由肌漿轉(zhuǎn)運(yùn)到肌漿網(wǎng)內(nèi)腔中去;由于肌漿中鈣離子濃度的降低,和肌鈣蛋白結(jié)合的鈣離子也解離,引起肌肉舒張。

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