大多數(shù)骨骼。╯keletal muscle)借肌健附著在骨骼上。分布于軀干和四肢的每塊肌肉均由許多平行排列的骨骼肌纖維組成,它們的周圍包裹著結(jié)締組織。包在整塊肌外面的結(jié)締組織為肌外膜(epimysium),它是一層致密結(jié)締組織膜,含有血管和神經(jīng)。肌外膜的結(jié)締組織以及血管和神經(jīng)的分支伸入肌內(nèi),分隔和包圍大小不等的肌束,形成肌束膜(perimysium)。分布在每條肌纖維周圍的少量結(jié)締組織為肌內(nèi)膜(endomysium),肌內(nèi)膜含有豐富的毛細血管(圖6-1)。各層結(jié)締組織膜除有支持、連接、營養(yǎng)和保護肌組織的作用外,對單條肌纖維的活動、乃至對肌束和整塊肌肉的肌纖維群體活動也起著調(diào)整作用。
圖6-1 骨骼肌與周圍結(jié)締組織膜
(1)一塊骨骼肌模式圖,示肌外膜、肌束膜和肌內(nèi)膜
(2)骨骼肌纖維縱橫切面
骨骼肌纖維為長柱形的多核細胞(圖6-1),長1~40mm,直徑10~100μm。肌膜的外面有基膜緊密貼附。一條肌纖維內(nèi)含有幾十個甚至幾百個細胞核,位于肌漿的周邊即肌膜下方。核呈扁橢圓形,異染色質(zhì)較少,染色較淺。肌漿內(nèi)含許多與細胞長軸平行排列的肌原纖維,在骨骼肌纖維的橫切面上,肌原纖維呈點狀,聚集為許多小區(qū),稱孔海姆區(qū)(Cohnheim field)。肌原纖維之間含有大量線粒體、糖原以及少量脂滴,肌漿內(nèi)還含有肌紅蛋白。在骨骼肌纖維與基膜之間有一種扁平有突起的細胞,稱肌衛(wèi)星細胞(muscle satellite cell),排列在肌纖維的表面,當肌纖維受損傷后,此種細胞可分化形成肌纖維。
肌原纖維(myofibril)呈細絲狀,直徑1~2μm,沿肌纖維長軸平行排列,每條肌原纖維上都有明暗相間、重復排列的橫紋(cross striation)。由于各條肌原纖維的明暗橫紋都相應地排列在同一平面上,因此肌纖維呈現(xiàn)出規(guī)則的明暗交替的橫紋。橫紋由明帶和暗帶組成(圖6-2)。在偏光顯微鏡下,明帶(light band)呈單折光,為各向同性(isotropic),又稱I帶;暗帶(dark band)呈雙折光,為各向異性(anisotropic),又稱A帶。在電鏡下,暗帶中央有一條淺色窄帶稱H帶,H帶中央還有一條深 M線。明帶中央則有一條深色的細線稱Z線。兩條相鄰Z線之間的一段肌原纖維稱為肌節(jié)(sarcomere)。每個肌節(jié)都由1/2I帶+A帶+1/2I帶所組成(圖6-3,6-4)。肌節(jié)長約2~2.5μm,它是骨骼肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位。因此,肌原纖維就是由許多肌節(jié)連續(xù)排列構(gòu)成的。
圖6-2 人骨骼肌纖維縱切面
圖6-3 兔骨骼肌纖維縱切
Z Z線 (白求恩醫(yī)科大學尹昕、朱秀雄教授供圖)
1.肌原纖維 肌原纖維是由上千條粗、細兩種肌絲有規(guī)律地平行排列組成的,明、暗帶就是這兩種肌絲排布的結(jié)果(圖6-4)。粗肌絲(thick filament)長約1.5μm,直徑約15nm,位于肌節(jié)的A帶。粗肌絲中央借M線固定,兩端游離。細肌絲(thin filathent)長約1μm,直徑約5nm,它的一端固定在Z線上,另一端插入粗肌絲之間,止于H帶外側(cè)。因此,I帶內(nèi)只有細肌絲,A帶中央的H帶內(nèi)只有粗肌絲,而H帶兩側(cè)的A帶內(nèi)既有粗肌絲又有細肌絲(圖6-4);所以在此處的橫切面上可見一條粗肌絲周圍有6條細肌絲;而一條細肌絲周圍有3條粗肌絲(圖6-4)。兩種肌絲肌在肌節(jié)內(nèi)的這種規(guī)則排列以及它們的分子結(jié)構(gòu),是肌纖維收縮功能的主要基礎。
粗肌絲的分子結(jié)構(gòu):粗肌絲是由許多肌球蛋白分子有序排列組成的。肌球蛋白(myosin)形如豆芽,分為頭和桿兩部分,頭部如同兩個豆瓣,桿部如同豆莖。在頭和桿的連接點及桿上有兩處類似關節(jié),可以屈動。M線兩側(cè)的肌球蛋白對稱排列,桿部均朝向粗肌絲的中段,頭部則朝向粗肌絲的兩端的兩端并露出表面,稱為橫橋(cross bridge)(圖6-4)。M線兩側(cè)的粗肌絲只有肌球蛋白桿部而沒有頭部,所以表面光滑。肌球蛋白頭部是一種ATP酶,能與ATP結(jié)合。只有當肌球蛋白分子頭部與肌動蛋白接觸時,ATP酶才被激活,于是分解ATP放出能量,使橫橋發(fā)生屈伸運動。
細肌絲的分子結(jié)構(gòu):細肌絲由三種蛋白質(zhì)分子組成,即肌動蛋白、原肌球蛋白和肌原蛋白。后二種屬于調(diào)節(jié)蛋白,在肌收縮中起調(diào)節(jié)作用。肌動蛋白(actin)分子單體為球形,許多單體相互接連成串珠狀的纖維形,肌動蛋白就是由兩條纖維形肌動蛋白纏繞形成的雙股螺旋鏈。每個球形肌動蛋白單體上都有一個可以與肌球蛋白頭部相結(jié)合的位點。原肌球蛋白(tropomyosin)是由較短的雙股螺旋多肽鏈組成,首尾相連,嵌于肌動蛋白雙股螺旋鏈的淺溝內(nèi)。肌原蛋白(troponin)由3個球形亞單位組成,分別簡稱為TnT、 TnI和 Tnc 。肌原蛋白借TnT而附于原肌球蛋白分子上, TnI是抑制肌動蛋白和肌球蛋白相互作用的亞單位, Tnc 則是能與Ca2+相結(jié)合的亞單位(圖6-4)。
圖6-4 骨骼肌肌原纖維超微結(jié)構(gòu)及兩種肌絲分子結(jié)構(gòu)模式圖(1)肌節(jié)不同部位的橫切面 ,示粗肌絲與細肌絲的分布(2)一個肌節(jié)的縱切面,示兩種肌絲的排列(3)粗肌絲與細肌絲的分子結(jié)構(gòu)TnT肌原蛋白T,TnC肌原蛋白C,TnI肌原蛋白I
2.橫小管它是肌膜向肌漿內(nèi)凹陷形成的小管網(wǎng),由于它的走行方向與肌纖維長軸垂直,故稱橫小管(transverse tubule,或稱T小管)。人與哺乳動物的橫小管位于A帶與I帶交界處,同一水平的橫小管在細胞內(nèi)分支吻合環(huán)繞在每條肌原纖維周圍(圖6-5)。橫小管可將肌膜的興奮迅速傳到每個肌節(jié)。
3.肌漿網(wǎng) 肌漿網(wǎng)(sazxtf.net.cn/pharm/rcoplasmic reticulum)是肌纖維內(nèi)特化的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),位于橫小管之間,縱行包繞在每條肌原纖維周圍,故又稱縱小管(圖6-5)。位于橫小管兩側(cè)的肌漿網(wǎng)呈環(huán)行的扁囊,稱終池(terminal cisternae),終池之間則是相互吻合的縱行小管網(wǎng)。每條橫小管與其兩側(cè)的終池共同組成骨骼肌三聯(lián)體(triad)(圖6-5)。在橫小管的肌膜和終池的肌漿網(wǎng)膜之間形成三聯(lián)體連接,可將興奮從肌膜傳到肌漿網(wǎng)膜。肌漿網(wǎng)的膜上有豐富的鈣泵(一種ATP酶),有調(diào)節(jié)肌漿中Ca2+濃度的作用。
圖6-5 骨骼肌纖維超微結(jié)構(gòu)立體模式圖
目前認為,骨骼肌收縮的機制是肌絲滑動原理(sliding filament mechanism)。其過程大致如下:①運動神經(jīng)末梢將神經(jīng)沖動傳遞給肌膜;②肌膜的興奮經(jīng)橫小管迅速傳向終池;③肌漿網(wǎng)膜上的鈣泵活動,將大量Ca2+轉(zhuǎn)運到肌漿內(nèi);④肌原蛋白TnC與Ca2+結(jié)合后,發(fā)生構(gòu)型改變,進而使原肌球蛋白位置也隨之變化;⑤原來被掩蓋的肌動蛋白位點暴露,迅即與肌球蛋白頭接觸;⑥肌球蛋白頭ATP酶被激活,分解了ATP并釋放能量;⑦肌球蛋白的頭及桿發(fā)生屈曲轉(zhuǎn)動,將肌動蛋白拉向M線(圖6-6);⑧細肌絲向A帶內(nèi)滑入,I帶變窄,A帶長度不變,但H帶因細肌絲的插入可消失(圖6-7),由于細肌絲在粗肌絲之間向M線滑動,肌節(jié)縮短,肌纖維收縮;⑨收縮完畢,肌漿內(nèi)Ca2+被泵入肌漿網(wǎng)內(nèi),肌漿內(nèi)Ca2+濃度降低,肌原蛋白恢復原來構(gòu)型,原肌球蛋白恢復原位又掩蓋肌動蛋白位點,肌球蛋白頭與肌動蛋白脫離接觸,肌則處于松馳狀態(tài)。
圖6-6 骨骼肌纖維收縮的分子結(jié)構(gòu)圖解
(1)肌纖維未收縮時,肌球蛋白分子頭部未與肌動蛋白接觸
(2)肌纖維收縮時,肌球蛋白頭部與肌動蛋白位點接觸,ATP分解發(fā),釋放能量
(3)肌球蛋白頭部向M線方向轉(zhuǎn)動,使肌動蛋白絲部向A帶滑入
(4)新的接觸重新開始
圖6-7 骨骼肌纖維收縮時 肌節(jié)結(jié)構(gòu)變化圖解 (1)肌纖維舒張, (2)肌纖維收縮