骨胳肌组织

骨胳肌组织是由骨胳肌纤维构成的一种肌组织，肌纤维间有结缔组织、丰富的毛细血管和神经。因其肌纤维有横纹而属于横纹肌。骨胳肌组织构成解剖学所见的肌肉；还分布在舌、咽、食管和喉；使肢体进行运动，参与机械性消化、呼吸和发声。
骨胳肌纤维的微细结构 骨胳肌纤维是细长圆柱状有横纹的多核细胞，直径约10～100μm，长度不一，最短的约1mm，一般长约3～40mm，有的更长，两端钝圆。在短肌肉中，肌纤维可与肌肉长度相等，在长肌肉中，肌纤维达不到肌肉末端，中途以结缔组织相连。肌纤维表面有肌膜，即细胞膜(图1)。细胞核有多个，在长的肌纤维中多达数百个。胞核呈卵圆形，染色质较少，核仁明显。胞核一般位于肌纤维周边，靠近肌膜；但可因肌纤维的类型和动物种属的不同而异，如红肌纤维和蛙骨胳肌纤维的胞核可位于肌纤维内部。肌纤维的胞质常称肌浆，其中有大量肌原纤维、丰富的线粒体、发达的肌浆网及高尔基复合体、溶酶体、糖原颗粒和肌红蛋白等。

图1 骨胳肌纤维纵切面

1.细胞核 2.肌膜 3.成纤维细胞 4.间线 5.H带 6.明带 7.暗带

肌膜 是肌纤维表面的细胞膜，在电镜下，由单位膜构成，其外面附有一层基板和网状纤维(图2)。躯体运动神经纤维的终末附于每条肌纤维表面，形成运动终板。该处肌膜稍凹陷形成小槽，还向肌浆方向下陷形成许多小皱褶，在肌膜上有乙酰胆碱受体(N受体)(参见“神经末梢”条)。肌膜和基板一起从肌纤维表面凹入细胞内，形成垂直于肌纤维长轴的小管，称为横小管或T小管。横小管伸到肌原纤维之间，在同一水平面上的横小管分支相连环绕每一肌原纤维(图2)。哺乳动物的横小管位于明、暗带交界水平，而鱼类、两栖类和鸟类的位于间线水平。从细胞表面观察，在上述水平的肌膜上可见一排排横小管开口。横小管是肌膜向内凹陷所成，直径约20～40nm，管腔与细胞外间隙相通，内含细胞外液。横小管的广泛存在，使神经刺激产生的去极化波迅速由肌膜传到肌纤维内部，使整个肌纤维一致地收缩。

图2 骨胳肌纤维超微结构模式图

1.肌原纤维 2.肌浆网 3.终池 4.三联体 5.横小管 6.肌膜 7.基板 8.网状纤维 I.明带 A.暗带 T.横小管开口

肌原纤维 光镜下，肌原纤维呈细长丝状，直径1～2μm，沿肌纤维的长轴平行排列。肌原纤维上都显有明暗相间的带，而且各肌原纤维的明带、暗带均整齐地排列在同一水平上，故整个肌纤维显有明暗相间的横纹(图1)。用铁苏木素染色时，暗带着色深，明带着色浅。用偏振光显微镜观察时，暗带呈较明亮的双折光性或各向异性(ani-sotropy)，故又称A带； 而明带呈较弱的双折光性或各向同性(isotropy)，故又称I带。肌肉舒张时，明带宽约0.8μm，暗带宽约1.5μm。肌肉收缩时，明带变窄，暗带不变。暗带中有色浅的H带。H带中又有一条深色的中线，也称M线。明带中有一条染色深的间线，也称Z线、Z膜或Z盘。相邻两间线之间的一段肌原纤维，称为肌节。每个肌节包括1/2明带+暗带+1/2明带。肌节是肌原纤维的结构和功能的基本单位，其长度在肌肉舒张时约为2.3μm，收缩时则变短。在肌纤维的横切面上，肌原纤维呈点状，由于它们在肌浆中配布不均匀，故集成许多大小及形状不一的区域，称Cohnheim区(参见“肌肉”条图)。
在电镜下，肌原纤维由两种很细的肌丝即粗丝和细丝构成，两种肌丝均顺肌原纤维的长轴平行排列，在肌节内各居一定位置，彼此保持一定距离，又互相穿插(图3)。粗丝直径10～20nm，长约1.5μm，位于肌节的暗带中。粗丝在H带表面光滑，在H带两侧则以相等的距离伸出许多横突，称横桥。相邻横桥间距约为14.3nm，横桥间角为60度，每旋转一周伸出6个横桥，横桥的重复周期为42.9nm。每条粗丝约有216个横桥。在暗带中央，粗丝伸出几条垂直的丝状突，形成中线，有固定粗丝的作用。细丝直径5～7nm，长约1μm，位于肌节两侧，组成明带，并伸到粗丝之间，与粗丝平行，共同组成暗带的一部分。细丝一端与间线相连，另端游离，在肌纤维舒张时，止于H带外侧。由于上述肌丝配布的特点，在肌原纤维的横切面上，明带只有细丝，呈六角形排列；暗带中部的H带只有粗丝，呈三角形排列； H带两侧的暗带则有粗、细两种肌丝。每条粗丝周围有6条细丝；每条细丝位于3条粗丝的中央。粗、细丝相距10～20nm(图3)。

图3 骨胳肌纤维的肌原纤维

a.肌原纤维纵切面低倍电镜示意图，示肌节的各带
b.肌原纤维纵切面高倍电镜示意图，示粗丝和细丝在肌节内的分布
c.肌节横切面高倍电镜示意图，示肌丝在各带的位置关系
Z.间线 I.明带 A.暗带 H.H带 M.中线

间线位于明带的中央，也常称间膜，是肌节的分界和细丝附着处，细丝分别垂直地固定在间线两侧。间线由Z丝和间膜基质组成，含α辅肌动蛋白。根据两栖类肌肉的观察，在间线两侧都是每条细丝连接4根Z丝，而这4根Z丝斜穿间线至间线另一侧，又各与一条细丝相连(图4)。如此，Z丝在间线部位构成一个网。从间线侧面观，Z丝连成锯齿状(图3、图4)。哺乳类肌肉间线的构造更为复杂。
(1)粗丝： 主要由肌球蛋白集合而成，故又称肌球蛋白丝。肌球蛋白分子的分子量约为500,000，分子全长约150nm，可分为球状头和杆状尾两部分，形似豆芽。每一肌球蛋白分子由2条分子量各约200,000组成的长多肽链即重链，和4条分子量各约20,000组成的短多肽链即轻链共同组成。两条重链互相缠绕成α双螺旋，形成分子的杆部，长约140nm，直径2～3nm。在重链的一端与轻链盘折一起形成一对豆瓣状部分，称为球头，长约10nm，宽约20nm，分子量约120,000～180,000。用胰蛋白酶水解后，可将肌球蛋白分解为两个组分：即轻酶解肌球蛋白(light meromyosin,LMM) 和重酶解肌球蛋白 (heavymeromyosin,HMM)。LMM为杆部的大部分，长约90nm。HMM长约60nm，可被木瓜酶水解成两个亚单位，即球头(HMM_S-1)和与其相连的一小段杆部(HMM_S-2)(图5)。

图4 间线结构示意图

a.间线的立体结构，示间线两侧的细丝与Z丝的关系 b.间线的表面观 c.间线的侧面观
1.间线一侧的细丝 1′.间线另一侧的细丝 2.Z丝

图5 粗丝分子结构示意图

a.肌球蛋白分子 b.由肌球蛋白分子组成的粗丝（示一段）

许多肌球蛋白分子互相规则集合一起构成粗丝 (图5)。各分子的LMM杆部组成粗丝骨架；在中线两侧的各分子球头端分别朝向粗丝两端，球头突出粗丝表面构成横桥头部，HMM_S-2杆部则构成横桥臂。每个球头均含有ATP酶，还有一个与ATP结合的位点和一个与细丝的肌动蛋白结合的位点，球头和HMM_S-2与LMM相接处还可弯曲，这些特点对肌肉收缩有重要作用。在粗丝上，每隔42.9nm的间隔有由C蛋白组成的开口环，箍在粗丝表面。
(2)细丝： 由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。肌动蛋白是细丝的主要成分，故细丝又称肌动蛋白丝。肌动蛋白分子的单体称G-肌动蛋白，呈椭圆形，直径约4.5～5.6nm，分子量约为45,000。球形单体不对称，每个单体都分前、后两极。两排球形单体前、后相接，聚合成两条念珠状链条，互相扭转成a-双螺旋，形成有极性的细丝状的F-肌动蛋白，构成细丝的主体(图6)。每个球形单体均有一个能与肌球蛋白结合的位点。

图6 细丝分子结构示意图

a.肌动蛋白分子球形单体 b.原肌球蛋白分子c.肌钙蛋白分子，分三个亚单位：Tn T肌钙蛋白T、TnC肌钙蛋白C、TnI肌钙蛋白I d.由三种蛋白分子组成的细丝（示一段）

原肌球蛋白分子呈线状，由两条多肽链拧成α双螺旋，长约40nm，分子量约70,000。原肌球蛋白分子也有极性，分子首尾相接，形成原肌球蛋白丝，位于肌动蛋白的双螺旋沟内(图6)。一个原肌球蛋白分子跨越7个肌动蛋白单体。原肌球蛋白与肌钙蛋白以1:1的比例形成复合体。
肌钙蛋白呈椭圆形，在细丝上，每隔40nm有一肌钙蛋白分子结合在一个原肌球蛋白分子上(图6)。肌钙蛋白分三个亚单位：
❶肌钙蛋白T(TnT):分子量约37,000～38,000，它与原肌球蛋白有很强的结合力，是肌钙蛋白与原肌球蛋白相连接的亚单位；
❷肌钙蛋白I(TnI):分子量为24,000，有抑制肌球蛋白与肌动蛋白相互作用的能力；
❸肌钙蛋白C(TnC):分子量最小，约为17,000～18,000，是肌钙蛋白的主要成分，与Ca的亲和力很强。每个TnC分子可与两个Ca离子结合，对肌肉收缩和舒张起重要的调节作用。
肌浆网 也称肌质网，是由特化的滑面内质网组成的膜管系统，在骨胳肌纤维内特别发达，具有调节肌浆内钙离子浓度的作用。肌浆网在两条相邻的横小管之间包绕每条肌原纤维。据肌浆网的分布和形状不同可分为互相连通的三部分：
❶小管网： 位于H带周围，呈小管状，互相吻合成密网，网孔较小；
❷纵小管： 位于暗带和明带周围，这些小管的走向与肌原纤维的纵轴大致一致；
❸终池：在哺乳动物骨胳肌纤维中位于明、暗带交界水平，在横小管两侧各有一终池，是分别由明带或暗带的纵小管吻合而成的横行膨大部分(图2)。横小管和它两侧的终池合称三联体。哺乳动物的骨胳肌纤维中，因三联体位于明、暗带交界水平，故每个肌节范围有两套三联体。而鱼类、两栖类和鸟类的三联体位于间线水平，每个肌节平均只有一组三联体。
肌浆网的单位膜上镶嵌的蛋白质中的70～80%是钙泵蛋白，它的分子量约100,000，是一种ATP酶，此酶必须有Ca2+和Mg2+存在才有活性。酶分解ATP时释放出能量，使钙泵蛋白分子构形发生变化，将肌浆内的Ca2+输送到肌浆网内，从而使肌浆网内Ca2+浓度比肌浆内高数千倍。肌浆网的膜上还有受磷酸蛋白和收钙素。受磷酸蛋白的分子量为22,000，与钙泵蛋白相邻接，能与磷酸结合，可加速钙泵自肌浆中摄取Ca2+的速度，故对钙泵运输速度起调节作用 。收钙素约占肌浆网膜蛋白的15%，其分子量为55,000。肌浆网内贮存的Ca2+约80%是与收钙素结合的。
肌浆的其它成分 包括
❶线粒体： 肌浆内有丰富的线粒体，位于肌膜内面，胞核附近及肌原纤维之间，其长轴与肌原纤维平行。在肌原纤维间的线粒体，常成对整齐地排列在间线两侧的明带旁。线粒体嵴既多又密。线粒体的主要功能是为肌肉收缩提供能量。线粒体的数量因肌纤维的类型而有差异；
❷高尔基复合体：多位于胞核两端的肌浆中，在成年的骨胳肌纤维中不甚发达，在肌纤维发生和再生时，较为明显；
❸溶酶体： 在正常肌纤维内很少，在病理应激情况下，如切断支配肌纤维的神经后，可见肌浆中有许多溶酶体；
❹糖原颗粒：肌浆中含大量糖原颗粒，多分布在肌原纤维间和肌浆网间；
❺脂滴： 分布在肌原纤维间；
❻肌红蛋白： 是肌纤维特有的一种蛋白质，弥漫分布在肌浆基质中，呈红色。不同类型的纤维因肌红蛋白含量不同而显不同颜色。肌红蛋白与氧的亲和力较强，当肌肉缺氧时可放出氧，以供肌肉收缩的急需。
骨胳肌纤维收缩机理 光镜早已证明，骨胳肌收缩时肌节变短是由于明带变窄，而暗带长度不变，但对肌纤维收缩的机制尚不了解。电镜观察发现，肌节是由粗、细肌丝相互穿插而成。在此基础上，Hanson和Huxley(1953,1957)提出 “肌丝滑动学说”，主张肌肉收缩时，粗、细丝的长度和暗带的宽度均无改变，肌肉收缩是由于细丝在粗丝之间向中线滑动的结果。细丝向中线滑动，导致粗、细丝互相穿插的部分增加和肌节两侧细丝的游离端互相靠拢，于是明带变窄、H带变窄以至消失，间线被牵拉靠近暗带，结果肌节和肌原纤维变短，从而肌肉缩短(图7)。
肌纤维收缩时细丝向中线滑动是受粗丝的横桥牵引所致，在此过程中发生一系列分子水平的变化(图8、图9).肌肉静止时，粗丝肌球蛋白头部 （即粗丝横桥的头） 的ATP酶处都结合着一分子ATP，简称为待发肌球蛋白，但此时肌浆内的Ca²⁺浓度很低，细丝肌动蛋白单体上与肌球蛋白头部结合的位点被原肌球蛋白遮盖，故肌球蛋白不能与肌动蛋白接触。当肌纤维受到神经刺激时，肌膜的去极化沿横小管传到肌纤维内部，通过三联体使肌浆网的膜去极化，引起肌浆网贮存的Ca²⁺释放与细丝的肌钙蛋白C结合，改变了肌钙蛋白的空间构型，驱使原肌球蛋白陷入肌动蛋白的螺旋沟内，而将肌动蛋白上的肌球蛋白结合位点暴露出来。肌球蛋白头部随即，与肌动蛋白接触，同时头部的ATP酶在Ca²⁺存在下被肌动蛋白激活，迅速分解ATP，放出能量。这些能量促使肌球蛋白头和HMM与LMM连接处向中线方向旋转，于是牵引细丝向中线滑动(图8、图9)。球头每次旋转可使细丝移动5～10nm的距离。粗丝上虽有多个球头，但每一瞬间只有少数与肌动蛋白接触。当先与肌动蛋白相接的球头牵移细丝后，另一些待发肌球蛋白又与肌动蛋白接触，而先与细丝相接的球头则结合上一新ATP，与肌动蛋白脱离并恢复原位，准备再次与肌动蛋白接触。如此重复，终使粗丝与细丝大部重叠，导致肌肉收缩。当神经刺激停止后，肌浆网的钙泵迅速将肌浆的Ca²⁺泵回肌浆网内，使肌浆的Ca²⁺浓度降低，于是粗、细丝脱离接触。

图7 骨胳肌收缩时粗、细肌丝位置变化示意图

a.舒张状态 b.收缩状态
Z.间线 I.明带 A.暗带 H.H带 M.中线

图8 骨胳肌纤维收缩（右）与舒张（左）时粗、细丝中各种蛋白分子的位置变化

A.肌动蛋白单体 M.肌球蛋白头 Tm.原肌球蛋白Tn^T.肌钙蛋白T TnC.肌钙蛋白C TnI.肌钙蛋白I

图9 肌丝滑动机理示意图

a.舒张时，示粗丝肌球蛋白头未与细丝肌动蛋白接触。A.细丝1～6示球形肌动蛋白单体； S.与肌球蛋白头结合的位点；M.肌球蛋白头T.粗丝
b.收缩开始时，粗丝肌球蛋白头与细丝肌动蛋白单体接触
c.粗丝肌球蛋白头向中线方向旋转，牵引细丝向中线滑动（箭头示滑动方向）

骨胳肌纤维的类型 依据肌浆中肌红蛋白和肌原纤维的多少及其它特点，可将肌纤维分为红肌纤维、白肌纤维和中间型肌纤维。以红肌纤维或白肌纤维为主组成的肌肉，颜色深浅不同，分别称为红肌和白肌。
红肌纤维 肌纤维较细，肌浆中肌红蛋白多，肌原纤维较细较少，故呈红色。肌纤维周围血管较丰富。电镜下，红肌纤维的间线宽，肌膜下和肌原纤维间有大量嵴很密集的大线粒体。红肌纤维收缩反应缓慢，但持续时间较长，不易疲劳，故又称慢缩肌纤维。
白肌纤维 肌纤维较粗，肌浆中肌红蛋白少，肌原纤维较粗较多，故颜色淡。肌纤维周围血管较少。电镜下，白肌纤维的间线窄，肌膜下和肌原纤维间线粒体较少，椭圆形线粒体常成对分布在明带旁。白肌纤维收缩反应迅速，但持续时间较短，容易疲劳，故又称快缩纤维。
中间型肌纤维 形态特征介于红、白肌纤维之间。电镜下，间线较窄，线粒体比红肌纤维的较小，嵴也较少。
显示线粒体酶和肌原纤维ATP酶的组织化学方法，可清楚地区分三型肌纤维。如显示线粒体琥珀酸脱氢酶时，红肌纤维的呈色反应最深，白肌纤维的反应最弱，中间型肌纤维的反应界于二者之间。许多哺乳动物如大白鼠、小白鼠、家兔等的红肌和白肌明显可辨，甚至可由一型肌纤维构成一块肌肉。人的肌肉中，三型肌纤维混杂存在，但它们在各肌肉中的数量比例不同。有的肌肉如小腿腓肠肌以白肌纤维为主，颜色略淡，适于敏捷的运动。经常处于运动的眼肌、咀嚼肌和呼吸肌等，则以红肌纤维为主。
骨胳肌组织的生长和再生 在骨胳肌纤维的基膜内面，见扁梭形细胞位于肌纤维表面的浅凹中，称肌卫星细胞。此细胞胞质少，核长圆形，光镜下看不清细胞界限。它们可能是贮备的干细胞，能增生分化为成肌细胞，参与肌纤维的生长、肥大和再生。骨胳肌纤维是高度分化的细胞，一般认为童年后骨胳肌纤维的数目不再增多，但随个体的发育生长，肌纤维的体积可渐增大，包括增粗和增长。肌纤维增粗是由于肌浆增多，游离核糖体形成新肌丝，使肌原纤维变粗，以至形成新的肌原纤维。增长是由肌纤维两端的游离核糖体产生新肌丝蛋白，形成新肌节，衔接在肌原纤维末端，从而使肌纤维变长。也有人认为，肌卫星细胞与肌纤维融合而使之增长。肌肉的发达程度与肌肉的运动有密切关系。长期停止运动，肌肉发生萎缩；长期高强度活动，肌肉则明显发达，这种现象称为适应性肥大。
低等脊椎动物的骨胳肌有明显的再生能力。人骨胳肌的再生能力很低。肌卫星细胞与骨胳肌再生有关。肌纤维受损伤后，肌卫星细胞分裂增殖，变为纺锤形的成肌细胞，许多成肌细胞彼此融合而成管状的多核细胞，称肌管。肌管内生成肌丝增多，胞核移向细胞周缘，最后分化成有横纹的肌纤维。有人认为，肌肉损伤后，在最初2～3天出现退行性变化，中性粒细胞和巨噬细胞侵入其中，清除坏死组织，损伤部位附近的肌纤维残端肌浆形成芽状突起，称为肌芽。肌芽向损伤区延伸，成纤维细胞生成结缔组织性肌内膜管，引导肌芽长入其中，与相对端伸来的肌芽相互衔接，实现肌纤维再生。另有人认为，在骨胳肌受损的部位，未受损伤的肌纤维变为成肌细胞，然后成肌细胞的胞核一再分裂，形成多核细胞，继之出现肌原纤维，遂产生新的肌纤维。严重创伤引起的大范围肌肉缺损，由成纤维细胞产生纤维性瘢痕组织填补。