 Ca2+ strömt aus, Ca2+ -Freisetzung stoppt, wenn kein AP mehr folgt Ca2+ -Pumpe (SERCASarcoplasmic/Endoplasmic Reticulum Ca²⁺-ATPase) in der Membran des SR, pumpt 2 Ca2+ -Ionen unter ATP-Verbrauch zurück ins SR

 Erschlaffung des Muskels, sobald Ca2+ -Konzentration unter 10-7 mol/l

二氫吡啶受體 (DHPR)：T-小管中的修飾 Ca^{2+} -通道（骨骼肌中幾乎沒有 Ca^{2+} 通過）。 AP 導致構象變化，與 RyR1 機械接觸，打開 RyR1。
蘭尼鹼受體 1 (RyR1)：SR 膜中的 Ca^{2+} -通道蛋白（在心肌中為 RyR2）。在 DHPR 的構象變化後打開。 Ca^{2+} 流出，如果不再有 AP，則 Ca^{2+} -釋放停止。
Ca^{2+} -泵 (SERCA)：在 SR 膜中，消耗 ATP 將 2 個 Ca^{2+} -離子泵回 SR。一旦 Ca^{2+} -濃度低於 10^{-7} mol/l，肌肉就會鬆弛。
三聯體：一個 T-小管和兩個 L-小管形成一個三聯體。（一個 T- 和一個 L-小管 =“二聯體”）

肌電機械耦合

“電”刺激導致動作電位，並以“機械”工作來響應。
在刺激之前：Ca^{2+} -濃度為 10^{-7} mol/l。
刺激後 5 毫秒：Ca^{2+} -濃度為 10^{-5} mol/l。
刺激後 20 毫秒：Ca^{2+} -濃度持續升高。

細絲滑動

肌肉收縮 = 肌節的粗細絲相互滑動。
Z 盤向 M 線移動。
H 區和 I 帶縮短。
A 帶保持不變。

肌節

其他結構蛋白：α-肌動蛋白、β-肌動蛋白、雲絲蛋白
Z 盤
A 帶
½ I 帶
M 線
肌動蛋白（細絲）
肌聯蛋白
肌球蛋白（粗絲）
收縮蛋白
H 區
各向異性
各向同性

收縮蛋白

F-肌動蛋白：G-肌動蛋白
肌球蛋白：每個細絲 300-400 個二聚體
肌球蛋白二聚體：頭、頸、柄

調節蛋白

原肌球蛋白
TnT 與原肌球蛋白
TnI：抑制性亞基
TnC 結合 Ca^{2+}

術語

Ca^{2+} -開關：一種蛋白質，通過結合 Ca^{2+} 來實現結合位點的暴露，從而啟動收縮。

橫橋循環

許多肌球蛋白頭的附著、彎曲、分離和直立看起來像“划船”（但不是同步的）。
沒有 ATP 就無法分離，這會導致屍僵。

激活形式

單一刺激：單次抽搐
連續刺激：不完全強直
一系列刺激：完全強直（粗糙）
高頻刺激系列：（平滑）
總和/疊加
延遲

Calcium wird aus L Tubulus freigesetzt. Bindet an Troponin

So wird die Bindestelle am Aktin für Myosin frei. Zu diesem Punkt

ist bereits ATP am Mysosinköpfchen gebunden.

Myosin bindet am Aktin

In Magnesiumanwesenheit wird ATP zu ADP und P

Durch Freisetzen der Phosphatgruppe knickt Myosinknöpfchen um 90 zu 50 Grad

Durch Freisetzen ADP weiteres Abknicken 50 zu 45 Grad

Anschließend bindet Myosinköpfchen wieder ATP

Myosin löst sich nimmt ursprünglich 90 Grad Konfiguration

Nach der Kontraktion/AP: Calcium wieder in L-Tubuli zurückgepumpt. Es

kommt zur Ca zurück in L Tubuli durch sinkende Plasmakonzentration.

Ruderschlagmechanismus:

Das Anhaften, Abknicken,

Ablösen und Aufrichten der

vielen Myosinköpfchen sieht

aus wie „Rudern“ (ist jedoch

nicht synchron)

術語

破傷風 ≠ 破傷風：破傷風收縮與由破傷風梭菌毒素引起的疾病破傷風無關。

纖維類型

三種不同的肌肉纖維（細胞）類型：- 一個肌腹通常由至少兩種纖維類型組成。
- 根據比例：“白色”或“紅色”肌肉。
- 一個運動單位始終只由一種纖維類型組成。
I 型，S（S=慢）：- 顏色：紅色
- 肌紅蛋白含量：多
- 抽搐速度：慢
- 肌球蛋白異構體的 ATPase 活性：低
- Ca^{2+} -ATPase 異構體：SERCA2
- 乳酸脫氫酶活性：低
- 疲勞性：低
- 線粒體：多
- 代謝酶：主要是氧化酶
- 毛細血管網絡：密集
- 力量發展：低
- 生長能力：低
- 任務：耐力表現，保持力
IIa 型，中間型，FR（FR=快速，抗疲勞）：- 顏色：紅色（粉紅色）
- 肌紅蛋白含量：中等
- 抽搐速度：快
- 肌球蛋白異構體的 ATPase 活性：中高
- Ca^{2+} -ATPase 異構體：SERCA1
- 乳酸脫氫酶活性：中/高
- 疲勞性：低 - 中
- 線粒體：一些
- 代謝酶：氧化 + 糖酵解
- 毛細血管網絡：中等
- 力量發展：中等
- 生長能力：中等
- 任務：爆發力（以及在開始時和在厭氧條件下）
IIb 型，IIX，IID，FF（FF=快速疲勞）：- 顏色：白色
- 肌紅蛋白含量：少
- 抽搐速度：非常快
- 肌球蛋白異構體的 ATPase 活性：高
- Ca^{2+} -ATPase 異構體：SERCA1
- 乳酸脫氫酶活性：高
- 疲勞性：迅速
- 線粒體：少
- 代謝酶：主要是糖酵解
- 毛細血管網絡：低
- 力量發展：高
- 生長能力：高
- 任務：爆發力

收縮形式

等張（等壓）收縮：- 肌肉縮短（長度減小），張力或力量保持恆定（張力保持不變）。
- 例如：實驗性的，很少發生
等（容）積收縮：- 張力增加（S 增加），而肌肉在外部沒有縮短（L 保持不變）。串聯彈性元件（肌腱）被最大程度地拉緊。
- 例如：在高負荷下，心臟在等容訓練期間的收縮期
輔助張力（輔助壓力）收縮-肌肉在產生力量的同時縮短（L 減小）（S 增加）
- 例如：心臟週期的射血期
輔助抽搐-肌肉首先等距收縮，然後等張收縮
- 例如：提起購物袋，拉馬車
衝擊抽搐-肌肉首先等張收縮，然後等距收縮
- 例如：咀嚼

力量-長度圖

強烈拉伸的肌肉不如中等拉伸的肌肉收縮得好（速度也較慢）。
也就是說，在高負荷下（當肌肉被強烈預拉伸時），它產生的力量與中等負荷相比要小。
因此，靜息時的預拉伸對於肌肉收縮期間可能產生的最大力量至關重要。
靜息伸展曲線：尤其是在高負荷範圍內不再是線性的。
原因：低負荷  塑性元件（收縮裝置）被拉伸  彈性元件（結締組織、肌腱）阻止進一步拉伸  需要更多負荷。
等張最大值曲線：為此，確定肌肉在最大刺激下可以縮短的距離，具體取決於負荷它的重量並同時預拉伸。
等距最大值曲線：肌肉在預拉伸狀態下固定，因此只能產生力量，而不能縮短。起點再次為靜息伸展曲線！
輔助最大值：首先等距，然後等張，從特定的預拉伸開始。
功 = 力 · 距離

收縮力的調節

通過預拉伸調節力量。
通過募集運動單位來調節力量。
通過 Ca^{2+} 調節力量（=“頻率調製”）：- 這為肌動蛋白和肌球蛋白創造了更多的相互作用可能性。這增加了收縮力（階梯現象）。
- 激勵速率越高，兩個激勵之間從肌漿中去除 Ca^{2+} 的時間就越少。 Ca^{2+} -濃度在脈衝之間保持升高。
- 例如：從低頻破傷風到平滑破傷風的轉變將肌肉力量提高了 2-8 倍。
通過纖維類型調節力量。

能量預算和效率

肌肉中的 ATP：- - Pi → ADP + 約 30 kJ
- 僅約 5 µmol/g 肌肉，僅持續 1-2 秒
肌肉中的磷酸肌酸：- 用於快速 ATP 再生。
- -
ADP → 肌酸和 ATP（肌酸激酶；洛曼反應）
- 僅約 25 µmol/g 肌肉，僅持續額外 10-20 秒
肌肉中的葡萄糖：- 來自血液或糖原分解（稍後也來自肝臟）
- 在糖酵解中分解為 2 個丙酮酸 + 2 個 ATP → O2 -供應不良（在肌肉工作開始時，血液供應仍然不足，因此 O2 也來自肌紅蛋白，儲存迅速耗盡）
- 厭氧糖酵解：丙酮酸轉化為乳酸 → pH，僅產生 2 個 ATP
- O2 -供應。調整：2 個丙酮酸通過檸檬酸循環和呼吸鏈轉化為 38 個 ATP、CO2、H2O
肌肉中的脂肪酸：- 脂肪分解 → 酰基輔酶 A → β-氧化 → 乙酰輔酶 A → 檸檬酸循環 → 呼吸鏈 → 約 129 個 ATP、CO2、H2O
O2 -赤字 = 債務；呼吸後（償還債務）*熱量：- ATP 水解產生的能量中有 40-50% 被肌原纖維轉化為機械功，其餘部分以熱量形式釋放。因此，收縮裝置的效率（商：功/消耗的能量）為 40-50%。
- 在釋放的熱量中，區分保持熱量（持續產生）和縮短熱量（在負荷下）。在負荷後，當能量儲存再次補充並且離子泵必須更加努力地工作時，還會產生恢復熱量。如果將恢復熱量添加到釋放的熱量中，則整個肌肉的效率僅為 20-30%。
- 肌肉的產熱有效地用於調節體溫。這增加了肌肉張力，彎曲肌和伸展肌同時被激活（寒戰）。
疲勞/耗竭：- 厭氧肌肉工作、長時間的負荷或頻繁的強烈收縮會導致肌肉疲勞。
- 除了心理因素（動機下降）和中樞疲勞外，還討論了以下因素作為原因：- 細胞外 K+ 的積累或肌肉細胞內 K+ 的消耗→復極化困難
  - 局部酸中毒和體溫過高（對酶活性不利）
  - 底物和液體缺乏（糖原儲備耗盡，血液流動減少，O2 -供應減少→ATP-再合成被抑制）
  - 高 ATP-轉換 → Pi 的積累 → 對肌鈣蛋白的 Ca^{2+} -敏感性產生負面影響 → 降低肌原纖維的 Ca^{2+} -響應能力
  - RyR1 上的 ATP 結合位點不再完全被佔據 + SR 中 Pi 與 Ca^{2+} 的沉澱 → 從 SR 釋放的 Ca^{2+} 減少
  - 從 Mg2+ -ATP 複合物釋放的 Mg2+ 也會抑制 RyR1

病理生理學/藥理學

超負荷會導致肌原纖維中的微損傷（例如，Z 盤破裂），從而導致局部炎症 → 肌肉酸痛。
由於厭氧糖酵解導致的酸中毒而導致的超負荷會損害肌肉細胞膜 → 橫紋肌溶解。例如：腰痛/十字架/馬的運動性肌病/假日疾病，可能伴有肌紅蛋白尿。*產後麻痺：- 也稱為“臥倒”、“乳熱”或“產後低鈣血症”。
- 母牛主要在產犢時間前後或隨著泌乳開始，Ca^{2+} 進入牛奶 → Ca^{2+} -血漿含量從 2.5-2.8 mmol/l 降至約 2 mmol/l p.p. （無症狀），臥倒通常僅在 < 1.8 mmol/l 時發生
- 症狀：最初共濟失調、耳朵冰涼、後肢束顫，然後臥倒（無法站立，腿似乎麻痺）、冷漠、體溫升高、食慾不振、“自聽診姿勢”，隨後側臥
- 可能的原因：電壓依賴性 Na^+ -通道的閾值電位已調整 + 在運動終板處乙酰膽鹼釋放減少（與 Ca^{2+} -血漿含量的 4 次方相關）
- 事實：動物在 Ca^{2+} -輸液後很快就會再次站起來。
惡性高熱：- 在人和豬中已知；RyR1 中的突變 → 降低釋放閾值 → 釋放過多的 Ca^{2+} 。導致強烈的骨骼肌收縮，並產生過多的熱量。
- 在負載和麻醉下發生 →“氟烷測試”（也在異氟醚下）。在麻醉中危及生命。
- 在豬中，通過 Piétrain 公豬進行繁殖：高瘦肉含量，但許多糖酵解 IIb 纖維。從 SR 中釋放大量 Ca^{2+} → 持續肌肉收縮。→ ATP 和 O2 - 缺乏、無氧糖酵解中乳酸形成、產熱 → 肌肉細胞損傷。
- 通過運輸負荷 → 背部肌肉壞死 =“香蕉病”
- 通過屠宰前的一般應激 → PSE 肉（蒼白、柔軟、滲出性）屠宰後 pH 值迅速下降（一小時後 pH 值已為 6），同時屍體溫度高 → 蛋白質被破壞 → 肉的保水能力下降 → 肉蒼白、柔軟並失去水分

Maligne Hyperthermie

bei Mensch und Schwein bekannt;

Mutation im RyR1  Release-Schwelle herabgesetzt  entlässt zu viel Ca2+

Starke Skelettmuskelkontraktionen mit übermäßiger Wärmebildung sind die Folge.

Tritt unter Belastung und Narkose auf  „Halothantest“ (aber auch unter Isofluran).

In Narkose lebensbedrohlich.

Beim Schwein durch Piétrain-Eber in Zucht gekommen: hoher Magerfleischanteil, aber

viele glykolytische IIb-Fasern. Viel Ca2+ aus SR  Muskeldauerkontraktion  ATP- und O2 Mangel, Laktatbildung in anaerober Glykolyse, Wärmebildung  Muskelzellschäden.

- durch Transport-Belastung  Rückenmuskelnekrose = „Bananenkrankheit“

- durch allgem. Stress vor der Schlachtung  PSE-Fleisch (pale, soft, exsudative)

pH sinkt schnell nach Schlachtung (schon bei pH 6 nach einer Stunde) bei gleichzeitig

hoher Schlachtkörpertemperatur  Proteine werden zerstört  Wasserbindungs-

vermögen des Fleisches sinkt  Fleisch blass, weich und verliert Wasser

橫紋心肌

組織學特點

心肌：光帶（高密度的間隙連接）
心肌 =“功能合胞體”（全或無定律）

肌電機械耦合

沒有運動終板！
刺激形成：- 竇房結中的起搏細胞自發去極化，產生動作電位（其他細胞也起到起搏的作用，但竇房結具有最高的固有頻率，因此占主導地位→“竇性心律”）
刺激傳導：- 動作電位從竇房結通過心房傳導到房室結並在此處延遲，通過希氏束、塔瓦拉束支和浦肯野纖維，工作心肌被激發
工作心肌：- 所有其他非專業的心房和心室心肌細胞，配備快速電壓敏感 Na^+ -通道，並通過間隙連接連接
來自心臟自身“自主”刺激形成系統的激勵，從刺激傳導系統和細胞到細胞通過間隙連接的傳遞 → 工作心肌的收縮（全或無定律）

起搏電位

沒有恆定的靜息電位，起搏細胞的電位會波動！- 預電位：陽離子的電導率增加 → Na^+, Ca^{2+} 流入（有趣的電流）
- 如果達到閾值電位：Ca^{2+} -通道（L 型 = DHPR）打開→ Ca^{2+} -流入 = 動作電位（因此起搏細胞的上升期基於 Ca^{2+} -流入，而不是 Na^+
- 復極化：K^+ -外流

動作電位：工作心肌

上升期：Na^+ -流入
初始復極化：Na^+ -通道快速關閉
平台期：Ca^{2+} -流入（L 型）和 K^+ -外流
復極化：K^+ -外流

Ca2+ 釋放

二氫吡啶受體 (DHPR)：T-小管中的真實 Ca^{2+} -通道，電壓敏感，AP 導致打開和流入 Ca^{2+} 。
蘭尼鹼受體 2 (RyR2)：SR 膜中的 Ca^{2+} -通道蛋白，在細胞溶質中記錄到升高的 Ca^{2+} -濃度後打開（“Ca^{2+} -火花”、“觸發器”），Ca^{2+} 也在 SR 中流出。如果不再有 AP，則 Ca^{2+} -釋放停止。
Ca2+-逆向轉運：在 SR 膜（和肌膜中）的 Ca^{2+} -ATPase 和在肌膜中的二級主動 3Na^+ -1Ca^{2+} -反向轉運蛋白。

藥理機械耦合

藥理機械：一種藥物，而不是動作電位，可確保機械功（第二信使 → 細胞溶質 Ca^{2+} #或$）。
沒有疊加 → 沒有破傷風心肌細胞由於 Ca^{2+} -平台而無法破傷風 → 延遲復極化 → Na^+ -通道在“關閉/無法激活”狀態下停留更長時間，只能進行單次抽搐

壓力-體積圖

正常的心臟動作是經過修改的輔助抽搐：- 收縮期：等容收縮期 + 輔助壓力射血期
- 舒張期：等容鬆弛期 + 輔助壓力填充期
靜息伸展曲線，輔助最大值
用血液被動拉伸一個分離的、靜止的心室 → 心室壓力的增加
前負荷 = 舒張末期壓力
後負荷 = 收縮末期壓力

激活形式和不應期

膜電位 mV：-90

收縮力的調節

通過預拉伸調節力量。
增加細胞溶質 Ca^{2+} -濃度 → 暴露更多的肌動蛋白-肌球蛋白相互作用位點→更大的力量！
Ca^{2+} -濃度不僅僅通過頻率增加來提高，也通過增加細胞外的流入和抑制向外轉運來提高。
例如，通過刺激 b1 受體或通過抑制 Na^+ -K^+ -ATPase（強心苷）

能源預算

心肌必須不斷進行收縮工作，無需儲存填充時間 → 需要有氧條件 → 心肌中存在特別多的線粒體（約佔細胞體積的 35%）
在線粒體中會再生 NADH+H+，因此心肌也可以將乳酸再次轉化為丙酮酸，從而用於能量獲取。（“雜食動物”以防止能量缺乏；靜息時的能量覆蓋：1/3 乳酸、1/3 葡萄糖、1/3 游離脂肪酸 + 酮體）
體力勞動時，從骨骼肌產生的乳酸更多。（負荷下的能量覆蓋：2/3 乳酸、1/7 葡萄糖、1/5 游離脂肪酸）
因此，能量獲取需要大量的 O2！O2 -缺乏 → 功能 #（心臟佔總體重的比例：0.5-1%；佔總 O2 -消耗的比例：10%）
然而，在 O2 -缺乏的情況下，也會再次產生乳酸（就像骨骼肌在無氧-乳酸期一樣）→ 冠狀靜脈血中的乳酸多於動脈血 =“乳酸淨產生”

平滑肌

組織學特點

單元型：許多間隙連接 → 全或無
多單元型：很少間隙連接 → 更容易單獨控制
平滑（無橫紋）
小、紡錘形、單核
緩慢抽搐
肌球蛋白-ATPase 活性低 → 比快速骨骼肌慢 100-1000 倍，但節省 ATP
靠橋粒維持 → 網狀結構
SR 通常僅輕微發達，沒有 T-小管（小窩）→ Ca^{2+} 主要來自細胞外

單元型 – 多單元型

單元型：- 自發性、階段性-節律性活動
- 起搏器（“肌源性張力”）
- 通過間隙連接連接
- 由植物神經和其它遞質/激素調節
多單元型：- 不是（很少）自發性活動
- 由植物神經激發（“神經源性張力”）
- 零星的間隙連接
- 可以進行精細收縮
並非總是能夠分配給一種類型 → 過渡形式

收縮元件的排列

與橫紋肌相比，肌球蛋白更少，肌動蛋白更多 → 節省能量
收縮元件的對角排列

調節蛋白

鈣調蛋白 (CM) 是 Ca^{2+} -開關
鈣調蛋白 (CDM) 是阻斷蛋白
存在原肌球蛋白/鈣調蛋白，功能不明，無肌鈣蛋白
必須激活肌動蛋白和肌球蛋白。
Ca^{2+} -鈣調蛋白複合物 (CCMK) 激活酶：- 蛋白激酶 (PK) → 磷酸化 CDM → 釋放肌動蛋白結合位點
- 肌球蛋白輕鏈激酶 (MLKK) → 磷酸化肌球蛋白的調節輕鏈 → 肌球蛋白P 準備好橫橋循環
通過降低細胞溶質 Ca^{2+} -濃度 → 抑制 MLKK 並激活 MLK-磷酸酶 → 肌球蛋白不再磷酸化，甚至去磷酸化 = Ca^{2+} -脫敏 → 鬆弛
也可以通過增加 cAMP 或 cGMP 來實現 Ca^{2+} -脫敏

平滑肌的特殊性

持續時間長、張力性收縮，且沒有明顯的能量消耗，也稱為“閂鎖”現象（閂鎖 = 鎖、閂）
原因尚未闡明。推測是在橫橋形成時肌球蛋白輕鏈會去磷酸化，並且鈣調蛋白（可能還有肌鈣蛋白）會參與。
在血壓升高時，末端動脈和小動脈的細胞膜伸展 → 機械性打開 Ca^{2+} -通道 → 血管收縮
肌源性自動調節或為確保血液供應保持恆定的效應（對大腦和腎臟很重要）
粘彈性體（例如膀胱）壁中的平滑肌細胞從一定程度的伸展開始會失去張力（舒張）。
儘管最大程度地伸展，但這種“可塑性”可能會導致平滑肌完全鬆弛。

平滑肌的激發

神經遞質或激素 → 配體門控 Ca^{2+} -通道打開 → 動作電位 → 打開電壓敏感。Ca^{2+} -通道或起搏器 AP → 通過 Nexus 傳遞 → Ca^{2+} -流入 = 肌電機械耦合 *沒有 AP：- 細胞溶質 Ca^{2+} -濃度 # 或 $ 通過第二信使（例如 IP3、cAMP）或 Ca^{2+} -藥理機械耦合引起的酶的致敏或激活/抑制
機械伸展 → Ca^{2+} -流入 = 機械敏感耦合

肌電機械耦合

慢波
尖峰

藥理機械耦合

如果需要平滑肌鬆弛：- 抗膽鹼藥/副交感神經阻滯劑
- β2 -擬交感神經藥（宮縮抑制劑、支氣管解痙劑）
- α1 -交感神經阻滯劑
- α2 -擬交感神經藥 *一氧化氮、一氧化氮、NO：- NO 由三種不同的一氧化氮合酶異構體從精氨酸中產生：eNOS（內皮，由 Ca^{2+} -鈣調蛋白激活）、nNOS（神經元，由 Ca^{2+} -鈣調蛋白激活）和 iNOS（可誘導，例如由炎症誘導，普遍存在）。NO 的作用非常迅速，但不會持續很長時間。如果 NO 從神經元或內皮細胞擴散到相鄰的平滑肌細胞，細胞溶質鳥苷酸環化酶會在該處被激活 → cGMP#。cGMP 激活蛋白激酶 G，後者會降低細胞內 Ca^{2+} -水平（激活 Ca^{2+} -ATPase，抑制 IP3 -形成），提高 MLK-磷酸酶的活性並激活 K^+ -通道 → 鬆弛。
  - 例如，以硝酸甘油的形式用於冠狀動脈痙攣。
  - 抑制 5 型磷酸二酯酶對 cGMP 的分解 → 血管舒張（偉哥）