心肌收缩的兴奋-收缩耦联

1. 基本定义与定位
   兴奋-收缩耦联是指将心肌细胞动作电位（电兴奋）与心肌纤维机械收缩（机械收缩）联系起来的全过程。它是一个关键的生理过程，确保了心脏的电信号能精确、高效地转化为泵血的机械力。这个过程发生在每一个心肌细胞内部，核心是细胞内钙离子浓度的瞬时升高。

2. 结构基础：横管系统与肌质网
   心肌细胞拥有特化的结构来支持这一过程：

   • 横管系统：心肌细胞的细胞膜（肌膜）内陷形成横向小管，深度贯穿细胞内部，确保动作电位能快速传播到细胞深处的每一个区域。
   • 肌质网：是心肌细胞内的钙储存库，一种特殊的内质网。它紧密包裹着肌原纤维（收缩单位）。肌质网末端膨大的部分称为终池，与横管紧密相邻但不直接相通，两者之间的狭窄间隙是发生关键信号传递的场所。
   • 三联体结构：在心肌中，一个横管与一个肌质网终池相邻，构成一个功能性的“二联体”结构（骨骼肌为三联体），这是兴奋-收缩耦联的核心结构位点。

3. 关键步骤：从电信号到钙信号
   这个过程始于心肌细胞动作电位的去极化期（0期）：

   • 步骤一：动作电位沿横管传入：当动作电位传播到横管膜时，引起横管膜的去极化。
   • 步骤二：L型钙通道激活：横管膜上的电压门控L型钙通道因膜电位变化而构象改变，通道开放。少量细胞外钙离子（Ca²⁺）通过此通道流入细胞内。这部分流入的钙离子本身并不直接引起收缩，但其作用是触发性的，故称为“钙诱导的钙释放”中的“诱导钙”。
   • 步骤三：钙触发钙释放：流入的少量钙离子与肌质网终池膜上的兰尼碱受体结合。兰尼碱受体是一种钙释放通道，它本质上也是一种对钙离子敏感的通道。当被诱导钙激活后，兰尼碱受体通道大量开放，使得肌质网内储存的大量钙离子迅速释放到细胞质中。
   • 步骤四：胞质钙浓度急剧升高：通过L型钙通道的钙内流与肌质网钙释放的共同作用，细胞质内的游离钙离子浓度在瞬间（毫秒级）升高约10-100倍，从静息时的约0.1 μM升至1-10 μM。

4. 核心环节：钙离子作为耦联介质
   钙离子是兴奋-收缩耦联中不可或缺的耦联介质。正是细胞质内钙离子浓度的周期性升高与降低，直接调控了心肌的收缩与舒张周期。没有钙离子浓度的变化，电信号与机械收缩之间将失去联系。

5. 从钙信号到机械收缩：收缩蛋白的激活
   升高的细胞质钙离子与肌原纤维中细肌丝上的肌钙蛋白C亚单位结合。

   • 这种结合引起肌钙蛋白构象改变，进而使原肌球蛋白的位置发生移动，暴露出肌动蛋白（细肌丝）上与肌球蛋白头部（横桥）结合的活性位点。
   • 横桥随即与肌动蛋白结合、扭动、解离、再结合，引发肌丝滑行，心肌纤维缩短，产生收缩力。此过程消耗ATP。

6. 舒张的必需过程：钙离子的回收
   心肌舒张与收缩同等重要，同样需要主动耗能。

   • 当动作电位复极化（主要是平台期结束，进入3期）后，L型钙通道关闭，钙内流停止。
   • 细胞质内的大部分钙离子（约70%）通过肌质网膜上的钙泵主动泵回肌质网储存，此过程消耗ATP。
   • 另外约20%的钙离子通过细胞膜上的钠-钙交换体和钙泵排出到细胞外。
   • 随着细胞质钙离子浓度恢复到静息水平，钙离子从肌钙蛋白C上解离，原肌球蛋白复位，重新覆盖肌动蛋白的活性位点，横桥循环停止，肌纤维被动回弹，心肌舒张。

7. 生理与临床意义

   • 调节收缩力的核心：心肌收缩力的强弱，根本上取决于每次心动周期中释放到细胞质中的钙离子总量以及肌丝对钙离子的敏感性。例如，肾上腺素通过增加L型钙通道的开放概率和肌质网钙泵活性（回收更多钙，以便下次释放更多），从而增强收缩力（正性变力作用）。
   • 病理基础：许多心脏疾病与此过程紊乱有关。如：心力衰竭时常伴有肌质网钙回收功能减弱，导致舒张期钙清除延迟，影响舒张功能；心肌缺血时能量（ATP）供应不足，钙泵功能受损，导致钙超载，可诱发心律失常和细胞损伤。
   • 药物靶点：洋地黄类药物通过抑制钠-钾泵，间接增强钠-钙交换，提高细胞内钙浓度，从而增强心肌收缩力，用于治疗心力衰竭。