骨骼肌生理与研究相关进展综述

骨骼肌生理认知与研究相关进展

-------李堅

骨骼肌纤维呈长圆柱形，一条肌纤维内含多个细胞核，核呈扁椭圆形，位于肌膜下方；肌浆内含大量肌原纤维，每条肌原纤维上都有明暗相间的横纹，后者由明带和暗带组成明带又称Ι带，其中部为Z线暗带又称A带，其中部较浅的窄带称H带，H带中央为M线肌节（sarcomere为两条相邻Z线之间的一段肌原纤维，由½I带+A带+½I带组成；是骨骼肌收缩的基本结构单位。

骨骼肌纤维的超微结构,肌原纤维、横小管和肌浆网等是骨骼肌纤维最主要的超微结构。

肌原纤维（myofibril由粗、细两种肌丝（myofilament）规律排列组成。粗肌丝位于肌节的暗带，中央固定在M线上，两端游离。细肌丝 位于肌节两端，一端附于Z线，另一端伸至粗肌丝间，末端游离，止于H带外侧；Ι带仅有细肌丝；H带(A带中部) 仅有粗肌丝；H带两侧的A带既有粗肌丝，又有细肌丝；

粗肌丝的分子结构：由肌球蛋白分子组成，肌球蛋白形似豆芽，分头和杆两部分，头部具有ATP酶活性。

细肌丝的分子结构：细肌丝由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌原蛋白组成。

（一）骨骼肌收缩的形式

1．等张收缩和等长收缩 当肌肉兴奋而出现收缩时，根据肌肉长度与张力改变的情况可分为等张收缩和等长收缩两种形式。将肌肉标本一端固定，另一端处于游离状态时，电刺激肌肉引起兴奋，于是肌肉开始缩短，这种收缩的特点是，肌肉收缩时长度明显缩短，但肌肉整个缩短过程中张力始终不变，这种收缩形式称为等张收缩(isotonic contraction)。等张收缩所消耗的能量主要转变为缩短肌肉及移动负荷而完成的一定量物理功。如果在实验时将肌肉两端固定，肌肉收缩时，其长度不可能缩短，但肌肉张力增大，这种收缩形式称为等长收缩( isometric contraction)。肌肉等长收缩消耗的能量，主要转变为张力增加，并无移位和做功。在机体内，不同肌肉因收缩时所遇到的负荷不同，其收缩形式也不同。一些与维持身体固定姿势和克服外力作用（如重力）有关的肌肉，如家畜站立时，四肢伸肌和屈肌因对抗重力作用而收缩时，以产生张力为主，近于等长收缩；而奔跑时，四肢伸肌和曲肌的收缩，则表现不同程度的等张收缩。在整体内骨骼肌的收缩多表现为既改变长度又增加张力的混合收缩形式。但由于不同部位肌肉的附着或功能特点不同，其收缩形式有所侧重。

2．单收缩和强直收缩 在实验条件下，给予骨骼肌一次单个电刺激，可发生一次动作电位，随后引起肌肉产生一次迅速而短暂的收缩，称为单收缩(single twitch)。单收缩的整个过程可分为收缩期和舒张期d如果给肌肉以连续的短促刺激，随着刺激频率的不同，肌肉收缩会出现不同的形式。当频率较低时，每一个刺激都落在前一个刺激引起的收缩过程结束之后，则只引起．连串各自分开的单收缩。随频率增加，若后一个刺激落在前一个刺激引起的收缩过程的舒张期，则形成不完全强直收缩。若刺激频率再增加，每一个刺激都落在前一次收缩过程的收缩期，-于是各次收缩的张力变化和长度缩短过程完全融合或叠加起来，就形成完全强直收缩。

相关研究与发展

诺贝尔研究骨骼肌对血糖的利用机能

骨髓肌是具有收缩能力的肌细胞（由于其形状成幼长的纤维状，所以亦称作肌纤维）所组成。任何的身体活动和体育活动，都是骨骼肌收缩的完成，直接影响人体的力量和耐力。 诺贝尔生理学奖获得者、意大利科学家Daniel Bovet经大量研究证实：骨骼肌在血糖利用方面作用极其重要，人体85%的血糖转化和71%的糖元储存由骨骼肌完成。骨髓肌——是具有收缩能力的肌细胞，人体所有的活动几乎都是由骨骼肌收缩来完成，其强弱直接影响人体的力量和耐力。人体85%以上的糖分是供给骨骼肌转化成能量和体力的，是人体力量的主要能源。那么糖尿病患者的骨骼肌是什么状况呢？

专家研究发现，99.8%的糖尿病人骨骼肌出现弱化甚至萎缩现象，骨骼肌的弱化，一方面不能将糖分转化为能量和体力，从而造成糖尿病人长期感觉疲惫、虚弱、乏力；另一方面由于糖分不能被骨骼肌完全利用，而在体内堆积，造成血糖升高。同时，骨骼肌还是人体糖分主要的储存场所，承担了70%以上糖分的储存，对人体血糖平衡具有极其重要的缓冲作用。一方面可以在血糖增多时将多余糖分转运存储在骨骼肌中，避免糖分堆积在血液中使血糖升高；另一方面，当血糖过低时，骨骼肌释放存储的糖分，维持人体正常能量的需要，防止血糖过低。所以只有修补骨骼肌，才能打通人体用糖渠道，使血糖通过利用达到平衡，防止血糖淤积，平衡血糖代谢，防止并发症。

2006年，英国皇家糖尿病协会J.R.Kantor教授的糖尿病研究证实：自然界中有一种神奇物质——L阿拉伯糖，具有修补骨骼肌的显著作用。2007年国际糖尿病联盟（IDF）研究证实：L阿拉伯糖可以修补骨骼肌，有助于骨骼肌的恢复，加强骨骼肌对血糖的利用和存储。

骨骼肌的病理检查在众多肌肉病相关的辅助检查方法中最有诊断价位。20世纪60年代开展的肌肉活检冰冻切片技术以及电生理检查技术促进了骨骼肌疾病的研究和诊断,此后 的神经生化检查为代谢性肌肉病的诊断提供了更 多的依据 ,影像学的应用为观察肌肉损害的全身分布和肌肉活检部位的选择提供 了重要参考,基 因和免疫细胞化学方法的应用促进了分子肌肉病理 学的发展川 ,使骨骼肌病理检查在鉴别疾病相关结构、为治疗策略提供形态学依据以及研究发病机制方面，更显重要。

目前常规采取的骨骼肌病理检查方法包括冰冻切片的光镜观察以及塑料超薄切片的电镜观察。光镜检查一般可以满足骨骼肌疾病的常规病理诊断需要,电镜检查对于肌纤维 内杜体、肌质网、肌原纤维以及不 同沉积物的观察有所帮助。整个病理检查过程是一个流水线样的连续工作,每个关健步骤的失误均对诊断质童造成影响。要提出正确的临床病理诊断 ,

首先要选择合适的病变部位 ,慢性疾病选择病 变相对轻的部位 ,而 急性或 亚急性疾病选择相对比较重一 点的部位。取材部位应 当在骨骼肌的肌腹,以减少生理 变化对病理诊断产生的千扰。所选部位不要在活检前进行肌电 图检查,以 防止针性肌炎的发生;不要在活检前进行糖皮质激素治疗,防止药物治疗导致炎性病变的消失。只有具有良好的取 材 、切片和 染色技术 ,才能开始神经病理的诊断工作,排除人工假象,认识正常结构和确定病理改变的性质。

肌纤维的正常形态变异

在观察肌纤维的结构 时应 当了解患者的年龄和性别,肌纤维的直径在新生儿为 7.5 um

,到 1 2 岁以后和成年人一样。一般 Ⅱ 型肌纤维的直径略大 于 Ⅰ 型肌纤维,肌纤 维的

直径在 男性 略大 于女性。超过

9 0 um 或低于 3 0 um在成年人均为异常。正常情况下靠近肌旋部位的肌纤维 比较小 ,个别肌纤维可以出现分裂、核内移和个别杆状体等,在此情况下不能误为束周肌纤维英或其他先天性肌肉病。儿童骨骼肌的肌束衣略宽,肌核略大,毛细血 管比较 明显。在老年人 出现个别 Ⅱ 型肌纤维萎缩、脂揭素增加 以及 1 一 2 个不整红边纤维为骨骼肌的增龄改变。

骨骼肌病理改变:在病理状 态下肌纤维的直径和肌型分布出现异常,肌纤维出现坏死、再生、分裂、环状 、液涡状 、靶样或 虫噬样改变,可以发现核 内移、空泡形成以及糖、

脂肪和线拉体 的堆积 ,特殊病理改变包括光镜和电镜下 出现的 中央轴空、胞质体、

球样体、管聚集、杆状体、指纹体、管丝 包涵体、微管包涵体等。肌纤维之间出现间质增生、坏死、炎细胞浸润、血管和肌间神经改变。一般把上述的病理改变归类为几个组织综合征:肌纤维病变,包括肌营养不良样病理改变、肌病样病理改变、肌炎样病理改变和神经源性骨骼肌损害;间质病变,包括间质神经改变和间质血管改变;混合性损害多种病理改变。

骨骼肌是运动系统的动力部分，在神经系统的支配下，骨骼肌收缩中，牵引骨产生运动。人体骨骼肌共有600余块，分布广，约占体重的40%,正因如此，人在运动时，肌肉受伤的机会也同样是很高的。

骨骼肌损伤是运动医学的常见损伤之一，有研究显示其发生率从 10%至 55%不等。根据骨骼肌损伤的部位和组织结构破坏的程度，骨骼肌损伤通常被分为剪式损伤和原位损伤两种基本类型。原位损伤作为最轻的骨骼肌损伤形式，实际上在运动中非常多见，几乎发生于所有的运动训练或者比赛中，主要见于离心收缩运动后，可造成骨骼肌发生延迟性肌肉酸痛（DOMS） 。大量研究表明，在这类骨骼肌原位损伤中，骨骼肌细胞及亚细胞结构会出现损伤，收缩蛋白、骨架蛋白等分子结构也明显遭到破坏。因此，将这类骨骼肌损伤称为运动导致的骨骼肌细胞结构损伤（EMDCS） 。

通过对EMDCS发生机制、诊断方法及预防方法研究的探讨，为运动科学工作者、运动员、教练员及健身爱好者提供有关 EMDCS 及时有效诊断及其预防的有意义的信息和提示。

研究人员针对 EMDCS的发生，分别从 EMDCS发生时骨骼肌的形态学变化、肌电变化、血中某些生物化学指标的变化和骨骼肌影像学指标变化对 EMDCS 发生、发展的机制及其诊断和预进行了研究。研究人员普遍认同，骨骼肌在进行离心收缩运动后即刻发生损伤有两个最明显的标志肌原纤维中肌节的破坏和肌纤维兴奋-收缩偶联系统的结构损伤。但这两个标志中哪一个是肌肉损最初发生的事件尚存在争议。在 EMDCS 诊断方面使用频率较高的指标包括：肌肉收缩力矩、相关节活动范围；组织形态学指标；CK、LDH、谷草转氨酶、慢收缩肌球蛋白重链片段、Mb；肌酸痛；核磁共振成像、电脑断层扫描、超声和γ摄像成像。

EMDCS 发生的机械损伤机制得到普遍的认同，但有关损伤最初发生的事件尚存在分歧。EMDCS 快速及时准确的诊断方法有待进一步开发，通过血液生物化学指标或者影像学无损伤指标的诊断方法是今后的一个发展方向。

在我看来，在体育运动过程中，尤其是从事篮球事业的运动员，其肌肉受伤是经常的事情，不少运动员因为伤害的累加而导致无法进行篮球活动。而运动损伤是一种难以根除的职业技术病，以软组织损伤为主要特征。在软组织损伤中肌肉、筋膜损伤的发生率最高，达到22.01%。骨骼肌运动损伤直接影响正常训练和比赛，制约了运动技术的发挥和运动成绩的提高，严重者还会因此断送运动生命。因此研究运动训练引起的骨骼肌损伤机制，了解与认识其病因、病理，探讨预防、治疗及康复措施一直是运动医学研究中的重要课题之一。

目前有了一些缓解和治疗肌肉损伤的办法，

（一）单纯治疗向综合治疗发展

综合治疗包括中药治疗和手法治疗相结合、不同给药途径相结合、药物治疗和康复训练相结合、中西医相结合。马建等人分析研究表明内服制香片与外敷新伤药的协同作用比单纯用药效果更显著。

（二）利用新的研究成果寻求更好的治疗方法

近十几年在创伤修复中的重要发现是：创伤部位细胞的多样性和合成活性由各种生长因子调节，即生长因子参与了创伤修复的调控过程。

碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的作用范围十分广泛，它有较强的诱导中胚层细胞转化为成纤维细胞的作用。通过体外细胞培养及动物体内实验证明，FGF在创伤愈合过程中起重要作用。它能刺激创口内各类细胞的增殖，这些细胞包括毛细血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和软骨细胞等。理论上FGF可用来治疗骨骼肌损伤，但未见相关报导。