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关于肌丝滑行学说

时间:2020-10-22 / 作者:胖头鱼 / 分类:运动康复,预发布 / 浏览次数:119次 / 0个评论 发表评论

肌丝滑行学说由英国生物学家赫胥黎(Sir Julian Sorell Huxley)在上世纪60年代(1969年)提出,是一套用来解释肌肉收缩原理的理论。赫胥黎是诺贝尔生物学和医学奖得主,由其提出的肌丝滑行学说被生物学界广泛引用和认同(尽管该理论至今仍被证实,他获诺奖也不是因为提出了肌丝滑行理论)。

英国生物学家赫胥黎(Sir Julian Sorell Huxley)

肌丝滑行学说的基本概念


先用最笼统的语言来描述一下肌丝滑行学说:肌肉由无数比发丝还要细的肌丝构成,这些肌丝在放松的情况下彼此平行、泾渭分明,当收到神经系统的指令时,这些肌丝就会迅速滑动,靠近、交错、抱成一团。当肌丝彼此靠近且交错时,由肌丝构成的肌肉就会变短、变粗,并因此产生肌肉收缩现象。举个例子:放松状态下的肌丝就像下图中彼此分开的手,当收到神经系统的指令时,肌丝就会像下图中那两只交叉的手那样“收缩、膨大”。

肌丝滑行

如果讲得稍微正式点,肌丝滑行学应该是下面这样的:肌肉由肌肉束构成,肌肉束又由肌肉纤维构成。肌肉纤维其实就是肌肉细胞,是一种细长的圆柱形细胞,其内部布满肌原纤维。具体构造如下图所示。

肌肉的构成

肌原纤维非常细小,但依然不是肌肉收缩最基本的单位,也不是“肌丝滑行学说”里所说的肌丝。肌原纤维细而长,像竹杆一样有许多节(肌节),每一节的两端有许多整齐排列的细丝(分布于I带),中间有许多整齐排列的粗丝(分布于A带)。如下图所示,肌节中的细丝和粗丝才是我们所要讲的“肌丝”。当肌肉细胞收到神经系统发出的收缩指令时,粗丝就会伸出“横桥”,横桥像手臂一样靠近细丝并将其拉向粗丝,于是在A带形成粗丝和细丝交错的状态。在这种状态下,肌节的长度会变短、直径会变大,在无数肌节、肌原纤维、肌肉细胞乃至肌肉束的同步动作下,整块肌肉便会处于收缩状态。
在下图中,红框中的示意图是肌节处于舒张(放松)状态下的情况,蓝框中的示意图是肌节处于收缩状态下的情况。

肌丝滑行

肌丝为何会滑行


上面所讲的细丝和粗丝其实就是肌动蛋白和肌球蛋白。说得更深入一些,当神经系统发出肌肉收缩指令时,肌节的某个位置(原池)会释放钙离子,钙离子会与肌动蛋白上的肌钙蛋白相结合,让肌动蛋白空出一个化学键。与此同时,肌球蛋白的横桥在能量的驱动下通过化学键与肌动蛋白相结合,并在能量的驱动下将肌动蛋白拉近,于是肌球蛋白(粗丝)和肌动蛋白(细丝)靠近且彼此交错,并形成肌肉收缩。
当收到肌肉舒张指令时,驱动肌球蛋白的能量会在神经系统的控制下消失,钙离子也会与肌钙蛋白脱离,肌动蛋白的化学键会被肌钙蛋白重新填充,于是粗丝和细丝便会分离,细丝会重新回到原来的位置,肌节也恢复到原来的形状,肌肉便会舒张。
大概过程如下图所示:蓝色框中的图示是肌肉舒张时的情况,黄色框中的图示是肌肉收缩时的情况。

肌丝滑行

肌丝滑行的动力来自哪里


可能有人会打破沙锅问到底:粗丝将细丝拉近的力量来自何处?事实上,这是一个典型的ATP释放化学能并转化为机械能的例子。肌动蛋白(粗丝)上的横桥其实是一个分子马达,其本质是一个遇到磷酸就会变形的蛋白质大分子,当肌肉细胞收到神经系统的收缩指令时,细胞内的ATP会被水解并释放出磷酸(其实还有热能),磷酸与肌球蛋白的横桥(分子马达)结合后朝特定方向产生形状变化,这个形状变化本身就是一个机械运动,横桥就像一个伸展的机械臂那样将肌动蛋白(细丝)拉近,ATP化学能转化为机械能的动作就此完成。

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