生理学·平滑肌

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生理学 · 细胞的基本功能 二、平滑肌        平滑肌是构成气道、消化道、血管、泌尿生殖器等器官的主要组织成分，这些器官不仅依赖平滑肌的紧张性收缩来对抗重力或外加负荷，保持器官的正常形态，并借助于平滑肌收缩而实现其运动功能。平滑肌属于非随意肌，其舒缩活动受自主神经的调控。平滑肌在细胞结构和收缩机制等方面与横纹肌有明显的差别。 （一）平滑肌的分类        根据肌细胞之间的相互关系和功能活动特征，通常将平滑肌分为单个单位平滑肌和多单位平滑肌两类。单个单位平滑肌（singe-unit smooth muscle）又称内脏平滑肌（visceral smooth muscle），如小血管、消化管、输尿管和子宫等器官的平滑肌。这类平滑肌的肌细胞之间存在大量的缝隙连接，类似于心肌，一个肌细胞的电活动可通过缝隙连接直接传导到其他肌细胞。这样，平滑肌中的全部肌细胞就能作为一个整体进行舒缩活动，即所谓的功能合胞体样活动。另外，这类平滑肌中还有少数起搏细胞（pacemaker cell），它们能自发地产生节律性兴奋和舒缩活动，即具有自动节律性或自律性（autorhythmicity），并能引领整个平滑肌的电活动和机械收缩活动。        多单位平滑肌（multi-unit smooth muscle）主要包括睫状肌、虹膜肌、竖毛肌以及气道和大血管的平滑肌等。这类平滑肌的肌细胞之间几乎不含缝隙连接，各自独立，以单个肌细胞为单位进行活动，类似于骨骼肌。这类平滑肌没有自律性，其收缩活动受自主神经的控制，收缩强度取决于被激活的肌纤维数目（空间总和）和神经冲动的频率（时间总和）。 （二）平滑肌细胞的结构特点        平滑肌细胞呈细长纺锤形，长20～500μm，直径为1～5μm。与横纹肌相比，平滑肌细胞内的细肌丝数量明显多于粗肌丝，其比值为（10～15）:1（在横纹肌为2:1）。尽管粗肌丝和细肌丝保持互相平行和有序的排列，但无肌节结构，故不显横纹。平滑肌细胞内没有Z盘，相应的功能结构是致密体（dense body）和附着于细胞膜的致密斑，为细肌丝提供附着点并传递张力（图2-33A）。平滑肌细胞内的中间丝，则把致密体和致密斑连接起来，形成细胞的结构网架。平滑肌细胞的粗肌丝结构也不同于横纹肌，以相反的方向在不同方位上伸出横桥，这不仅可使不同方位的细肌丝相向滑行，更可使粗肌丝和细肌丝之间的滑行范围延伸到细肌丝全长（图2-33B），因而具有更大的舒缩范围。平滑肌细胞间有两种连接结构，致密带（指相邻两细胞膜以致密斑对接的部位）为机械连接；缝隙连接为电耦联。        平滑肌的细胞膜形成一些纵向走行的袋状凹入，以增加细胞膜的表面积，但没有内陷的T管，故细胞膜上的动作电位不能迅速到达深部，这可能是平滑肌收缩缓慢的原因之一。尽管平滑肌细胞的肌质网（SR）不发达，但在SR膜中除存在对Ca2+敏感的ryanodine受体（RYR）外，还存在对IP3敏感的IP3受体，两者均起钙释放通道的作用。 （三）平滑肌细胞的生物电现象        平滑肌细胞的静息电位低于横纹肌，在-50～-60mV之间，主要是由于平滑肌细胞膜对Na+的通透性相对较高所致。单个单位平滑肌的静息电位不稳定，可出现缓慢的自发节律性波动，称为慢波（见第六章），周期约为数秒至数分钟。平滑肌细胞的动作电位因平滑肌的类型和部位而异，如肠道和输精管平滑肌细胞的动作电位去极相主要依赖于Ca2+内流，而膀胱和输尿管平滑肌细胞则以Na+内流为主。动作电位的复极相则依赖于K+外流。平滑肌动作电位的时程约为骨骼肌的5～10倍，可达10～50ms。 （四）平滑肌细胞的收缩机制        1．平滑肌收缩的触发因子。与骨骼肌相同，触发平滑肌收缩的因子也是Ca2+，但平滑肌胞质中Ca2+浓度的调控存在电-机械耦联和药物-机械耦联两条途径。电-机械耦联（electro-mechanical coupling）是指平滑肌细胞先在化学信号或牵张刺激作用下产生动作电位，再通过兴奋-收缩耦联过程升高胞质中Ca2+浓度，但Ca2+主要来源于细胞外，即Ca2+从细胞膜中电压门控通道或机械门控通道流入胞内，仅小部分Ca2+自SR通过RYR释放。药物-机械耦联（pharmacomechanical coupling）是指在不产生动作电位的情况下，通过接受化学信号而直接诱发胞质中Ca2+浓度的升高。胞外化学信号可通过激活G蛋白耦联受体-PLC-IP3通路而生成IP3，IP3再激活SR膜中的IP3R，使SR内Ca2+释放到胞质内，导致胞质内Ca2+浓度升高。在平滑肌舒张过程中，胞质内Ca2+浓度的下降则依靠SR膜中钙泵活动将Ca2+回收入SR，以及通过肌膜中Na+-Ca2+交换体和钙泵将Ca2+转运出细胞，这一过程要比骨骼肌慢，这可能是平滑肌舒张相对缓慢的原因之一。        2．平滑肌细胞的肌丝滑行。平滑肌细胞内不含肌钙蛋白，但有钙调蛋白（CaM），故胞质中Ca2+主要通过Ca2+-CaM通路作用于粗肌丝而触发收缩。平滑肌粗肌丝的横桥受磷酸化调节，在安静状态下横桥头部的ATP酶活性很低，而肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）的磷酸化可提高横桥ATP酶活性，并引发肌丝滑行和肌肉收缩。在多数平滑肌细胞，Ca2+引起的磷酸化过程为：细胞质中Ca2+浓度升高时，Ca2+与CaM结合形成Ca2+-CaM复合物，后者与胞质中的肌球蛋白轻链激酶（MLCK）结合而使MLCK活化，活化的MLCK进一步使横桥中一对20kD的MLC磷酸化，从而触发平滑肌收缩。反之，当胞质中Ca2+浓度降低时，MLCK失活，而磷酸化的MLC在胞质中肌球蛋白轻链磷酸酶（MLC phosphatase，MLCP）的作用下去磷酸化，导致平滑肌细胞舒张。 （五）平滑肌活动的神经调节        作为非随意肌，大多数器官的平滑肌接受交感和副交感神经的双重支配（小动脉平滑肌只接受交感神经一种纤维的支配），且神经的兴奋通过非定向突触传递方式传递到平滑肌细胞（见第九章），作用比较弥散、缓慢，除兴奋作用外，也有抑制作用。对于具有自律性的内脏平滑肌，自主神经的活动主要是调节其兴奋性和收缩的强度和频率（外源性的神经冲动并不是发动肌肉收缩的必要条件，而是起调节兴奋性和影响收缩强度与频率的作用），而对多单位平滑肌，通常由自主神经直接控制其收缩活动。