當肌肉收縮結束後鈣離子必須經由哪種運輸方式才能再回到原來儲存它的位置

台灣3000公尺以上的高山，超過百座，宏偉開闊，秀麗驚奇！但沒有充足的知識，與準備好的體能，發生山難也是可以想像。

肌肉不是練成一塊塊的，就是準備好的體能。爬山，有各種地形，大崩壁，稜線，陡上陡下，或是碎石坡，或是樹根纏繞。攀爬其中尋找踩點，是經常要四肢併用，靈活穿越的。因此，全身肌肉的協調性，來自於肌肉骨骼的本體感覺，與上運動神經元的指揮調度，才是不受傷，能支撐，使命必達的關鍵。

尤其是維持脊椎正確位置的慢肌，所謂，核心肌群，是最難訓練，又跟我們日常息息相關。看著以下的文字..........

也許～ 當我們懂它，就更能珍惜它，願意善待它～

※粗肌絲：肌凝蛋白(myosin)（包括橫橋及黏在粗肌絲上的橫橋尾巴）。

※細肌絲：肌動蛋白(actin)、旋轉素(troponin)、旋轉肌凝蛋白(tropomyosin)。

細肌絲就像是2條項鍊纏繞在一起，上面一顆顆排列的小珍珠就是actin（肌動蛋白）。另外有一條繩子纏繞在珍珠前面的是tropomyosin（旋轉肌凝素），而繩子上黏了三顆美麗的寶石則稱為troponin（旋轉素）。這3顆寶石分別稱為Troponin T（與tropomyosin結合）、Troponin C（與Ca2+結合）、Troponin I（覆蓋住actin與橫橋要互相結合的部位）。

骨骼肌的構造

一塊骨骼肌由很多個肌細胞所組成，一般把肌細胞叫肌纖維，當初發育時，一個細胞是由數十個細胞融合成的，所以，出生後就因具有數十個細胞核而無法再做細胞分裂。因此，請小心使用你的肌細胞啊！而每個人的肌細胞數目不盡相同，由基因決定。但是，之所以肌肉可以越練越大塊，是因為每一個肌細胞可以因為收縮運動的刺激，而合成更多肌原纖維，因此把肌細胞塞得比以前更大，也可以產生更多肌力。

肌節（兩條Z line之間）為肌肉收縮的基本單位，肌肉收縮就是讓肌節變短。粗肌絲在中間，細肌絲在兩側，Z line將每一條細肌絲的末端連結著。而在長長的粗肌絲的最中間，有一條M line連結，將粗肌絲隔成兩半，在M line兩側，粗肌絲上的橫橋的頭，伸出去的方向是相反的，這樣肌肉在收縮時，才能藉由相反方向的橫橋，將兩側的細肌絲都往中間M line的方向拉過來，使肌節收縮（兩側Z line向M line移動，使兩側Z line的距離縮短）。

另外還有一個構造，稱做肌聯蛋白絲（Titin filament，或稱微絲），它貫穿粗肌絲，並把粗肌絲固定於Zline上，發揮了類似彈簧的功能。肌肉收縮使兩側Z line互相靠近後，就會把這個彈簧壓縮，所以當肌肉一放鬆，就會讓彈簧自動回彈，讓Z line回復到原來的位置。所以，Titin filament就有使肌肉放鬆時，彈回至靜止狀態的長度的功能，不用再消耗能量恢復原狀。如果肌肉不斷被拉長，使Titin filament斷掉時，肌肉就沒有收縮放鬆的功能了。

肌纖維有深淺不一的橫紋，深色的地方是粗肌絲聚集的地方，稱為A band，粗肌絲的長度不會改變，因此A band的長度也不會改變；淺色的地方是細肌絲聚集的地方，稱為I band，I band只能包含細肌絲在內，肌肉收縮時細肌絲與粗肌絲重疊的地方就不能算在I band中，因此當肌肉收縮，細肌絲被粗肌絲拉往M line時，與粗肌絲重疊的地方就會變多，I band就會變短。另外還有一個稱為H zone的地方，H zone是指只包含粗肌絲在內的地方，若肌肉收縮2側的細肌絲往中間靠攏時，H zone就會變短。

◎肌肉收縮時

  變短：肌節、I band、H zone。

  長度不變：A band（＝粗肌絲的長度）、粗肌絲本身、細肌絲本身。

肌肉的收縮與橫橋循環

肌肉要收縮，myosin上的橫橋必須與細肌絲上的actin結合，橫橋分別將M line兩側的細肌絲拉靠近中間，使肌節變短，達到肌肉收縮目的。但是，別忘了Titin filament的存在，如果橫橋工作結束回去休息（橫橋與actin分離）時，Titin filament會再將收縮的肌肉彈回去，就像把石頭推上山，一放手，石頭又滾下山。將永遠無法使肌肉縮短。因此，所有的橫橋要做好接力賽，當一個橫橋要離開actin時，隔壁的橫橋就要即時接住下一個actin，就能避免接力賽「掉棒」！

再回憶一下，當肌肉沒有要收縮的時候，tropomyosin就會覆蓋住actin要與橫橋互相結合的部位。想收縮，則必須要有鈣離子存在。還記得嗎？細胞的設計都利用鈣離子來做最關鍵的事情，所以鈣離子特別在細胞內外濃度差異到1萬倍，這樣，放鈣進入細胞質，才會有轟轟烈烈的效果。所以，當Ca2+與Troponin C結合，就立馬帶動tropomyosin整條往上移動，使Troponin I與actin結合部位分離，把actin結合部位露出來，這樣橫橋就黏上actin，而開始拖動，產生肌力。因此，只要Ca2+仍連接在Troponin C上，肌肉收縮過程即可重複的進行。

那麼骨骼肌收縮所需的Ca2+要從哪裡來呢？骨骼肌的肌原纖維之間有很多的橫小管（T小管）相接，橫小管又跟很多的肌漿網（肌內質網）相連，動作電位傳遞到這些橫小管時，管膜上的DHP受體，在電位刺激下，將與肌漿網膜上的雷恩諾鹼受體結合，這個鹼受體本身就是鈣離子通道的一部分，所以，順勢打開了肌內質網的鈣通道，鈣就瞬間湧入細胞質。這些連鎖反應，要靠肌肉細胞發動作電位來啟動。因此，圍繞在肌原纖維旁邊的肌漿網，就能以最近的距離，快速提供肌肉收縮所需的Ca2+。

橫橋循環：運動神經末梢釋放ACh → ACh與肌肉細胞膜上的尼古丁接受器作用，產生終板電位，超過閾值後引發動作電位→橫小管（T小管）將動作電位傳進，活化管膜上的DHP受體→接力活化肌漿網上的雷恩諾鹼受體，打開Ca2+通道，肌漿網（終池）中的Ca2+釋出→ Ca2+與細肌絲上的troponin C結合，tropomyosin產生位移，而露出actin上的橫橋結合位置→已經水解ATP的能化的橫橋→ 橫橋與actin結合→ ADP與Pi掉出，使橫橋的頭轉向（力擊），拖動細肌絲→新的ATP再與橫橋結合，使得橫橋得以和actin分離→ 重複

當動作電位停止後，肌漿網以初級主動運輸回收Ca2+，而tropomyosin也回到原位將actin與橫橋的結合部位蓋住，橫橋循環才能真的停止，肌肉也才能真正放鬆。

★橫橋從原本靜止狀態，經過一次的力擊，再回到靜止狀態，這樣一個完整的橫橋循環，總共需消耗2個ATP才能完成。

★需消耗ATP：①力擊②橫橋與actin分離③回收Ca2+至肌漿網中（初級主動運輸）。

※屍僵：死後因肌肉缺乏ATP，沒有新的ATP與橫橋結合時，就會使得橫橋與actin無法分開，而呈現肌肉僵硬的狀態。

肌肉疲乏

一、肌肉本身疲乏

（一）傳導缺失：動作電位持續傳遞訊號，將造成K+在細胞外堆積過多，使肌肉的動作電位無法順著T小管傳入肌細胞中，導致鈣離子無法從肌內質網釋放出來，將會中斷橫橋循環的進行。

（二）乳酸堆積：肌肉持續在收縮時，整塊肌肉僵硬，血液無法流通，肌肉無法得到氧氣養分供應，且代謝廢物無法排出，因此肌肉只好以無氧呼吸的方式，進行糖解作用提供能量，因而產生乳酸，增高的氫離子（酸）濃度會改變蛋白質結構及活性，因為橫橋本身就是蛋白質結構，因此無法進行橫橋循環。

（三）因肌肉肝糖（能量）耗盡，而降低肌漿網釋放Ca2+的能力。

（四）抑制橫橋週期：橫橋循環時，會不斷的將ATP水解成ADP＋Pi，因此即使糖解作用能製造ATP，但橫橋可能也無法使用到ATP，因為周圍堆滿了ADP及Pi，降低了ATP的濃度，抑制了橫橋週期的運行。

＝＞然而，每個細胞都有的鈉鉀幫浦（初級主動運輸）也將得不到ATP，使鈉鉀幫浦無法正常進行，無法維持細胞內外，離子濃度及滲透壓，會使細胞破裂，演變成橫紋肌溶解，肌動蛋白與肌凝蛋白，以及許多酵素跑到血液中，這些肌原纖維隨血流跑到腎臟時，會塞住腎絲球，造成腎臟血流供應下降，嚴重將造成腎衰竭。

二、中樞疲勞：

運動神經驅動肌肉收縮能力下降，運動神經不想發動作電位，這是因為連接肌肉的感覺神經告訴大腦我很累，肌肉需要休息，目的是為了避免運動過度對肌肉造成傷害，但大腦卻可透過意識控制，使用意志力強迫持續運動，運動傷害也因此而產生。

肌肉使用能量的來源

肌細胞內有肌球素(myoglobin)，類似血紅素，外觀看起來是紅色的。肌球素也會攜帶氧氣，氧氣是從血液中的血紅素搶來的，肌球素比血紅素更會搶氧氣，因此肌球素是肌肉中的氧氣小倉庫，能在肌肉運動時快速提供氧氣。而肌肉中儲存的燃料是肝醣（一大堆的葡萄糖所合成），全身只有肝臟和肌肉可以儲存肝醣。

當肌肉要收縮開始工作時，能量需求會先使用 ①細胞質中的ATP，當ATP用完後換成使用②磷酸肌胺酸(Creatine phosphate)，當Creatine kinase (CK)這種酵素使磷酸肌酸變成肌胺酸(Creatine)的時候，會釋放出ATP，而休息時，Creatine kinase 可再把Creatine與ATP結合變成磷酸肌酸，將高能量的ATP儲存起來。然而，Creatine反覆工作壞掉以後，會代謝成肌酐酸(Creatinine, Cr)並交給血液由腎臟排出體外。③大約運動後5分鐘，細胞中的磷酸肌酸就會用完，接下來會使用氧化磷酸化（在粒線體中進行）來產生能量，當粒線體吸收來自血液的氧氣及能量（如：葡萄糖、脂肪酸、胺基酸）就會製造出ATP，若此時血液無法提供氧氣，將會跳過氧化磷酸化這個方式，而直接以無氧呼吸進行糖解作用。④ 糖解作用，可在血液無法提供氧氣時，在無氧的狀態下提供能量給肌肉使用。是藉由肌肉中儲存的肝糖分解成葡萄糖後，進行糖解作用，代謝產物是乳酸，乳酸會在肌肉休息放鬆時流入血液，進到肝臟重新合成為肝糖儲存，若肌肉已進行到糖解作用，還不斷的在收縮時，就很容易因乳酸堆積而產生肌肉疲勞現象。

★不需使用到氧氣：磷酸肌酸、糖解作用。

ATP的來源

（1）葡萄糖（在粒線體）→ 有氧呼吸→產生38個ATP。

（2）葡萄糖（在細胞質）→無氧呼吸→產生2個ATP + 1個乳酸。

能量的消耗

（1）骨骼肌休息時、緩和（輕度）運動：主要經由脂肪酸的有氧呼吸獲取能量。

（2）中度運動：主要經由脂肪酸（50％）與糖類（50％）中獲取能量。

（3）激烈運動：主要經由糖類獲取能量。

氧債

運動時，血紅素及肌球素裡面儲存的氧氣，會持續被使用消耗掉，而身體用來提供給運動時，新陳代謝加快的組織所需的氧氣，以及提供氧氣來代謝無氧呼吸時所產生的乳酸，都會使體內氧氣被消耗；運動後會呼吸加快、喘，是因為身體想吸入更多的氧氣，這些額外攝取的氧氣，是用以償還給運動時所積欠的氧債，這時肌球素會一直從血紅素搶氧氣過來，以補充肌球素內的氧氣。

肌肉的收縮類型

（1）等長收縮：當用手舉起一個重物並保持手臂於半空中的位置時，手臂肌肉便產生了等長收縮。如手接觸到啞鈴，要把啞鈴拿起來的動作，還在克服啞鈴的重量，尚未舉起啞鈴，這時候，橫橋與actin已經結合，處於能化狀態，可以進行橫橋循環，但沒有拖動細肌絲。

（2）等張收縮：或稱為向心收縮或縮短收縮，例如：當舉起啞鈴，肱二頭肌在彎屈前臂時，便是進行向心收縮；當你慢慢地將啞鈴放回去，肱二頭肌愈來愈長就是在進行離心收縮，然後之後又變成等長收縮將啞鈴放回去。

（3）離心收縮：或稱伸長收縮，當施加於肌肉並使其伸展的力量大於肌肉收縮的力量時，肌肉將被此力量所拉長。

骨骼肌分類

依照骨骼肌橫橋水解ATP的快慢可分為：慢肌纖維（水解ATP速度慢）與快肌纖維（水解ATP速度快）。每一塊肌肉都含有慢肌和快肌的成分，只是比例不同：

（1）慢氧化肌：有氧呼吸，高耐力，高肌球素，高粒腺體，紅肌（氧化肌），肌纖維內的脂肪含量較多，在背肌占大多數的比例是慢肌，主要存在於不需要做出急迫反應的肌肉，可耐疲勞、適合慢跑。

（2）快醣解肌：無氧呼吸（含大量肝醣及醣解酵素來進行無氧呼吸），低肌球素，白肌，肌纖維內的脂肪含量較少，在手和腳占大多數的比例是快醣解肌，因為要馬上水解ATP，做出戰或逃的反應，適合短跑。肌肉細胞直徑最大。

（3）快氧化醣解肌纖維：有氧或無氧呼吸，不易產生疲乏。也可以快速糖解，低耐力，低肌球素。

上運動神經元

上運動神經元對骨骼肌的控制路徑：

1.皮質脊髓徑（錐體路徑）：由大腦皮質直接下行至脊髓，中間沒有突觸：

 （1）外側皮質脊髓徑：中央前回→延腦錐體處交叉至對側→脊髓→脊髓聯絡神經元→下運動神經元→肌肉。

 （2）前皮質脊髓徑：中央前回→脊髓→脊髓交叉至對側→脊髓聯絡神經元→下運動神經元→肌肉。

2.錐體外運動徑：延髓和橋腦的網狀結構→ 網狀脊髓徑、紅核脊髓徑、前庭脊髓徑→下運動神經元。

★感覺及運動神經纖維合為一束，外被結締組織構成的外鞘包覆，形成脊神經。

小腦的控制

（1）小腦和大腦相同，可接受自肌梭及高爾基肌腱器傳來的感覺訊息。

（2）間接地經由前庭核、紅核及基底核來影響運動神經元的活動，然後再經由網狀脊髓徑、紅核脊髓徑及前庭脊髓徑（此三者統稱椎體外路徑）來影響下運動神經元。

（3）所有由小腦發出的訊號均屬於抑制性衝動，其目的為消除不適當的神經衝動，有助於動作協調。因此，小腦受損者，失去抑制功能，則會產生意向性震顫(intention tremor)，導致四肢持續來回的擺動。

基底核（基底神經節）的控制

（1）基底核主要包括尾狀核、殼核及蒼白球；也包含了視丘、視丘下部、黑質及紅核等處。

（2）基底核經由網狀結構中的突觸，可抑制下運動神經元的活動。

（3）基底核的損害將造成肌肉緊張度增加，表現出運動不能，如：巴金森氏症(Parkinson’s disease)，或無法控制運動，如舞蹈症(chorea)。

★巴金森氏症（靜止性震顫）：巴金森氏症病因是，黑質發出至尾狀核的多巴胺神經死亡，會造成肌肉僵硬（撲克臉），有休息性的顫抖（手無法指到鼻尖），動作及說話起使困難。

＝＞中腦有兩組多巴胺神經元，分別為黑質紋狀體系統及中腦邊緣系統，黑質紋狀體系統與骨骼肌運動協調有關。中腦邊緣系統的神經細胞體在中腦，軸突投射到基底核，由ventral tegmental area投射到前腦的邊緣系統，特別是其中與酬賞和處罰調控有關的伏隔核(nucleus accumbans)，此系統過份旺盛，被認為是精神分裂原因之一。

★舞蹈症＝哈丁頓氏症：尾狀核的GABA退化。

★巴賓司基氏反射（嬰兒有是正常的）：刺激足底外側時，大拇指會翹起、其他四指會外翻，可在錐體運動系統損傷時測得。

基底神經核

基底核是由神經元細胞體聚集所形成的灰質團塊。基底核的黑質紋狀體多巴胺系統負責運動控制，當基底核的GABA神經死亡，會引起杭丁頓氏症（舞蹈症），而如果是位於中腦黑質的多巴胺死亡，其投射到基底核的多巴胺軸突末梢就會消失，造成的是巴金森氏症。

下運動神經元

肌肉中有兩種感覺接受器，其一是：肌梭(muscle spindle)，構造像一根針一樣的細小，負責將肌肉的長度訊息傳回大腦。當肌肉突然放鬆（肌纖維被拉長）時，肌梭會馬上通知大腦讓這塊肌肉收縮。這樣的設計是為了讓肌肉保有一定的張力，不可以太放鬆，以備有緊急事件時要立即做出收縮反應。其中，α運動神經元連結梭外纖維，即肌梭所在的那塊肌肉纖維；γ運動神經元連結梭內纖維，較細且傳導較慢，只會造成肌梭等長收縮。

肌梭（牽張反射）→牽張反射＝單突觸反射＝肌梭反射＝膝跳反射

每一塊肌肉都具有牽張反射的功能，而在四肢的伸肌上表現得最為明顯，如：常見的膝跳反射，用叩診槌到韌帶，拉扯肌腱（肌肉拉長，長度改變），感覺神經將訊息傳給脊髓的運動神經，α運動神經元使肌肉收縮，γ運動神經元使肌梭自己也收縮變短。

反射是指感覺神經及運動神經即可造成骨骼肌的反射收縮，不需要上運動神經元的傳導。正常情況下，在肌肉放鬆時，γ運動神經元仍然必須保持一定的活性，以使肌梭維持一定的張力。一旦肌肉過度鬆弛，則會刺激肌梭產生牽張反射而作適當的收縮，這種機制使肌肉得以維持其正常的長度及張力，也就是肌肉緊張度。

★肌肉鬆弛劑：①抑制α運動神經元②抑制ACh接受器。

★治療肌肉緊張：抑制γ運動神經元（肌梭）。

第二種感覺接受器：高爾基肌腱器 (Golgi Tendon Organs)

位於肌腱上。此種抑制性的高爾基肌腱器反射，屬於雙突觸反射(disynaptic reflex)，能夠持續地監控肌肉張力、重量改變，可預防肌肉過度的收縮或外力牽張，保護肌肉免於受傷。例如：拿一個很重的東西（肌腱的張力增加）→高爾基肌腱器→感覺神經元  →活化抑制性的中間神經元→ 抑制α運動神經元→肌肉放鬆（把東西放掉）→肌腱張力↓。

交互神經投射

控制一塊肌肉時，也必須同時控制另一塊拮抗肌，叫交互神經投射一塊肌肉也產生反應。例如：牽張反射使原動肌收縮（單突觸）→抑制性中間神經元→抑制拮抗肌收縮，使其放鬆（雙突觸）。

雙重交互神經支配（交叉伸肌反射）

除了肌梭極高爾基肌腱器引發反射外，也可以藉由痛覺接受器，引發反射。例如：踩到釘子的腳→痛覺→屈肌收縮，伸肌放鬆，腳收回→中間神經元跨到對側→使另一隻腳的屈肌放鬆，伸肌收縮，以便在踩到釘子的腳產生彎曲離開傷害時，另一隻腳伸直以保持身體的平衡。

臨床補充案例

1.致病機轉：

因鈉鉀幫浦無法正常運作，細胞內外離子濃度及滲透壓失衡，細胞破裂，或是，肌肉組織長期受壓，而使受傷缺氧的肌肉組織，釋放出肌球蛋白(myoglobin)、氮氧化物、K+、H+、肌酸磷酸酶(Creatine Kinase, CK) 、毒性廢物到血液中。常見於過度激烈運動、肢體受壓或血流阻斷過久、肌肉壞死之患者。

2.臨床症狀：

（1）腎衰竭：受傷缺氧肌肉，釋放出肌蛋白(myoglobin)及氮氧化物到血液中→堵住腎絲球及腎小管→造成腎臟損傷、腎絲球發炎→腎衰竭→ 少尿或無尿、排出可樂色的尿液。

（2）低血容積：若是肢體受壓，動脈尚可送出一些血液，此時，血管通透性上升，靜脈則因受壓無法回收血液→導致肢體水腫→體液留在第三空間→低血容積性休克。

（3）高血鉀（細胞內K+跑出來）：

     ①高血鉀使細胞膜電位提高→去極化後，更難恢復到靜止膜電位上→鈉離子通道無法離開去活化→心肌電位產生受阻→ 心肌收縮下降、心律不整→心因性休克。

     ②高血鉀→腎臟遠曲小管及皮質集尿管，K+的分泌增加、H+的分泌減少→代謝性酸中毒。

（4）低血鈣（受損肌肉釋放出肌蛋白，使血液中的蛋白質增加，造成過多的Ca2+與血中蛋白結合→低血鈣）：凝血功能下降→瀰漫性血管內凝血 (dessiminated intiavascular coagulation, DIC)。

3.醫療處置：

（1）給予生理食鹽水靜脈輸注，並加入重碳酸鹽(Bicarbonate)矯正酸中毒。

（2）監測尿液量及pH值，給予利尿劑mannitol。

鈣離子釋出後,肌原纖維舒張狀態如何變化?

心肌需要外鈣(trigger ca++)進來細胞質幫助內鈣釋放嗎?

轉掣肌凝蛋白與鈣離子有什麼區別?

動作電位還沒結束,肌肉就開始收縮了嗎?