心肌细胞钙信号和兴奋-收缩耦联

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1、心肌细胞钙信号和兴奋－收缩耦联Ca2+信号（Ca2+signals）调控着细胞内许多重要的功能。短期效应如细胞电兴奋、收缩和分泌功能；长期效应如细胞转录、增殖和分化以及死亡。第一节细胞内钙信号概述一、Ca2+在人体内的含量及分布99%存在于骨骼和牙齿分布于血浆和组织细胞内的钙不到人体钙的1%细胞外：游离Ca2+浓度约1~2mmol/L细胞内：细胞核50%线粒体30％，浓度为0.6mmol/L内质网14%，约0.28mmoI/L质膜(外层)占5%，约0.1mmol/L胞浆Ca2+浓度：细胞在静止(非激活)状态时，细胞溶质中仅占总钙的0.5%(结合态)或0.005%(离子态

2、)。胞浆游离Ca2+浓度约0.1mo1/L，远低于细胞外液，亦低于肌浆网和线粒体内的Ca2+浓度。随着细胞的活动，胞浆Ca2+浓度会发生变化。一、胞内Ca2+的来源（一)胞外Ca2+进入胞内：电压门控通道配体门控通道（二）胞内钙库释放Ca2+Ip3介导Ryanodine受体介导胞内钙在钙库释放过程中的作用（三）胞内钙信号的终止1.质膜Ca2+外排机制质膜Ca2+泵质膜Na+/Ca2+交换体2.胞内钙库摄取机制二、钙信号单位及局部钙信号由单个或成组Ca2+通道活化而引起的Ca2+释放，构成钙信号的基本单位。钙信号特征：快速升高期与缓慢恢复期。Ca2+释放通道的开放和关闭与

3、参加数量的多少决定了球形Ca2+信号的波幅。（一）Ca2+信号基本单位的功能1．对细胞内静息钙水平的影响胞浆内静息钙水平由Ca2+进入或排出胞浆间的基本比率决定。2．局限化功能Ca2+信号基本单位产生高浓度局限化的Ca2+爆发，执行非常特殊的信号功能。3．对离子通道的影响（二）细胞钙信号的种类/表现方式1．钙火花：是细胞内钙的自发的、局限的、非传播性增高的现象，由SR上的一簇邻近的RyR自发地释放的Ca2+所形成，反映了SR的RyR自发开放的情况。2．钙夸克：比钙火花更小的、局部的钙释放形式，它是目前发现的心肌细胞钙信号系统的最小功能性释放单位，它是由单个钙释放通道释放出

4、的钙。钙夸克空间上的总和，构成钙火花。3．钙瞬变：由心肌细胞膜上兴奋冲动到来时的电除极所诱发的瞬时性钙增高(caiciumtransient)，主要是由肌浆网释放的，与正常的收缩功能密切相关，是心肌细胞内正常的钙信号。它与钙波和钙火花不同，只是在兴奋-收缩耦联时出现钙瞬时性增高。4．钙波：某些情况下（如病理状态缺血或细胞内钙负荷增高等）细胞内钙在局部自发性释放增加并伴以传导的现象.其特点是在激光共聚焦显微镜下可见细胞内钙在某个区域瞬时性增高，并以很快的速度在细胞内传播(100um/s)，反映细胞对高钙负荷后的反应。5．钙振荡：细胞内钙信号的传播存在时间和空间的组合形式。始

5、发于胞浆中某一局部的Ca2+跃升，可以一种反复瞬变的方式在细胞中传递，称钙振荡(calciumosillation)。三、钙测定（一）整体水平上（如血清/尿钙的测定）滴定法、比色法、火焰法、离子选择电极法、活化分析法、45Ca放射性同位素示踪法、（二）细胞内钙的测定单细胞电生理（膜片钳技术），荧光细胞钙测量，激光共聚焦扫描显微术第二节、心肌钙转运及其调节一、心肌细胞膜的钙转运系统钙通道：Na+/Ca2+交换体和钙泵，互相协调，共同维持心肌细胞膜对钙转运的稳定，使胞内Ca2+受到精密调控。（一）钙通道L型钙通道广泛分布于心肌细胞膜上，T管上含量最为丰富，是心肌细胞膜的主要钙

6、通道类型。L型钙通道的开闭主要受膜电位变化的影响，是电压依赖性钙通道，激活电位-40～-30mV，失活电位-20mV。慢钙通道：L型钙通道开放后持续的时间长较长，激活占时20～30ms，失活更慢（100～300ms）。可与双氢吡啶特异性结合，也叫双氢吡啶受体（DHPR）。是Ca2+内流的单向转运系统，由L型钙通道内流的Ca2+通过CICR机制诱导肌浆网的钙释放，对兴奋-收缩耦联起重要的调节作用。（瞬间局部可达到100µmol/L)。2.T型钙通道T型钙通道主要分布在窦房结细胞和蒲肯野纤维膜，其开闭也受膜电位变化的影响。在较低水平的去极化就可激活，失活迅速，为快钙通道。钳制

7、电位在-50mV时就失活。与起搏功能有关。（二）Na+/Ca2+交换体（NCX）是钙离子的双向转运系统转运特点：与Ca2+亲和力低但转运量大。转运方式：通过钙外排模式促进心肌的舒张，通过钙内流模式促进心肌收缩。决定交换方向的主要是膜两侧Na+浓度、Ca2+浓度和膜电位：当EmENCX时，钙内流模式（AP最初1-3ms、药物作用及病理情况下）。（三）细胞膜钙泵是Ca2+的单向主动转运系统，在Ca2+和Mg2+存在下水解ATP，耗能主动将胞浆内Ca2+转运出细胞。与Na