心肌细胞钙信号和兴奋-收缩耦联
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（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
1. L型钙通道 • 广泛分布于心肌细胞膜上，T管上含量
（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参加数量的
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(calcium osillation)。
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、
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
Biblioteka Baidu
• 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)。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
（2）随着胞浆Ca2+浓度的降低，Na+/ Ca2+交 换体的作用减弱，而与Ca2+亲和力高的钙泵 继续将胞浆内Ca2+转运出心肌，使胞浆游离 钙恢复到0.1µmol/L的水平。
二、心肌肌浆网的钙转运系统
• 肌浆网通过调节胞浆游离Ca2+在心肌舒 缩活动中起关键性调控作用。许多心脏 疾患正是由于肌浆网功能的改变而导致 心肌兴奋-收缩耦联障碍。
• 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。钳制电位在-50mV时就 失活。与起搏功能有关。
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( caicium transient )，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。
（一）钙释放通道
• 受体门控离子通道。包括RyR和IP3R。 1. RyR可与ryanodine特异性结合。Ryanodine对肌
最为丰富，是心肌细胞膜的主要钙通道 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）。
• 当Em>ENCX时，钙内流模式（AP最初13ms、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+/ Ca2+交换体相比, Ca2+泵与Ca2+亲和力高，但转运量小。
（1）心肌开始舒张时，胞浆钙浓度较高,这时 主要靠亲和力低、转运量大的Na+/ Ca2+交换 体将胞浆内Ca2+转运到细胞外；
心肌细胞钙信号和 兴奋－收缩耦联
第一节 细胞内钙信号概述
• 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。
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0.6 mmol/L • 内质网 14%，约0.28 mmoI/L • 质膜(外层)占5%，约0.1mmol/L
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的钙。钙夸克 空间上的总和，构成钙火花。
（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Em<ENCX时，钙外排模式（AP大部分 时间、静息状态）；
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
1. L型钙通道 • 广泛分布于心肌细胞膜上，T管上含量
（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参加数量的
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(calcium osillation)。
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、
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
Biblioteka Baidu
• 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)。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
（2）随着胞浆Ca2+浓度的降低，Na+/ Ca2+交 换体的作用减弱，而与Ca2+亲和力高的钙泵 继续将胞浆内Ca2+转运出心肌，使胞浆游离 钙恢复到0.1µmol/L的水平。
二、心肌肌浆网的钙转运系统
• 肌浆网通过调节胞浆游离Ca2+在心肌舒 缩活动中起关键性调控作用。许多心脏 疾患正是由于肌浆网功能的改变而导致 心肌兴奋-收缩耦联障碍。
• 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。钳制电位在-50mV时就 失活。与起搏功能有关。
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( caicium transient )，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。
（一）钙释放通道
• 受体门控离子通道。包括RyR和IP3R。 1. RyR可与ryanodine特异性结合。Ryanodine对肌
最为丰富，是心肌细胞膜的主要钙通道 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）。
• 当Em>ENCX时，钙内流模式（AP最初13ms、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+/ Ca2+交换体相比, Ca2+泵与Ca2+亲和力高，但转运量小。
（1）心肌开始舒张时，胞浆钙浓度较高,这时 主要靠亲和力低、转运量大的Na+/ Ca2+交换 体将胞浆内Ca2+转运到细胞外；
心肌细胞钙信号和 兴奋－收缩耦联
第一节 细胞内钙信号概述
• 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。
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0.6 mmol/L • 内质网 14%，约0.28 mmoI/L • 质膜(外层)占5%，约0.1mmol/L
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的钙。钙夸克 空间上的总和，构成钙火花。
（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Em<ENCX时，钙外排模式（AP大部分 时间、静息状态）；