組織學36：肌組織2：心肌

二、心肌

心肌（cardiac muscle）分布于心壁和鄰近心臟的大血管壁上，其收縮有自動節律性。

（一）心肌纖維的光鏡結構

心肌纖維呈不規則的短圓柱狀，有分支，互連成網。連接處染色較深，稱閏盤（intercalated disk）。

多數心肌纖維有一個核，少數有雙核，核呈卵圓形，位于細胞中央。心肌纖維也呈明暗相間的周期性橫紋，但不如骨骼肌纖維的明顯；核周圍的細胞質內可見脂褐素，隨年齡增長而增多。一般認為，心肌纖維無再生能力，損傷的心肌纖維由瘢痕組織代替。

肌纖維  A. 縱切面；B. 橫切面；C. 縱切面（Hemalum 染色） ↑閏盤

（二）? 心肌纖維的超微結構

心肌纖維的超微結構與骨骼肌纖維相似，也含有粗、細兩種肌絲及其組成的肌節。

心肌纖維的特點是：

①肌原纖維的粗細不等、界限不很分明，肌原纖維間有極為豐富的線粒體。

②橫小管較粗，位于 Z 線水平。

③肌質網的縱小管稀疏，終池少而小，多見橫小管與一側的終池緊貼形成二聯體（diad）。 因此，心肌纖維的貯鈣能力低，收縮前尚需從細胞外攝取 Ca²⁺。

④閏盤的橫向部分位于 Z 線水平，有 黏著小帶與橋粒，使心肌纖維間的連接牢固；在閏盤的縱向部分存在縫隙連接，便于細胞間化學信息 的交流和電沖動的傳導，分別使心房肌和心室肌整體的收縮和舒張同步化。

心肌纖維透射電鏡圖

A. 暗帶；I. 明帶；Z. Z 線；M. M 線；SR. 肌質網；Mit. 線粒體；ID. 閏盤

心肌纖維超微結構立體模式圖

心肌纖維閏盤超微結構模式圖

（三）心肌細胞的分類

心肌細胞（cardiac muscle cell,cardiac myocyte,myocardial cell）也稱心肌纖維。根據心肌細胞和分散和功能，可分為三類：

心室工作心肌細胞

普通心房肌細胞

傳導系統心肌細胞

1 心室工作心肌細胞（working ventricular myocyte，簡稱心肌細胞）

有橫紋的短柱狀細胞，長60~150?，橫徑10~30?。

每個心肌細胞有一個橢圓形的核，位于細胞中央，偶見雙核。細胞核兩端的肌質較多，其中含有線粒體、高爾基復合體和脂褐素顆粒等。脂褐素顆粒是溶酶體的殘余體，十幾歲開始出現，年齡越大數量越多。肌絲呈嗜酸性，其走向與心肌細胞長軸一致。心肌細胞有分支，彼此相連成網。細胞間連接結構稱閏盤。

閏盤在未染色標本上顯得清亮。HE標本上呈深紅色，用鐵蘇木精染色呈藍色階梯狀線紋。

電鏡下，心肌細胞與骨骼肌細胞一樣有粗肌絲和細肌絲，并有規律排列成Ⅰ帶和A帶。細肌絲固定在Z盤上，粗肌絲由M橋及連接絲固定，在肌絲之間有肌質網與線粒體。

膜性細胞器把細胞內的肌絲分隔成粗細不等的肌絲束。在心肌細胞橫斷面上，肌絲束形態不規則，相鄰的肌絲束并未完全分隔，?；ハ噙B續。心肌細胞內肌絲的集合狀態與骨骼肌不同。骨骼肌的肌絲集合體是一條條較長的、分隔明顯的肌原纖維；心肌的肌絲集合體沒有形成較長的、分隔明顯的肌原纖維，又稱肌絲束（myofilament field）或肌絲束。心肌細胞的粗肌絲主要由肌球蛋白構成，細肌絲的結構蛋白，其調節蛋白也是?和肌原蛋白，通過Ca²⁺與TnC結合引起肌絲滑行。

哺乳動物心肌的肌球蛋白分子結構不但與骨骼肌有差異，而且在心房和心室也不完全相同。

肌球蛋白是一個六聚體大分子，可分2條重鏈和4條輕鏈。

重鏈分α、β型兩種，肌球蛋白重鏈的分子克隆顯示有2種mRNA。

2種重鏈的不同組合形成3種異構型（inoform），分別是：V1（α，α）、V2（α，β）和V3（β，β）。

V1由2條α重鏈構成，是α重鏈的同質二聚體（homodimer），其Ca²⁺-ATP酶活性最強，主要見于心房肌，也稱心房優勢型；V3由兩條β重鏈構成，是β重鏈的同質二聚體，其中Ca²⁺-ATP酶活性最低，主要見于心室肌，也稱心室優勢型。V2由一條α重鏈和一條β重鏈構成，是異質二聚體（heterodimer）。β-肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain,MHC)基因位于α-MHC基因上游4~5kb處，有41個外顯子。

在鼠類和人的心房肌以α-MHC為主，在較大的哺乳動物（包括人類），心室肌都以β-MHC為主。

α-MHC有較高的ATP酶活性，能加快心肌細胞收縮速度；β-MHC的STP酶活性低，肌細胞收縮速度慢。

心肌肌球蛋白輕鏈（MLC）有兩類：MLC1和MLC2。MLC1可分為心房型和心室型，在人和鼠胎心室肌表達為心房型MLC1；MLC2磷酸化引起心肌等收縮、張力增強和對Ca²⁺的敏感性增大。

重鏈和輕鏈不同組合，形成了肌球蛋白分子的多種異構型。

一般情況下，心室肌的肌球蛋白的重鏈主要是β重鏈，輕鏈以心室型輕鏈為主；在心房肌，重鏈以重鏈α占優勢，輕鏈以心房型輕鏈為主。

骨骼肌紅肌纖維的肌球蛋白也含有β重鏈，與心室肌有相似之處。心房肌的肌球蛋白與任何一型骨骼肌的都不相同。

肌動蛋白除參與構成肌細胞的細肌絲外，也見于多種非肌細胞，是細胞骨架蛋白之一。

心肌的肌動蛋白有6種：存在于肌細胞內的α異構型有4種即骨骼肌α肌動蛋白、心肌α肌動蛋白、血管平滑肌α肌動蛋白及雞沙囊平滑肌α肌動蛋白以及存在于腦組織的β肌動蛋白和胸腺內的γ肌動蛋白。在某些非肌細胞，如成纖維細胞系內可同時含有β和γ肌動蛋白。肌細胞中的肌動蛋白異構型也可因肌細胞所處生理狀況不同而發生改變。6種異構型肌動蛋白的氨基酸序列有90%以上相同，僅末端序列因而略有不同。

心肌細胞的肌膜

心肌細胞膜P面（面向細胞質的細胞膜疏水面）上分布著大量膜內顆粒，代表完整的膜蛋白，即肌細胞的離子通道和受體。當膜功能受損時，顆粒數量反應性減少并相互聚集。在掃描電鏡下可見有小凹、有衣小凹和橫小管的開口。

小凹（caveola）為細胞膜向細胞質內陷入的泡狀小袋，直徑60~80nm，遍布細胞表面，或單獨存在，或聚集成群。在橫小管不發達的心房肌細胞，小凹很豐富。

由籠形蛋白（clatherin）包被的有衣小凹（coated pit）數量較少，它們是受體介導內吞作用的載體。

橫小管開口于Z盤平面上，直徑50~250nm，腔面附有隨細胞膜陷入的外板。

細胞膜外表面包有一層厚約30nm的糖萼（glycocalyx）稱外板（external lamina）。外板的外表面覆有帶陰電荷的表面衣（surface coat），發出許多交織的微線（microthread）構成細胞外骨架，連接于相鄰肌細胞之間。

心肌細胞的骨架

骨架由中間絲和微管構成。

中間絲是一類強韌的纖維狀蛋白質，直徑8~10nm，介于細肌絲和微管之間。有多種，由不同蛋白質亞單位構成。一種類型的細胞內通常只含一種中間絲。中間絲主要由結蛋白和波形蛋白兩種亞單位構成。結蛋白又稱骨架蛋白（skeletin），是肌型中間絲的大亞單位，為相互連接的縱橫纖維，呈三維網格體系排列。結蛋白存在于Z盤周圍區以及相鄰肌原纖維的Z盤之間。這些中間絲形成密網，包繞在Z盤周圍，使它們從側面彼此對齊，縱行的結蛋白絲與該密網交織而增強骨架的力量。表淺肌原纖維的Z盤З細胞骨架和細胞膜之間的連接蛋白（vinculin）附著于細胞膜。附著部位在相當于Z冬所在部位的細胞表面出現質膜溝。

微管直徑24~28nm，分布在肌原纖維周圍以及細胞核周圍，呈螺旋狀環繞在肌原纖維及其肌質網表面。行于肌原纖維之間微管，其螺距長，近似縱行，然后轉為橫行繞過I帶表面，并跨過Z盤伸到下一肌節。

多數微管單獨行走，有時2~3條成組并行。微管的化學成分為微管蛋白（tubulin）。微管有一定彈性，并能滑協，對細胞起重要的支持和定形作用。

橫軸管系統

細胞外液中二氧化釷（ThO₂)膠體進入豚鼠心室肌細胞的橫小管及與長軸平行的縱行小管內，并看到這些縱行小管與橫小管連通，構成規則的格子樣小管網?？v行小管也見于其他哺乳動物如犬、猴、小鼠等的心室肌細胞。這些縱行小管稱軸管（axial tubule），因軸管連接在橫小管之間，內腔也與橫小管相通，將橫小管與這些縱行的軸管合稱橫軸管系統（transverse-axial tubule system,TLTS)。

與細胞膜相連的是橫小管，橫小管進入細胞后反復分枝，發出橫行與縱行的小管，并吻合成網。

心肌的橫小管比骨骼肌的粗，直徑可達150nm，其腔面基膜明顯。軸管直徑90~120nm，與橫小管相連處常形成小囊狀膨大。這種網狀的TATS夾在肌絲束之間，肌質網圍繞在TPTS小管的周圍或從其表面跨行，TATS的橫小管或軸管可與連接肌質網（J-SR）相貼形成偶聯。心房肌細胞的TATS不發達，某些動物的心房肌細胞完全缺乏TATS。

心肌細胞的肌質網

心肌肌質網的體密度=肌質網體積/細胞質體積（Vv)

早期立體計量學研究：心肌為0.5%，骨骼肌為13%

將灌流的小鼠心臟用鐵氰化鉀還原的鋨酸固定，再做立體研究：小鼠心肌肌質網體密度為7%，表面密度（細胞單位體積內肌質網表面積，Sv）為1.87/?

心肌肌質網相當發達

根據分布和形態，將相互連通的心肌肌質網分三類：

網狀肌質網（network sacoplasmic reticulum，N-SR）

連接肌質網（junctional sacoplasmic reticulum,J-SR)

小球肌質網（corbular sacoplasmic reticulum,C-SR)

網狀肌質網（N-SR）管徑25~60nm，約占肌質網總體積92%，分布在肌原纖維周圍、肌膜下、線粒體周圍以及核兩端的肌質內。肌原纖維周圍的N-SR包繞在肌原纖維或肌絲束周圍。N-SR為連續網狀小管，但具有與肌節相關的節段性。在A帶周圍為密集的平行排列的縱行小管；在I帶形成疏網；在Z盤周圍，形成腰帶狀的Z管，經中間絲附著于Z稅；在M區為有小孔的領圈狀密網。肌膜下N-SR形似魚網，網眼中有由肌細胞表面陷入的小凹，或有橫小管在此穿行。肌膜下N-SR與肌節的節段性無明顯關聯。線粒體周圍的N-SR呈網狀包繞在線粒體周圍，或為單條小管在線粒體與肌原纖維之間穿行。核兩端肌質網內的N-SR與該處的線粒體或高爾基復合體等相鄰。

連接肌質網（J-SR）呈小囊狀，腔內含有電子致密物。膜外表面以規則的間距發出連接突（junctional process），它們跨過14nm的間隙伸達橫小管或軸管或肌膜，可能是J-SR與TATS或肌膜之間的離子通道。附著在TATS上的J-SR稱周圍J-SR。由內部J-SR、連接突和TATS形成的結構復合體形成的稱周圍偶聯。內部偶聯的J-SR小囊，部分或全部包繞橫小管或軸管，形成二管區，稱二聯體（diad）或形成少見的三管區。周圍偶聯則呈隨機分布。扁平的J-SR小囊貼在肌膜上方。J-SR數量較少，僅占肌質網總體積的8%左右。

小球肌質網（C-SR）

為與J-SR相連的球形小囊，直徑70~120nm，也有連接突，腔內電子致密物。C-SR多見于Z盤附近，多半為單個存在，偶爾聚集成小群。

免疫細胞化學，N-SR膜上有Ca²⁺、Mg²⁺-ATP酶活性。在Ca²⁺、Mg²⁺-ATP酶即鈣泵蛋白質鄰接處，有一種相對分子質量22000的蛋白質稱受磷酸蛋白（phospholamban）。受磷酸蛋白與磷酸結合時，加快鈣泵自肌質汲取Ca²⁺的速度，受磷酸蛋白對鈣泵的轉運速度起調節作用，但對鈣泵沒有啟動或止動作用。J-SR和C-SR腔內的電子致密物為隱鈣素，N-SR腔內不含隱鈣素。心肌細胞的儲鈣能力不如骨骼肌。

心肌細胞的線粒體

線粒體長且粗，嵴較密，長度與肌節長度相等，也有長達7~8?的，數量比骨骼肌多。

線粒體夾在肌絲束之間，其長軸和肌細胞長軸一致 ，一個接一個排列成行。心肌細胞沒有成對明帶線粒體。糖原顆粒存在于線粒體旁及I帶與H帶的肌絲束之間。脂肪小滴存在于線粒體旁、肌膜下與肌絲間。糖原顆粒和脂肪小滴是心肌細胞內的能源儲備物。

閏盤（intercalated disk）

閏盤是心肌細胞之間的連接結構。

電鏡下，在閏盤部位，心肌細胞末端呈階梯狀。在階梯的橫位部分，兩細胞的開關曲面伸出許多峰狀交錯相嵌，增大兩個相鄰心肌細胞之間的連接面，兩細胞間以黏合膜（fascia adherens）和橋粒方式連接。黏合膜結構與黏合小帶相同，但連接面比一般黏合小帶寬闊。黏合膜處的細胞間隙寬15~20nm，其中充填糖蛋白，起黏合相鄰兩細胞的作用。兩細胞膜內面靠近 肌原纖維末端的Z盤，發自Z盤的細肌絲和中間絲經紐蛋白附著在細胞膜內面，形成由細絲交織的膜內側致密結構。橋粒呈斑狀，常見于肌絲附著區之間。這兩種連接方式對加強細胞間連接的牢固性起重要作用。在階梯的縱位上，兩細胞的介面以縫隙連接的方式相連，細胞膜的動作電位可經連接小體直接傳一相鄰的細胞膜，使心房或心室肌各形成功能上的整體

大鼠心房肌細胞

突起，

2 普通心房肌細胞（conmon atrial myocyte，簡稱心房肌細胞）

指傳導系統以外的心房肌細胞。

其結構與心室肌細胞相似，但存在重要差異。

心房肌細胞有收縮功能，還有內分泌功能，能分泌強大的利鈉、利尿和擴血管降壓作用的物質——心房利鈉因子（atrial natriuretic factor,ANF)或稱心房肽（atriopeptide)，因而心房肌細胞具有肽類激素細胞的結構特點。

含有心房肽的分泌顆粒呈小球形，有界膜包裹，直徑因動物種類而異，一般200~400nm。顆粒主要聚集在核兩端的肌質區，也有一部分向細胞膜下遷移，在釋放信號的作用下，細胞膜下的分泌顆粒經胞吐作用而分泌。未及時分泌的顆粒則退化，成為自噬小體。心房肌細胞肌膜表面有豐富的小凹，橫小管極小或缺如。J-SR主要是周圍型，附在肌膜內面。C-SR多見，常聚集成群。N-SR較心室稀疏。

心肌細胞膜上有腎上腺β受體。當受到腎上腺素等激動時，能激活相鄰有腺苷酸環化酶，使細胞內的ATP變為cAMP。cAMP與細胞膜的鈣離子導體結合，改變其構型，促進Ca²⁺進入細胞；cAMP使心肌細胞內無活性的蛋白激酶變為為活性的蛋白激酶，有活性的蛋白激酶促使肌質網的受磷酸蛋白與磷酸結合，成為磷酸化受磷酸蛋白，使鈣泵汲取Ca²⁺的速度加快。

心肌細胞周圍的結締組織及血管、淋巴管和神經

心肌細胞表面有基膜及網狀纖維，周圍結締組織中有膠原纖維，細的彈性纖維。散在的成纖維細胞，豐富的毛細血管及多量毛細淋巴管。

人或某些哺乳動物的冠狀動脈或其分支某一段有時穿行于心肌細胞之間，這種表面被覆血管的心肌細胞稱心肌橋（myocardial bridge），表面覆以心肌細胞的血管稱壁冠狀動脈（parietal coronary artery）。SEM，心肌內的微動脈密集成簇，呈彈簧樣螺旋形走行，微動脈系匯集形成根須樣外觀。有利于來自心臟的血液逆流回心肌，增加心肌內血管的長度和血容量，對心肌具有營養和灌流作用。

在結締組織中偶見無髓神經纖維（交感神經和副交感神經）末梢，大多分布在血管壁。直接分布于心肌細胞的神經末梢，在爬行類、兩棲類和魚類中較常見；在哺乳動物，除傳導系統外，在心室肌層有萬頭攢動犧，其神經元胞體位于心房后壁心外膜中。在鼠乳頭肌中見到無髓神經纖維與心肌細胞有一些突觸連接。

心肌細胞的發生和再生

人胚第5周，心管周圍的間充質細胞分化為成肌細胞（myoblast），細胞呈圓形，核大而圓，位于細胞中央，胞質透亮。

人胚第6~7周，成肌細胞變長，互相連接成網，胞質透亮，有些細胞胞質內出現肌原纖維。

胚胎發育至3.5個月，心肌細胞連接處先形成橋粒、中間連接和縫隙連接，以后形成閏盤。

胚胎發育至4個月，心肌細胞呈柱狀，核位于中央，核兩端胞質清亮，可見明暗相間的橫紋。

第5個月，胎兒的心肌細胞出現橫小管，可見少量肌絲。

第6個月，心肌細胞內肌絲增多，排列規則，出現明顯的肌節，橫小管位于Z線水平，肌質網不很發達，線粒體很發達，位于肌絲之間，將肌絲分隔成粗細不等、長短不一的肌絲束。

第7周人胚心房肌細胞出現ANF顆粒。

第6周始人胚心肌細胞ANF隨胎齡增加，心房肌的ANF含量逐漸上升，心室肌的ANF含量下降。足月時胎兒心室肌內幾乎無ANF。

胚胎時期的成肌細胞和早期的心肌細胞都有分裂增殖能力，出生后難見心肌細胞分裂像。

心肌細胞體積可隨年齡增長而有一定程度的增大。動物受傷處的心肌細胞有一定程度的再生。

人出生后心肌細胞不再分裂。

心肌梗死時，心肌細胞被破壞，由周圍的結締組織代替，形成永久性瘢痕。

心肌細胞的凋亡

某些損傷因素如缺血及缺血再灌注、心肌梗死、快速心室起搏、機械牽張等，可引起心肌細胞凋亡。

應用原位末端標記術（ISEL）和瓊脂糖凝膠電泳研究缺血和缺血再灌注大鼠心?。嚎梢姷湫偷募毎蛲鲎兓虳NA ladder。

心肌細胞凋亡早期，細胞皺縮變小，胞質濃縮，細胞器密集，核染色質聚集成致密地塊，繼而染色質沿核膜下凝聚，密度增高，凋亡的心肌細胞與鄰近的=細胞連接松散，細胞核崩解為凋亡小體，再灌注可加速不可逆轉的細胞凋亡。心肌細胞凋亡與缺血及缺血再灌注持續時間長短有關。

應用免疫電鏡和原位雜交術研究多支冠狀動脈栓塞引起的慢性心力衰竭，發現心肌細胞凋亡小體形成。

除動物心肌細胞發現凋亡外，人急性心肌梗死后發現心肌組織中凋亡現象。

正常狀態的心左心室壁內，可見心肌細胞凋亡現象，而且隨年齡增長而增多。