按照肌纤维收缩时长度的变化，可将骨骼肌收缩分为向心（长度变短）、等长（长度不变）和离心（长度变长）收缩。与前两种收缩形式相比，离心收缩在增加肌肉体积和肌力等方面具有明显的优势，偏重于离心收缩的运动方式作为训练手段已广泛应用于竞技体育和运动康复领域。然而，离心收缩很容易对骨骼肌的结构和功能造成负面影响，出现超微结构改变（如肌节、Z 盘损伤），引起肌肉酸痛、肿胀和肌力下降等损伤症状。因此，研究离心运动性骨骼肌损伤机制，对于制订合理的体能训练或运动康复方案具有重要的实践指导意义。
目前，离心运动性骨骼肌损伤的发生机制仍不十分清楚，与肌丝滑行理论不能很好地解释离心收缩机制有关。Hanson 和 Huxley HE 于1953年在确定肌丝滑行理论双肌丝模型（细肌丝和粗肌丝）时，已经推测第三肌丝存在于Z盘之间，但由于缺乏证据且很难把第三肌丝与双肌丝滑行理论统一起来，因而次年刊发于《自然》杂志的肌丝滑行理论是建立在双肌丝模型基础上的。1980年，Huxley AF 其出版的《关于肌肉的思考》（Reflections on Muscle）一书中提出肌丝滑行理论在解释离心收缩机制方面存在不足。近年有学者认为，肌联蛋白（titin）就是肌节的第三肌丝，其协同双肌丝肌节模型，可较好地解释离心收缩机制。本文通过分析肌丝滑行理论双肌丝模型诠释离心收缩机制存在的问题，介绍并探讨用三肌丝模型（细肌丝、粗肌丝和肌联蛋白）修正或更新骨骼肌收缩的双肌丝滑行模型。
1 肌丝滑行理论的概述
1953年，Huxley HE 提出骨骼肌收缩机制即粗、细肌丝相互滑行构想。1954年，Huxley AF 和 Huxley HE 在《自然》杂志上分别发表了两篇论文，提出了骨骼肌收缩的肌丝滑行理论双肌丝模型，即：肌球蛋白（myosin）构成的粗肌丝和肌动蛋白（actin）构成的细肌丝通过横桥的摆动，细肌丝向粗肌丝中央滑行，但粗、细肌丝的长度不变。1957年，Huxley AF 提出了首个肌节结构分子模型和能量计算公式，详细阐述了肌丝滑行理论，肌球蛋白通过横桥拉动肌动蛋白向肌节中央 M 线滑行，横桥摆动的能量由 ATP 直接提供。Huxley HE 随后提出横桥摆动旋转概念，Huxley AF 等进行了修订，用于解释肌肉的张力或长度突然改变时横桥的动力学变化。
2 肌丝滑行理论双肌丝模型诠释离心收缩机制存在不足
双肌丝滑行理论可以较好地在细胞和分子水平阐述向心和等长收缩机制。骨骼肌收缩时长度不变（等长收缩）（图2A），可以解释为横桥自发性地分离，随后又被新的横桥替代，进而保持横桥原位更新；骨骼肌收缩产生的张力足够克服外加负荷时长度缩短（向心收缩）（图2B），可以解释为细肌丝向粗肌丝中央滑行，其收缩速度和力量分别与横桥的形成速率、数量有关。相反，骨骼肌收缩产生的张力不足够克服外加负荷时长度拉长（离心收缩）（图2C），单独基于横桥摆动的肌丝滑行理论在阐述其机制方面存在不足，主要体现为下列现象：
（1）高张力和低能耗。相对于向心与等长收缩，离心收缩消耗少量的能量产生更大的肌力，即高张力低能耗现象，解释为启动第二个肌球蛋白分子参与横桥的形成，致使横桥数量双倍增加而产生高张力现象（图2C），但同时需要更多的能量维持高张力状态时的横桥更新，这与低耗能现象矛盾。
（2）剩余张力增强。与等长收缩后获得的等长肌力相比，离心收缩后获得的等长肌力较大，可以持续数分钟，称为剩余张力增强，解释为通过增加横桥数量或每个横桥产生的平均张力获得。如果是由横桥数量增加所致，那么骨骼肌刚度应相应增加，但抑制横桥形成后，刚度不降反增；如果剩余张力增强是由每个横桥产生的平均张力增加所致，那么离心收缩后的几分钟内横桥衔接仍然存在，显然这是不可能的。
（3）肌节长度—张力关系曲线降支的稳定性。在双肌丝模型中，无论是半肌节还是肌节均具有不稳定性特征。位于肌节中心的粗肌丝仅通过与细肌丝形成的横桥平衡力维系其位置，因而轻微的失衡就会导致粗肌丝被拉向肌节中“较强”的一半，导致更大的不平衡，从而导致不稳定性的半肌节张力。因此，离心运动时由于肌节长度—张力曲线处于降支状态时肌节结构稳定性最差，最容易造成较弱肌节被过度牵拉，但在肌节长度—张力关系曲线降支时主动拉伸肌原纤维，其结构非常稳定。
（4）肌膜完整性。离心运动极易造成骨骼肌损伤，主要症状体现为骨骼肌超微结构改变（主要特征是Z盘水波纹状变化、肌原纤维撕裂等），以及肌力下降、肌肉酸痛、肿胀和血液中肌酸激酶浓度增加等延迟性肌肉酸痛（delayed onset muscle soreness，DOMS）症候群，但肌膜的完整性不受影响。
3 三肌丝模型建议
实际上，Hanson 和 Huxley HE 在 1953 年《自然》杂志上发表的论文中确定双肌丝肌节模型时，已经推测第三肌丝（即 S 肌丝）的存在。1976 年，Maruyama 应用原子力显微镜直接检测到了第三肌丝的存在，1979 年 Wang 等将其命名为肌联蛋白。1988 年，Fürst 等用肌联蛋白抗体首次证明了这种弹性肌丝横跨半个肌节，从 Z 盘连续延伸到 M 线。目前，肌联蛋白的结构和功能已较为清楚，主要由 I 带（跨越细肌丝的 titin 区域）和 A 带肌联蛋白（粗肌丝内的区域）部分构成（图3）。I 带肌联蛋白中两个弹簧元件分别为 N2A 和 PEVK 元件[因其富集脯氨酸（P）、谷氨酸（E）、缬氨酸（V）和赖氨酸（K）残基而得名]。PEVK 元件代表了肌联蛋白最重要的弹性区域。A 带肌联蛋白没有伸展功能。在肌节受到外力时，PEVK 的特征赋予了肌联蛋白像弹簧一样的功能，起到肌节刚度的调节作用。
但其“弹簧刚度”调控机制还不十分清楚，一种学说认为胞浆 Ca2+ 浓度增加时，横桥旋转将肌联蛋白缠绕于细肌丝，通过缩短弹性区域长度而增加 PEVK 的弹簧刚度；另一种学说认为，肌联蛋白不与细肌丝缠绕，而是肌联蛋白远端区域向肌节中央 M 线靠拢（详细机制尚不清楚），造成 PEVK 区域长度缩短。这提示肌联蛋白可以通过与粗、细肌丝的相互作用，起到作为第三肌丝参与调控肌节被动张力变化的能动作用，用于弥补双肌丝肌节模型的不足。
肌联蛋白的肌丝滑行理论能更好地解释离心收缩现象：首先，肌联蛋白储存和释放弹性势能的现象诠释了离心收缩产生的高张力低能耗现象；其次，肌联蛋白弹簧刚度诠释了离心收缩引起的剩余张力增强机制，同样诠释了肌节长度—张力关系曲线降支的稳定性机制，也说明了离心收缩时肌膜完整性的原因。肌联蛋白的作用特征质疑了目前流行的离心运动性骨骼肌损伤机制理论支撑：离心运动时由于肌节长度—张力关系曲线降支的不稳定性，造成较弱肌节被过度牵拉引起的肌膜损伤，从而诱发了 DOMS 症候群，提示离心运动引起的骨骼肌超微结构改变不是诱发 DOMS 症候群的主要原因，可能二者具有相互独立的发生机制。
4 肌丝滑行理论双肌丝模型修正
依据 Herzog、Holt 等、Duvall 等和 Brynnel 等的相关研究，Herzog 提议用肌丝滑行理论三肌丝模型替代肌丝滑行理论双肌丝模型，在保留双肌丝模型功能的基础上，增加肌联蛋白弹簧肌丝，用于诠释离心收缩机制，具体修正如下：离心收缩时，在肌节受到低张力拉伸状态，I 带肌联蛋白近端免疫球蛋白样结构域和 PEVK 元件拉长，使得肌节顺应性增加，起到缓冲外力的作用（图3A）；在肌节受到高张力拉伸状态，I 带肌联蛋白 N2A 元件与肌动蛋白衔接，减少肌联蛋白的自由长度，同时 PEVK 元件与 Ca2+ 结合，阻止 PEVK 过度拉长，又由于横桥在摆动时产生平移并且伴随转动，将使 A 带和远端的肌联蛋白区域向肌节中央 M 线靠拢，更加阻止了 PEVK 元件过度拉长，用于增加肌联蛋白的刚度，避免肌节顺应性过度增加，起到保护粗、细肌丝不被撕裂的作用（图3B）。
修正补充后的肌丝滑行理论三肌丝模型是基于肌联蛋白弹簧肌丝与横桥相互作用的特征，该模型使传统意义上的被动张力观点由主动张力新理念取代，在较好地诠释离心收缩机制的基础上，为探讨离心运动性骨骼肌损伤机制提供了新的研究思路。同时，由于肌联蛋白的弹簧刚度受到 Ca2+ 的调控，其产生的主动张力同样会影响向心和等长收缩时横桥产生的张力。综上，三肌丝模型不仅可以更合理地诠释离心收缩机制，也提示我们以新的视角重新审视向心和等长收缩机制，进而揭示新的肌肉生理学秘密。
赵倩,张学林.就离心收缩机制存在的问题探讨肌丝滑行理论的修正[J].生理学报,2021,73(01):143-147.
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