人体及动物生理学-第五章肌细胞收缩、心肌、平滑肌生理.ppt

第一节 骨骼肌生理Contraction of muscle cell,1.掌握N-M接头处兴奋的传递 2.掌握肌丝滑行机制 3.掌握兴奋-收缩耦联,肌肉按功能特性分类,骨骼肌 心肌 平滑肌 横纹肌与非横纹肌 随意肌与非随意肌,AP在运动神经纤维上的传导,N-M接头处兴奋的传递,AP在骨骼肌cell上的传导（局部电流）,骨骼肌的兴奋收缩耦联,骨骼肌的肌丝滑行收缩,,,,,一、骨骼肌细胞的收缩 (contraction of skeletal muscle ),(一)神经—骨骼肌接头处兴奋的传递 neuromuscular transmission,1.神经肌接头(neuromuscular junction)的结构： ⑴接头前膜prejunctional membrane: ①突触囊泡synaptic vesicle,内含ACh; ②电压门控Ca2+通道； ⑵接头间隙junctional cleft: 50nm宽，与细胞外液相通; ⑶接头后膜postjunctional membrane:又称 终板膜endplate membrane，是肌膜特化 部分,上有①N2型ACh受体;② AChE;,神 经 肌 接 头 结 构,,,,(接头前神经末梢),(接头间隙),(接头后膜, 终板膜),,2、传递过程及EPP产生：,与R结合, K+、Na+通道 ↓ (化学门控) Endplate potential ↓（电紧张扩布） 电压门控Na+通道激活 ↓ 肌膜上,AP ↓(前膜去极化) 前膜Ca2+通道 ↓ (Ca2+入前膜) ACh释放 ↓ (量子性释放) ACh扩散至endplate,↓,AP,,,注意： ★1、量子释放quantal release：以小泡为单位的倾囊释放。

★2、终板电位 endplate potential, EPP 1）定义 : 终板膜上产生的局部去极化电位可随ACh释放增加而产生等级性变化 2）不表现“全或无”传导，只能在局部进行紧张性电扩布 3）一次神经冲动释放ACh所引起的EPP大小超过引起肌细胞AP所需阈值3~4倍,可刺激周围具有电压门控Na+通道的肌膜产生AP，使神经冲动与肌细胞收缩保持1对1★ 3、ACh的分解： ACh在刺激终板膜产生终板电位的同时，可以被终板膜表面的胆碱酯酶分解（迅速） ACh─→胆碱＋乙酸 ★ 4、 N2 -ACh-R : N2 型乙酰胆碱受体 1）筒箭毒、α-银环蛇毒和非去极化型肌松剂卡肌宁能特异性阻断N2型 ACh受体通道; 2）有机磷农药、新斯的明可抑制胆碱酯酶活性，产生肌肉痉挛及其他副交感神经兴奋 症状★ 5、传递特点： 1）单向传递：N→M，1对1 2）时间延搁：0.5～1.0ms 3）易受药物、环境和病理变化影响,(二)骨骼肌的收缩过 程—肌丝滑行理论 myofilament sliding theory,1.骨骼肌细胞的结构： 1)肌原纤维myofibril 肌节 sarcomere： 每两个相邻 Z 线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的基本单位。

长2.0~2.2μm,变动在1.5~3.5μm,肌束,①,②,肌原纤维,③,纵,横,,,暗带（A带）：长度较固定（1.5或1.6mm）；中央有相对透明H带(Hensen带)，H带中央有横向的暗线，称M线 明带（I带）：长度可变，收缩时可见I带缩短；明带中央也有一横向的暗线称Z线2)肌管系统 sarcotubular system： 横管 transverse tubule （T管） 纵管 longitudinal tubule（肌质网） 纵行肌质网 LSR 连接肌质网 JSR——终池 ★三联管triad： 骨骼肌的T管与其两侧的终池,,2.肌原纤维及其肌丝的分子组成,1）粗肌丝thick filament 肌球蛋白(肌凝蛋白,myosin),属收缩蛋白 杆状部—朝向M线成主干 头部—横桥cross-bridge : 可与肌动蛋白可逆性结合, 具有ATP酶活性 2）细肌丝thin filament (构成主干) 肌动蛋白(肌纤蛋白,actin):属收缩蛋白 肌钙蛋白(troponin):属调节蛋白 原肌球蛋白(原肌凝蛋白,tropomyosin):属 调节蛋白,,-,肌球蛋白,原肌球蛋白,肌动蛋白,有位阻效应,,原肌球蛋白,肌球蛋白,肌动蛋白,粗肌丝分子组成,肌钙蛋白,根据骨骼肌的微细结构的形态特点以及它们在肌肉收缩时的改变，Huxley 等在50年代初就提出了用肌小节中粗、细肌丝的相互滑行来说明肌肉收缩的机制，被称为滑行理论。

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963 Andrew Fielding Huxley London University London, Great Britain,肌丝的滑行,3.肌肉的收缩过程： ①肌肉舒张状态时,横桥结合的ATP分解(ADP和Pi仍留在头部)→蓄积能量而处于高势能状态 ②当终末池释放Ca2+ →肌浆内Ca2+↑与肌钙蛋白结合→原肌球蛋白构型改变→解除位阻效应→横桥与肌动蛋白结合→横桥向M线方向摆动→拖动细肌丝滑行→肌小节变短→肌肉收缩肌球蛋白,原肌球蛋白,-,-,,,③在横桥变构与摆动同时,ADP及Pi与横桥 分离→横桥再结合ATP→横桥与肌动蛋白 亲合力↓→并与肌动蛋白解离解离后的 横桥随即将ATP分解,进入下一横桥周期 ④如胞浆内Ca2+↓→Ca2+与肌钙蛋白解 离→原肌球蛋白构型复原→位阻效应恢 复→横桥不能与肌动蛋白结合→细肌丝 回位→肌肉舒张 ⑤胞浆中升高的Ca2+,由肌质网膜上的Ca2+泵泵回肌质网(包括终池),★横桥周期 cross-bridge cyclin 指横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过程。

周期的长短决定肌肉的缩短速度肌肉的缩短速度 肌肉产生的张力 肌肉缩短的程度,参与摆动的横桥数目、循环进行的速率可影响：,,(三) 兴奋－收缩耦联 excitation-contraction coupling 1.定义:把以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝的滑行为基础的机械收缩过程联系起来的中介过程 2.中介过程三步骤： ①肌膜上AP沿肌膜和T管传向肌细胞深处； ②三联管结构处的信息传递； ③肌质网对Ca2+的贮存、释放和再聚积肌浆中[Ca2＋]升高机制：,AP,T管膜L型Ca2＋ 通道激活,终池Ca2＋释放入 胞浆,胞浆Ca2＋ ↑,与肌钙蛋白结合, 触发肌肉收缩,激活终池膜ryanodine受体,L型Ca2＋通道变构(骨骼肌) Ca2＋经该通道内流(心肌),沿肌膜传到T管膜,又称双氢吡啶受体(DHPR),,该过程称钙触发钙释放,,,,RYR,一种对生物碱ryanodine有亲和力的Ca2＋释放通道,,,,,,,,,骨骼肌肌质网Ca2+释放机制 (构象变化触发钙释放),(终池膜上),JSR(纵行肌质网)膜上有钙释放通道（ryanodine受体，RYR）,骨骼肌肌质网Ca2+释放机制 (构象变化触发钙释放),(终池膜),心肌肌质网Ca2+释放机制 (钙触发钙释放),(终池膜上),纵管（肌质网,SR) 在肌原纤维周围的SR也称为纵行肌质网（L SR ）,心肌肌质网Ca2+释放机制 (钙触发钙释放),肌膜AP,L型Ca2＋ 通道激活,Ca2＋释放入胞浆,↓,↓,→,→,兴奋,收缩,耦联,肌浆中[Ca2＋]降低机制： 胞浆中Ca2+ 浓度升高激活肌质网 上的Ca2+泵将胞浆中Ca2+泵回肌 质网胞浆中Ca2+ 浓度下降肌肉 舒张。

3.兴奋-收缩耦联的物质和结构基础: 耦联的关键物质——Ca2+ 耦联的关键结构——三联管,二、影响横纹肌收缩效能的因素 （骨骼肌收缩的外部表现和力学分析）,肌束,肌原纤维,肌肉收缩效能 performance of contraction,产生张力force,缩短程度shortening,缩短的速度velocity,W=F·S,P=F·V,,,作功,输出功率,等张收缩 isotonic contraction： 肌肉收缩时,张力不变,而长度缩短(缩短速度≠0)如与关节屈曲有关的肌肉的收缩等长收缩 isometric contraction： 肌肉收缩时,长度不变(缩短速 度=0),而张力增加维持姿势的抗 重力肌,如颈后部肌的收缩如体操中的“十字支撑” “直角支撑” 武术中的站桩,1.前负荷 preload 定义：肌肉收缩前遇到的负荷 初长度：前负荷使肌肉在收缩前就处于某种拉长状态，使之具有一定的长度，即肌肉的初长度 initial length 前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示负荷实验的装置布置,调节钮,,,,,同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化,骨骼肌的长度—张力关系曲线,(前负荷),长度－张力曲线,从长度—张力曲线可看出： ①肌肉收缩存在一个最适初长 度(即最适前负荷)，此状态 下，肌肉收缩产生的主动张 力最大。

②大于或小于最适初长度，肌 肉收缩产生的张力均会下降最适初长度optimal initial length,(收缩可以产生最大张力的初长度),,肌小节长度为2.2μm,③曲线上述两特点与肌节长度即 粗细肌丝的重叠程度变化有关,安静时肌节长度为2.0 ~ 2.2μm,肌节长度—张力关系曲线,前负荷 ↓ 初长度 ↓ 肌小节长度 ↓ 粗细肌丝的 重叠程度 ↓ 发挥作用的 横桥的数目 ↓ 产生张力的大小,最适前负荷 ↓ 最适初长度 ↓ 肌小节2.2μm ↓ 粗细肌丝处于 最佳重叠程度 ↓ 发挥作用的 横桥的数目最多 ↓ 产生张力的最大,小 结,2. 后负荷 afterload 定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，是收缩的阻力 研究方法：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系肌肉在有后负荷下收缩(下图)时: ①总是张力产生在前，缩短产生 在后； ②后负荷愈大→产生的张力愈大, 但缩短开始的时间愈晚，缩短 的初速度和缩短的总长度也愈 小图A:不同后负荷对肌肉单收缩 所产生的张力和缩短程度的影响,3,5,9,从张力—速度曲线(下图)可看出： ①随着后负荷增加→收缩张力增加,而缩短 速度减小。

②当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速 度=0), 可产生最大的张力(P0), 此种收缩 为等长收缩;当张力 P0时, 肌肉收缩既产 生张力, 又出现缩短且每次收缩开始后,张 力即不再增加,直至收缩完成(等张收缩) ③当后负荷=0时，肌肉缩短可达最大缩短 速度(Vmax)图B:张力－速度曲线,产生最大张力而不出现缩短 W=0,后负荷为零时，产生最大缩短速度 W=0,P0——,Vmax——,曲线最弯处—— W最大,既产生张力，又 出现缩短，且每一收缩开始后，张力不再增加，故为等张收缩,,等长收缩,,,*肌肉收缩的缩短速度:取决于横桥周期的长短； *肌肉收缩的收缩张力：取决于每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥的数目 轻负荷:横桥摆动及其与肌动蛋白解离速度 快(缩短速度快);处于张力状态的横 桥数目少(收缩张力小) 重负荷:横桥摆动速度慢,横桥周期延长(缩 短速度慢);较多横桥处于张力状态 (收缩张力增加),负荷对横桥周期的影响,3.肌肉的收缩能力contractility,定义:是指与负荷无关,但可影响肌肉收缩效能的肌肉的内在特性和功能状态影响因素: (1)兴奋-收缩耦联过程,特别是[Ca2＋]; (2)肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变, 特别是ATP酶活性； (3)神经、体液、药物及病理因素。

兴奋收缩耦联过程 蛋白质或横桥功能特性,缺氧 酸中毒。