第二章-细胞的基本功能(骨骼肌)

2020/5/181第四节肌细胞的收缩功能一．神经肌肉接头传递二．骨骼肌微细结构三．骨骼肌收缩机制四．骨骼肌兴奋收缩偶联五．骨骼肌收缩外部表现2020/5/182一、骨骼肌Excitationandcontractionofskeletalofmuscle（一）兴奋在神经肌肉接头的传递1.N-M接头的结构Neuromuscularjunction接头前膜(presynapticmembrance)接头间隙(synapticmembranecleft)约50-60nm。接头后膜：终板膜(endplatemembrane)2020/5/1832微终板电位和终板电位ACH量子式释放(Quantarelease)自发释放(spontaneousrelease)诱发释放(evokedrelease)微终板电位(miniatureendplatepotential,MEPP)终板电位(endplatepotential,EPP)2020/5/184微终板电位Ach的一个量子一个囊泡所含的0.5-1万个Ach分子微终板电位静息状态下，每秒有一个Ach释放到间隙，由Ach的一个量子引起的终板膜电位的变化成为微终板电位2020/5/185神经冲动到达末梢，钙离子内流，诱发释放Ach，Ach在接头间隙扩散，并与终板膜上受体通道蛋白结合，终板膜离子通道开放（Na+内流，K+外流，Na+内流为主)，突触后膜去极化产生终板电位。终板电位1）产生过程动画：兴奋的传递2020/5/1862）终板电位-动作电位终板电位大于邻近肌膜的动作电位，它通过局部电流引起邻近肌膜爆发动作电位。3)特点：1、等级性，（不表现“全或无”）2、无不应期，有总和效应3、电紧张性扩布（2mm）4、持续1-2ms动画：兴奋的传递2020/5/1874）胆碱脂酶分解ACH成乙酸、胆碱。2020/5/188（动画）神经肌肉接头处的兴奋传递过程2020/5/189膜Ca2＋通道开放，膜外Ca2＋向膜内流动2020/5/1810接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放)2020/5/1811ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变2020/5/1812终板膜对Na＋、K＋(尤其是Na＋)通透性↑2020/5/18133.N-M接头处的兴奋传递特征:是电-化学-电的过程:无脱失接头前膜，传来一个AP，便能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因每次ACh释放的量，产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3-4倍）。神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩（因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶，能迅速水解ACh）。单向传递时间延隔易受环境变化影响2020/5/18144.影响N-M接头处兴奋传递的因素：（1）阻断ACh受体：箭毒和α银环蛇毒，肌松剂（驰肌碘）。（2）抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。（3）自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏Ach受体），肌无力综合征（抗体破坏N末梢Ca2+通道）。（4）接头前膜Ach释放↓：肉毒杆菌中毒。2020/5/1815（二）骨骼肌细胞的超微结构2020/5/1816肌束肌细胞(肌纤维)肌内膜肌束膜细胞核肌纤维2020/5/1817肌原纤维和肌管系统细胞核肌细胞膜肌浆网终末池T管三联体肌原纤维线粒体细胞液2020/5/1818暗带明带H带Z线M线Z线肌原纤维2020/5/1819是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。=1/2明带＋暗带＋1/2明带=2条Z线间的区域肌小节2020/5/1820横管系统(T)：纵管系统(L,sarcoplarsmic,SR)：三联管(triad)：T管+终池×2肌管系统Ryanodinereceptor,RYR2020/5/1821肌丝滑行理论(Myofilamentslidingtheory,Huxley)(三)骨骼肌收缩机制骨骼肌细胞的肌原纤维由粗细肌丝组成，肌肉收缩或伸长均通过粗细肌丝相互滑行而发生，无肌丝和其他蛋白质结构的缩短，只是细肌丝向暗带中央滑动，z线靠近，肌小节变短2020/5/1822①相邻Z线靠近,即肌节缩短；②暗带长度不变,即粗肌丝长度不变；③从Z线到H带边缘的距离不变,即细肌丝长度不变;④明带和H带变窄2020/5/1823由200-300个肌球或肌凝蛋白(myosin)分子组成150nm,杆状两个彭大“豆芽”尾部超M线平行排列头部膨大部分伸出——横桥:①能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合;②具有ATP酶的作用1肌丝的分子结构粗肌丝2020/5/1824肌凝蛋白头部尾部Cross-bridge300-400个2020/5/1825细肌丝thinfilament肌纤蛋白原肌凝蛋白肌钙蛋白actintropomyosintroponin2020/5/1826细肌丝肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点；肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。2020/5/18272.肌细胞收缩的过程电诱发Ca2+释放动作电位传播Ca2+通道开放L-Ca2+channelRyanodinereceptorIP3与RYR结合2020/5/1828Ca2+触发肌细胞收缩2020/5/1829终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆,与肌钙蛋白结合,肌钙蛋白的变构,原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点,横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量,横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌细胞收缩2020/5/1830Ca2+浓度降低横桥周期CRISS-bridgecycling2020/5/1831兴奋-收缩耦联后肌膜电位复极化终池膜对Ca2+通透性↓肌浆网膜Ca2+泵激活肌浆网膜[Ca2+]↓Ca2+与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点骨骼肌舒张2020/5/1832①肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生AP后,AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管，激活T管和肌膜L型钙通道。②激活JSR膜RYR，肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放，肌浆Ca2+浓度升高③Ca2+与肌钙蛋白结合，触发肌肉收④Ca2+浓度升高激活LSR钙泵，将Ca2+回收到肌质网（四）兴奋-收缩耦联肌膜动作电位以中介引起肌丝滑行过程（EXCITATION-CONTRACTIONCOUPLING）2020/5/1833Ca2+是兴奋-收缩耦联的耦联物20%的甘油浸泡2小时破坏肌管——兴奋-收缩脱耦联2020/5/1834运动神经冲动传至末梢↓N末梢对Ca2+通透性增加Ca2+内流入N末梢内↓接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂↓ACh释放入接头间隙↓ACh与终板膜受体结合↓受体构型改变↓终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓产生终板电位(EPP)↓EPP引起肌膜AP↓肌膜AP沿横管膜传至三联管↓终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆↓Ca2+与肌钙蛋白结合引起肌钙蛋白的构型改变↓原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点↓横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP↓横桥摆动↓牵拉细肌丝朝肌节中央滑行↓肌节缩短=肌细胞收缩小结：骨骼肌收缩全过程1.兴奋传递2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联2020/5/18352.横桥的循环摆动，细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行，滑行中由于肌肉的负荷而受阻，便产生张力。3.横桥的循环摆动在肌肉中是非同步地，从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。4.横桥循环摆动的参入数目及摆动速率，是决定肌肉缩短程度、速度和肌张力的关键因素。2020/5/1836（五）骨骼肌收缩力学及影响外部表现的因素1骨骼肌收缩的外部表现长度shortening张力force速度velocity等长收缩:(isometriccontraction)等张收缩:(isoteniccontraction)根据收缩时所以遇到负荷大小2020/5/1837单收缩(singletwiches)复合收缩(thesummationofmusclecontraction)刺激频率改变引起的收缩形势变化为什么骨骼肌能产生强直收缩？2020/5/1838①不完全强直收缩:②完全强直收缩:•不完全强直收缩和完全强直收缩比较•为什么出现强直收缩？频率效应的总和•为什么强直收缩比单收缩产生的张力大？2020/5/18392影响收缩因素-力学分析2.1前负荷对肌肉收缩的影响2020/5/1840前负荷最适前负荷或最适初长度（optimalinitiallength）→肌小节初长度→粗\细肌丝的重叠程度→激活横桥数目肌张力与横桥联接数目成正比长度-张力曲线将后负荷固定某一数值，改变初长度，将其等长收缩时产生的主动张力变化绘制曲线即2020/5/1841最适肌小节初长（2.0-2.2m）时，粗细肌丝重叠佳，肌缩速度、幅度和张力最大大于最适初长时，粗细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力↓；小于最适初长时，粗细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力虽然↑，但不如最适初长时。2020/5/18422.2后负荷：将前负荷固定在最适1.后负荷肌肉如何收缩？2.后负荷增加时对肌肉有何影响？3.后负荷增大肌肉张力达到P04.后负荷为0，Vmax5.后负荷对肌肉做功有何影响2020/5/1843根据同一肌肉在不同后负荷下产生的张力和收缩速度关系绘制图形2020/5/1844VMAX最大收缩速度(maximalshortening)收缩速度横桥周期ATP酶的活性后负荷后负荷过大，虽肌缩张力↑，但肌缩速度、幅度↓，不利作功；后负荷过小，虽肌缩速度、幅度↑，但肌缩张力↓，也不利作功。2020/5/18452.3.肌缩能力（contractility）：肌缩能力↑→肌缩速度、幅度和张力↑肌缩能力↓→肌缩速度、幅度和张力↓①决定肌缩效应的内在特性主要是：Ⅰ.活化横桥的数目胞浆内Ca2+的水平，及于肌钙蛋白的亲和力Ⅱ.肌球蛋白的ATP酶活性。②调节和影响肌缩效应内在特性的因素：2020/5/1846许多神经递质、体液物质、病理因素和药物。如：甲状腺素和体育锻炼能提高心肌肌球蛋白的ATP酶活性，增强心肌收缩力。老年人因心肌肌球蛋白分子结构的改变，ATP酶活性降低，心肌收缩力减弱。2020/5/1847复习思考题1.名词解释易化扩散主动转运继发性主动转运全或无现象阈电位极化去极化超极化终板电位受体兴奋一收缩耦联等长收缩后负荷长度一张力曲线张力一速度曲线2.试述细胞膜物质转运的形式及机制。3.试述钠泵及其生理意义。4.试述静息电位及其形成机制。5.试述动作电位及其形成机制。6.简述局部电位及其特点。7.试述阈刺激、阈电位、局部电位与动作电位的关系。2020/5/18488.试述组织细胞在兴奋过程中兴奋性的变化。9.兴奋在神经纤维上是如何传导的？10.简述神经．肌肉接头处的兴奋传递过程。11.细胞间兴奋传递的方式有几种？它们是怎样传递兴奋的？12.试过细胞膜蛋白在膜信号转导中的作用。13.试以滑行学说解释肌肉收缩的过程。14.试述肌肉收缩的外部表现形式及其形成因素。2020/5/184915在动物实验中，将四乙基铵注射入枪乌贼的巨大轴突中,再给予刺激，对所产生的动作电位曲线会有何影响？为什么？16使用河豚毒后对神经纤维的生物电有何影响？为什么？17在生理实验中，人工地轻度增加细胞外液K+浓度时，其静息电位和动作电位有何恐改变?为什么？2020/5/18501.姚泰主编.生理学（八年制及七年制卫生部规划教材）.北京:人民卫生出版社,20052.姚泰主编.生理学（（七年制国家十五规划教材）.上海:复旦大学出版社,20053.姚泰主编.生理学（五年制临床医学专业规划教材）.第7版.北京:人民卫生出版社,20084.左伋.细胞生理.见:姚泰主编.人体生理学.第3版,第1篇.pp.1-174,北京:人民卫生出版社,20015.AshcroftFM.IonChannelandDisease.1stedition,SanDiego:AcademicPress,20046.BerneRM,LevyMN.Phys