第四节肌细胞的收缩功能Contractionofmusclecell课件.ppt

1、第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能Contraction of muscle cell AP在运动神经纤维上的传导在运动神经纤维上的传导N-M接头处兴奋的传递接头处兴奋的传递 AP在骨骼肌在骨骼肌cell上的传导（局部电流）上的传导（局部电流）骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的肌丝滑行收缩骨骼肌的肌丝滑行收缩1.1.神经肌接头神经肌接头(neuromuscular junction)的结构：的结构：接头前膜接头前膜prejunctional membrane:突触囊泡突触囊泡synaptic vesicle,内含内含ACh;电压门控电压门控Ca2+通道；通道；接头间隙

2、接头间隙junctional cleft:5050nm宽，与细胞外液相通宽，与细胞外液相通;接头后膜接头后膜postjunctional membrane:又称又称 终板膜终板膜endplate membrane，是，是肌膜特化肌膜特化 部分部分,上有上有N2型型ACh受体受体;AChE;神神经经肌肌接接头头结结构构(接头前神经末梢接头前神经末梢)(接头间隙接头间隙)(接头后膜接头后膜,终板膜终板膜)2、传递过程及、传递过程及EPP产生：产生：与与R结合结合,K+、Na+通道通道 (化学门控化学门控)Endplate potential （电紧张扩布电紧张扩布）电压门控电压门控Na+通道激活通

3、道激活 肌膜上肌膜上AP (前膜去极化前膜去极化)前膜前膜Ca2+通道通道 (Ca2+入前膜入前膜)ACh释放释放 (量子性释放量子性释放)ACh扩散至扩散至endplateAP注意注意：1、量子释放量子释放quantal release：以小泡为：以小泡为单位的倾囊释放。单位的倾囊释放。2、终板电位终板电位 endplate potential,EPP 1）定义定义:终板膜终板膜上产生的局部去极化电位上产生的局部去极化电位。可随。可随ACh释放增加而产生等级性变化。释放增加而产生等级性变化。2）不表现不表现“全或无全或无”传导，只能在局部传导，只能在局部进行紧张性电扩布。进行紧张性电扩布。3

4、）一次神经冲动释放一次神经冲动释放ACh所引起的所引起的EPP大大小超过引起肌细胞小超过引起肌细胞AP所需阈值所需阈值34倍倍,可刺激可刺激周围具有周围具有电压门控电压门控Na+通道的通道的肌膜肌膜产生产生AP，使神经冲动与肌细胞收缩保持使神经冲动与肌细胞收缩保持1对对1。3、ACh的分解的分解：ACh在刺激终板膜产生终板电位的同时，在刺激终板膜产生终板电位的同时，可以被终板膜表面的可以被终板膜表面的胆碱酯酶胆碱酯酶分解（迅速）分解（迅速）ACh胆碱乙酸胆碱乙酸 4、N2-ACh-R:N2 型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体 1）筒箭毒、筒箭毒、-银环蛇毒和非去极化型肌松剂银环蛇毒和非去极化型肌松剂

5、卡肌宁卡肌宁能特异性能特异性阻断阻断N2型型 ACh受体通道受体通道;2）有机磷农药、新斯的明可有机磷农药、新斯的明可抑制抑制胆碱酯酶活胆碱酯酶活性，产生肌肉痉挛及其他副交感神经兴奋性，产生肌肉痉挛及其他副交感神经兴奋症状。症状。5、传递特点传递特点：1）单向传递：单向传递：NM，1对对1 2）时间延搁：时间延搁：0.51.0ms 3）易受药物、环境和病理变化影响易受药物、环境和病理变化影响(二二)骨骼肌的收缩过骨骼肌的收缩过 程程肌丝滑行理论肌丝滑行理论 myofilament sliding theory1.骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞的结构：1)肌原纤维肌原纤维myofibril 肌节肌节

6、 sarcomere：每两个相邻每两个相邻 Z 线之线之间的区域间的区域，是肌肉收缩是肌肉收缩和舒张的基本单位。和舒张的基本单位。纵纵横横2)肌管系统肌管系统 sarcotubular system：横管横管 transverse tubule（T管管）纵管纵管 longitudinal tubule（肌质网肌质网）纵行肌质网纵行肌质网 LSR 连接肌质网连接肌质网 JSR终池终池三联管三联管triad：骨骼肌的骨骼肌的T管与其两侧的终池管与其两侧的终池1 1）粗肌丝粗肌丝thick filament 肌球蛋白肌球蛋白(肌凝蛋白肌凝蛋白,myosin),属属收缩蛋白收缩蛋白 杆状部杆状部朝向朝

7、向M线成主干线成主干 头部头部横桥横桥cross-bridge:可与肌动蛋白可逆性结合可与肌动蛋白可逆性结合,具有具有ATP酶活性酶活性2 2）细肌丝细肌丝thin filament (构成主干构成主干)肌动蛋白肌动蛋白(肌纤蛋白肌纤蛋白,actin):属属收缩蛋白收缩蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白(troponin):属属调节蛋白调节蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白(原肌凝蛋白原肌凝蛋白,tropomyosin):属属 调节蛋白调节蛋白-肌球蛋白肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白肌动蛋白粗肌丝分子组成粗肌丝分子组成肌钙蛋白肌钙蛋白3.肌肉的收缩过程肌肉

8、的收缩过程：肌球蛋白肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌动蛋白肌动蛋白-横桥周期横桥周期 cross-bridge cyclin 指指横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结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。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的缩短速度肌肉产生的张力肌肉产生的张力肌肉缩短的程度肌肉缩短的程度 参与摆动的横桥数目、循环进行参与摆动的横桥数目、循环进行的速率可影响：的速率可影响：(三三)兴奋收缩耦联兴奋收缩耦联 excitation-contraction coupling1.定义定义:把以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过把以肌

9、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。起来的中介过程。2.中介过程三步骤中介过程三步骤：肌膜上肌膜上AP沿肌膜和沿肌膜和T管传向肌细胞深处管传向肌细胞深处；三联管结构处的信息传递三联管结构处的信息传递；肌质网对肌质网对Ca2+的贮存、释放和再聚积的贮存、释放和再聚积。肌浆中肌浆中Ca2升高机制：升高机制：APT管膜管膜L型型Ca2通道激活通道激活终池终池Ca2释放入释放入胞浆胞浆,胞浆胞浆Ca2 与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合,触发肌肉收缩触发肌肉收缩激活终池膜激活终池膜ryanodineryanodine受体

10、受体L型型Ca2通道变构通道变构(骨骼肌骨骼肌)Ca2经该通道内流经该通道内流(心肌心肌)沿肌膜传到沿肌膜传到T管膜管膜 又称双氢吡啶受体又称双氢吡啶受体(DHPR)(DHPR)该过程称钙触发钙释放该过程称钙触发钙释放RYR,一种对生物碱一种对生物碱ryanodineryanodine有亲和力的有亲和力的CaCa2 2释放通道释放通道(终池膜上终池膜上)(终池膜终池膜)(终池膜上终池膜上)肌膜肌膜APL型型Ca2通道激活通道激活Ca2释放释放入胞浆入胞浆兴奋兴奋收缩收缩耦联耦联 肌浆中肌浆中CaCa2 2 降低机制：降低机制：胞浆中胞浆中Ca2+浓度升高浓度升高激活激活肌质网肌质网 上的上的C

11、a2+泵泵将胞浆中将胞浆中Ca2+泵回肌泵回肌 质网质网胞浆中胞浆中Ca2+浓度下降浓度下降肌肉肌肉 舒张舒张。3.兴奋兴奋-收缩耦联的物质和结构基础收缩耦联的物质和结构基础:耦联的关键物质耦联的关键物质Ca2+耦联的关键结构耦联的关键结构三联管三联管肌肉收缩效能肌肉收缩效能 performance of contraction产生张力产生张力force缩短程度缩短程度shortening缩短的速度缩短的速度velocityW=FSP=FV作功作功输出功率输出功率等张收缩等张收缩 isotonic contraction：肌肉收缩时肌肉收缩时,张力不变张力不变,而长度而长度缩短缩短(缩短速度缩

12、短速度。如与关节屈曲如与关节屈曲有关的肌肉的收缩。有关的肌肉的收缩。等长收缩等长收缩 isometric contraction：肌肉收缩时肌肉收缩时,长度不变长度不变(,而张力而张力增加增加。维持姿势的抗维持姿势的抗 重力肌重力肌,如颈后部肌的收缩。如颈后部肌的收缩。负荷实验的装置布置负荷实验的装置布置调节钮调节钮同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化骨骼肌的长度骨骼肌的长度张力关系曲线张力关系曲线(前负荷前负荷)长度张力曲线长度张力曲线从长度从长度张力曲线可看出：张力曲线可看出：肌肉收缩存在一个肌肉收缩存在一个最适初长最适初长 度度(即即最适前负荷最适前负

13、荷)，此状态，此状态 下，肌肉收缩产生的主动下，肌肉收缩产生的主动张张 力最大力最大。大于或小于大于或小于最适初长度，肌最适初长度，肌 肉收缩产生的肉收缩产生的张力均会下降张力均会下降。最适初长度最适初长度optimal initial length(收缩可以产生最大张力的初长度收缩可以产生最大张力的初长度)肌小节长度为肌小节长度为2.2m曲线曲线上述两特点与上述两特点与肌节长度即肌节长度即 粗细肌丝的重叠程度粗细肌丝的重叠程度变化有关变化有关安静时肌节长度为安静时肌节长度为2.0 2.0 2.22.2m肌节长度肌节长度张力关系曲线张力关系曲线前负荷前负荷初长度初长度肌小节长度肌小节长度粗细肌

14、丝的粗细肌丝的重叠程度重叠程度发挥作用的发挥作用的横桥的数目横桥的数目产生张力的大小产生张力的大小最适前负荷最适前负荷最适初长度最适初长度肌小节肌小节2.2m粗细肌丝处于粗细肌丝处于最佳重叠程度最佳重叠程度发挥作用的发挥作用的横桥的数目最多横桥的数目最多产生张力的最大产生张力的最大小小结结2.后负荷后负荷 afterload 定义定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力荷或阻力。它不能改变肌肉初长，但能阻。它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，碍肌肉收缩时的短缩，。研究方法研究方法：把前负荷固定在最适前：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生负

15、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。张力的大小与速度的关系。图图A:不同后负荷对肌肉单收缩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所产生的张力和缩短程度的影响359从张力从张力速度曲线速度曲线(下图下图)可看出可看出：随着后负荷随着后负荷增加增加收缩张力收缩张力增加增加,而缩短而缩短 速度速度减小减小。当后负荷增加到肌肉不能缩短时当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速缩短速 度度=0=0可产生最大的张力可产生最大的张力(P0),此种收缩此种收缩 为为等长收缩等长收缩;当张力当张力 P P0 0时时,肌肉收缩既产肌肉收缩既产 生张力生张力,又出现缩短又出现缩短且且每次

16、收缩开始后每次收缩开始后,张张 力即不再增加力即不再增加,直至收缩完成直至收缩完成(等张收缩等张收缩)。当当后负荷后负荷=0=0时，肌肉缩短可达最大缩短时，肌肉缩短可达最大缩短 速度速度(Vmax)。图图B:张力速度曲线张力速度曲线产生最大张力产生最大张力而不出现缩短而不出现缩短 W=0后负荷为零时，后负荷为零时，产生最大缩短速产生最大缩短速度度 W=0P0Vmax曲线最弯处曲线最弯处 W最大最大既产生张力，又既产生张力，又出现缩短，且每出现缩短，且每一收缩开始后，一收缩开始后，张力不再增加，张力不再增加，故为等张收缩故为等张收缩等长收缩等长收缩负荷对横桥周期的影响负荷对横桥周期的影响3.肌肉

17、的收缩能力肌肉的收缩能力contractility 定义定义:是指与负荷无关是指与负荷无关,但可影响肌肉收但可影响肌肉收缩效能的肌肉的内在特性和缩效能的肌肉的内在特性和功能状态。功能状态。影响因素影响因素:(1)兴奋兴奋-收缩耦联过程收缩耦联过程,特别是特别是CaCa2 2;(2)(2)肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变,特别是特别是ATPATP酶活性；酶活性；(3)(3)神经、体液、药物及病理因素。神经、体液、药物及病理因素。兴奋收缩耦联过程兴奋收缩耦联过程蛋白质或横桥功能特性蛋白质或横桥功能特性缺氧缺氧酸中毒酸中毒能源缺乏能源缺乏Ca2咖啡因咖啡因肾上腺素肾上腺素

18、提高收缩效果提高收缩效果降低收缩效果降低收缩效果4.收缩的总和收缩的总和summation：肌肉收缩频率的总和肌肉收缩频率的总和 wave summation 运动单位数量总和运动单位数量总和 motor unit summation 骨骼肌一个重要的特性就是可以根据骨骼肌一个重要的特性就是可以根据环境变化要求来环境变化要求来调节肌肉收缩的强度调节肌肉收缩的强度。这个特性是通过收缩总和过程来实现的这个特性是通过收缩总和过程来实现的(注：注：肌肉收缩或肌肉收缩或AP频率与刺激频率有关频率与刺激频率有关)1)运动单位及其总和运动单位及其总和 motor unit:一个脊髓前角运动神经元及一个脊髓前

19、角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维。其轴突分支所支配的全部肌纤维。舒张时舒张时:最最大大运动单位先停止放电和收缩运动单位先停止放电和收缩,最最后才是后才是小小运动单位停止活动。运动单位停止活动。motor unit summation:大小原则大小原则 不同运动单位所包含的不同运动单位所包含的肌纤维数不肌纤维数不同同,可以从几根到上千根可以从几根到上千根收缩时收缩时:弱收缩时弱收缩时,小小运动单位先参与运动单位先参与,随着随着收缩的增强收缩的增强,会有多个和会有多个和大大的运动的运动单位参与。单位参与。单收缩单收缩 twitches:2)收缩收缩频率的总和频率的总和wave summa

20、tion 收缩收缩频率的总和频率的总和wave summation 不完全强直收缩不完全强直收缩 incomplete tetanus：连续刺激频率增加连续刺激频率增加后续刺激落在前次收缩后续刺激落在前次收缩的舒张期的舒张期发生的多次收缩的总和。发生的多次收缩的总和。(虽产生虽产生强直收缩强直收缩 tetanus：连续刺激频率再增加连续刺激频率再增加后续刺激落在前次收后续刺激落在前次收缩的收缩期缩的收缩期发生的多次收缩的总和。发生的多次收缩的总和。收缩收缩频率的总和频率的总和wave summation 强直收缩张力远大于单收缩的张力强直收缩张力远大于单收缩的张力原因原因：胞质内：胞质内Ca2

21、+浓度持续升高浓度持续升高1.1.解释名词解释名词 血细胞比容血细胞比容 红细胞沉降率红细胞沉降率 等渗溶液等渗溶液 红细胞渗透脆性红细胞渗透脆性 促红细胞生成素促红细胞生成素2.2.简述血液的组成、理化特性和功能。简述血液的组成、理化特性和功能。3.3.试述血浆渗透压的构成及其生理意义。试述血浆渗透压的构成及其生理意义。4.4.简述红细胞、白细胞的数量、生理特性和各简述红细胞、白细胞的数量、生理特性和各 类白细胞的生理功能。类白细胞的生理功能。5.5.试述血小板的数量、生理特性及其在生理止试述血小板的数量、生理特性及其在生理止 血中的作用。血中的作用。6.6.根据已有知识根据已有知识,试分析产生各类贫血的原因。试分析产生各类贫血的原因。