人體及動物生理學肌細胞收縮心肌平滑肌生理

人體及動物生理學肌細胞收縮心肌平滑肌生理第1頁/共72頁肌肉按功能特性分類骨骼肌心肌平滑肌橫紋肌與非橫紋肌隨意肌與非隨意肌第2頁/共72頁AP在運動神經纖維上的傳導N-M接頭處興奮的傳遞AP在骨骼肌cell上的傳導（局部電流）骨骼肌的興奮收縮耦聯(lián)骨骼肌的肌絲滑行收縮一、骨骼肌細胞的收縮

(contractionofskeletalmuscle

)第3頁/共72頁(一)神經—骨骼肌接頭處興奮的傳遞

neuromusculartransmission第4頁/共72頁1.神經肌接頭(neuromuscularjunction)的結構：

⑴接頭前膜prejunctionalmembrane:

①突觸囊泡synapticvesicle,內含ACh;

②電壓門控Ca2+通道；

⑵接頭間隙junctionalcleft:

50nm寬，與細胞外液相通;

⑶接頭后膜postjunctionalmembrane:又稱終板膜endplate

membrane，是肌膜特化部分,上有①N2型ACh受體;②AChE;第5頁/共72頁神經肌接頭結構第6頁/共72頁第7頁/共72頁(接頭前神經末梢)(接頭間隙)第8頁/共72頁(接頭后膜,

終板膜)第9頁/共72頁

2、傳遞過程及EPP產生：

與R結合,K+、Na+通道↓(化學門控)Endplatepotential↓（電緊張擴布）電壓門控Na+通道激活↓肌膜上AP↓(前膜去極化)前膜Ca2+通道↓(Ca2+入前膜)ACh釋放↓(量子性釋放)ACh擴散至endplate↓AP第10頁/共72頁注意：

★1、量子釋放quantalrelease：以小泡為單位的傾囊釋放。

★2、終板電位

endplatepotential,EPP

1）定義:終板膜上產生的局部去極化電位?？呻SACh釋放增加而產生等級性變化。

2）不表現(xiàn)“全或無”傳導，只能在局部進行緊張性電擴布。

3）一次神經沖動釋放ACh所引起的EPP大小超過引起肌細胞AP所需閾值3~4倍,可刺激周圍具有電壓門控Na+通道的肌膜產生AP，使神經沖動與肌細胞收縮保持1對1。第11頁/共72頁★3、ACh的分解：

ACh在刺激終板膜產生終板電位的同時，可以被終板膜表面的膽堿酯酶分解（迅速）

ACh─→膽堿＋乙酸

★4、N2-ACh-R:N2型乙酰膽堿受體

1）筒箭毒、α-銀環(huán)蛇毒和非去極化型肌松劑卡肌寧能特異性阻斷N2型ACh受體通道;

2）有機磷農藥、新斯的明可抑制膽堿酯酶活性，產生肌肉痙攣及其他副交感神經興奮

癥狀。第12頁/共72頁

★5、傳遞特點：

1）單向傳遞：N→M，1對1

2）時間延擱：0.5～1.0ms

3）易受藥物、環(huán)境和病理變化影響第13頁/共72頁(二)骨骼肌的收縮過程—肌絲滑行理論

myofilamentslidingtheory1.骨骼肌細胞的結構：

1)肌原纖維myofibril

肌節(jié)

sarcomere：每兩個相鄰Z線之間的區(qū)域，是肌肉收縮和舒張的基本單位。

長2.0~2.2μm,變動在1.5~3.5μm肌束①②肌原纖維③第14頁/共72頁縱橫暗帶（A帶）：長度較固定（1.5或1.6mm）；中央有相對透明H帶(Hensen帶)，H帶中央有橫向的暗線，稱M線。明帶（I帶）：長度可變，收縮時可見I帶縮短；明帶中央也有一橫向的暗線稱Z線。第15頁/共72頁2)肌管系統(tǒng)

sarcotubularsystem：

橫管transversetubule

（T管）

縱管longitudinaltubule（肌質網）

縱行肌質網LSR

連接肌質網JSR——終池

★三聯(lián)管triad：

骨骼肌的T管與其兩側的終池第16頁/共72頁2.肌原纖維及其肌絲的分子組成1）粗肌絲thickfilament

肌球蛋白(肌凝蛋白,myosin),屬收縮蛋白桿狀部—朝向M線成主干

頭部—橫橋cross-bridge

:

可與肌動蛋白可逆性結合,具有ATP酶活性2）細肌絲thinfilament

(構成主干)

肌動蛋白(肌纖蛋白,actin):屬收縮蛋白

肌鈣蛋白(troponin):屬調節(jié)蛋白原肌球蛋白(原肌凝蛋白,tropomyosin):屬

調節(jié)蛋白第17頁/共72頁-肌球蛋白原肌球蛋白肌動蛋白有位阻效應原肌球蛋白肌球蛋白肌動蛋白粗肌絲分子組成肌鈣蛋白第18頁/共72頁根據骨骼肌的微細結構的形態(tài)特點以及它們在肌肉收縮時的改變，Huxley等在50年代初就提出了用肌小節(jié)中粗、細肌絲的相互滑行來說明肌肉收縮的機制，被稱為滑行理論。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963AndrewFieldingHuxleyLondonUniversity

London,GreatBritain肌絲的滑行第19頁/共72頁3.肌肉的收縮過程：①肌肉舒張狀態(tài)時,橫橋結合的ATP分解(ADP和Pi仍留在頭部)→蓄積能量而處于高勢能狀態(tài)。②當終末池釋放Ca2+→肌漿內Ca2+↑與肌鈣蛋白結合→原肌球蛋白構型改變→解除位阻效應→橫橋與肌動蛋白結合→橫橋向M線方向擺動→拖動細肌絲滑行→肌小節(jié)變短→肌肉收縮。肌球蛋白原肌球蛋白--第20頁/共72頁③在橫橋變構與擺動同時,ADP及Pi與橫橋

分離→橫橋再結合ATP→橫橋與肌動蛋白

親合力↓→并與肌動蛋白解離。解離后的

橫橋隨即將ATP分解,進入下一橫橋周期。

④如胞漿內Ca2+↓→Ca2+與肌鈣蛋白解

離→原肌球蛋白構型復原→位阻效應恢

復→橫橋不能與肌動蛋白結合→細肌絲

回位→肌肉舒張。

⑤胞漿中升高的Ca2+,由肌質網膜上的Ca2+泵泵回肌質網(包括終池)第21頁/共72頁★橫橋周期

cross-bridgecyclin

指橫橋與肌動蛋白結合、擺動、復位與再結合的過程。周期的長短決定肌肉的縮短速度。

肌肉的縮短速度肌肉產生的張力肌肉縮短的程度

參與擺動的橫橋數(shù)目、循環(huán)進行的速率可影響：第22頁/共72頁(三)興奮－收縮耦聯(lián)

excitation-contractioncoupling

1.定義:把以肌細胞膜的電變化為特征的興奮過程和以肌絲的滑行為基礎的機械收縮過程聯(lián)系起來的中介過程。

2.中介過程三步驟：

①肌膜上AP沿肌膜和T管傳向肌細胞深處；

②三聯(lián)管結構處的信息傳遞；

③肌質網對Ca2+的貯存、釋放和再聚積。第23頁/共72頁肌漿中[Ca2＋]升高機制：APT管膜L型Ca2＋通道激活終池Ca2＋釋放入胞漿,胞漿Ca2＋↑與肌鈣蛋白結合,觸發(fā)肌肉收縮激活終池膜ryanodine受體L型Ca2＋通道變構(骨骼肌)Ca2＋經該通道內流(心肌)沿肌膜傳到T管膜又稱雙氫吡啶受體(DHPR)該過程稱鈣觸發(fā)鈣釋放RYR,一種對生物堿ryanodine有親和力的Ca2＋釋放通道第24頁/共72頁骨骼肌肌質網Ca2+釋放機制

(構象變化觸發(fā)鈣釋放)(終池膜上)JSR(縱行肌質網)膜上有鈣釋放通道（ryanodine受體，RYR）第25頁/共72頁骨骼肌肌質網Ca2+釋放機制

(構象變化觸發(fā)鈣釋放)(終池膜)第26頁/共72頁心肌肌質網Ca2+釋放機制

(鈣觸發(fā)鈣釋放)(終池膜上)縱管（肌質網,SR)在肌原纖維周圍的SR也稱為縱行肌質網（LSR）第27頁/共72頁心肌肌質網Ca2+釋放機制

(鈣觸發(fā)鈣釋放)第28頁/共72頁肌膜APL型Ca2＋通道激活Ca2＋釋放入胞漿↓↓→→興奮收縮耦聯(lián)第29頁/共72頁

肌漿中[Ca2＋]降低機制：

胞漿中Ca2+

濃度升高激活肌質網

上的Ca2+泵將胞漿中Ca2+泵回肌

質網胞漿中Ca2+

濃度下降肌肉

舒張。

3.興奮-收縮耦聯(lián)的物質和結構基礎:

耦聯(lián)的關鍵物質——Ca2+

耦聯(lián)的關鍵結構——三聯(lián)管第30頁/共72頁二、影響橫紋肌收縮效能的因素（骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)和力學分析）肌束肌原纖維第31頁/共72頁肌肉收縮效能

performanceofcontraction產生張力force縮短程度shortening縮短的速度velocityW=F·SP=F·V作功輸出功率第32頁/共72頁等張收縮

isotoniccontraction：

肌肉收縮時,張力不變,而長度縮短(縮短速度≠0)。如與關節(jié)屈曲有關的肌肉的收縮。

等長收縮

isometriccontraction：肌肉收縮時,長度不變(縮短速

度=0),而張力增加。維持姿勢的抗重力肌,如頸后部肌的收縮。如體操中的“十字支撐”“直角支撐”武術中的站樁

第33頁/共72頁1.前負荷preload

定義：肌肉收縮前遇到的負荷

初長度：前負荷使肌肉在收縮前就處于某種拉長狀態(tài)，使之具有一定的長度，即肌肉的初長度initiallength

前負荷的大小決定了初長度，因而前負荷可用初長度表示。第34頁/共72頁負荷實驗的裝置布置調節(jié)鈕第35頁/共72頁同一肌肉不同初長度時，產生張力的變化骨骼肌的長度—張力關系曲線(前負荷)第36頁/共72頁長度－張力曲線第37頁/共72頁從長度—張力曲線可看出：

①肌肉收縮存在一個最適初長度(即最適前負荷)，此狀態(tài)下，肌肉收縮產生的主動張力最大。②大于或小于最適初長度，肌肉收縮產生的張力均會下降。第38頁/共72頁最適初長度optimalinitiallength(收縮可以產生最大張力的初長度)肌小節(jié)長度為2.2μm第39頁/共72頁③曲線上述兩特點與肌節(jié)長度即

粗細肌絲的重疊程度變化有關第40頁/共72頁安靜時肌節(jié)長度為2.0~2.2μm肌節(jié)長度—張力關系曲線第41頁/共72頁前負荷↓初長度↓肌小節(jié)長度↓粗細肌絲的重疊程度↓發(fā)揮作用的橫橋的數(shù)目↓產生張力的大小最適前負荷↓最適初長度↓肌小節(jié)2.2μm↓粗細肌絲處于最佳重疊程度↓發(fā)揮作用的橫橋的數(shù)目最多↓產生張力的最大小結第42頁/共72頁2.后負荷afterload

定義：是肌肉開始收縮時才遇到的負荷或阻力。它不能改變肌肉初長，但能阻礙肌肉收縮時的短縮，是收縮的阻力。

研究方法：把前負荷固定在最適前負荷，逐次改變后負荷，研究肌肉產生張力的大小與速度的關系。第43頁/共72頁肌肉在有后負荷下收縮(下圖)時:

①總是張力產生在前，縮短產生

在后；

②后負荷愈大→產生的張力愈大,

但縮短開始的時間愈晚，縮短

的初速度和縮短的總長度也愈

小。第44頁/共72頁圖A:不同后負荷對肌肉單收縮所產生的張力和縮短程度的影響359第45頁/共72頁從張力—速度曲線(下圖)可看出：

①隨著后負荷增加→收縮張力增加,而縮短速度減小。

②當后負荷增加到肌肉不能縮短時(縮短速度=0),可產生最大的張力(P0),此種收縮為等長收縮;當張力<P0時,肌肉收縮既產生張力,又出現(xiàn)縮短且每次收縮開始后,張力即不再增加,直至收縮完成(等張收縮)。

③當后負荷=0時，肌肉縮短可達最大縮短速度(Vmax)。第46頁/共72頁圖B:張力－速度曲線產生最大張力而不出現(xiàn)縮短W=0后負荷為零時，產生最大縮短速度W=0P0——Vmax——曲線最彎處——

W最大既產生張力，又出現(xiàn)縮短，且每一收縮開始后，張力不再增加，故為等張收縮等長收縮第47頁/共72頁*肌肉收縮的縮短速度:取決于橫橋周期的長短；

*肌肉收縮的收縮張力：取決于每一瞬間與肌動蛋白結合的橫橋的數(shù)目。

輕負荷:橫橋擺動及其與肌動蛋白解離速度

快(縮短速度快);處于張力狀態(tài)的橫

橋數(shù)目少(收縮張力小)

重負荷:橫橋擺動速度慢,橫橋周期延長(縮

短速度慢);較多橫橋處于張力狀態(tài)

(收縮張力增加)第48頁/共72頁負荷對橫橋周期的影響第49頁/共72頁3.肌肉的收縮能力contractility

定義:是指與負荷無關,但可影響肌肉收縮效能的肌肉的內在特性和功能狀態(tài)。影響因素:(1)興奮-收縮耦聯(lián)過程,特別是[Ca2＋];(2)肌肉蛋白質或橫橋功能特性的改變,

特別是ATP酶活性；(3)神經、體液、藥物及病理因素。第50頁/共72頁興奮收縮耦聯(lián)過程蛋白質或橫橋功能特性缺氧酸中毒能源缺乏Ca2＋咖啡因腎上腺素提高收縮效果降低收縮效果第51頁/共72頁H+、K、ACh

心肌收縮力↓曲線左下移位Ca2+、NE、E、洋地黃類藥物心肌收縮能力↑曲線右上移位第52頁/共72頁4.收縮的總和summation

：肌肉收縮頻率的總和wavesummation運動單位數(shù)量總和motorunitsummation

骨骼肌一個重要的特性就是可以根據環(huán)境變化要求來調節(jié)肌肉收縮的強度。這個特性是通過收縮總和過程來實現(xiàn)的(注：肌肉收縮或AP頻率與刺激頻率有關)第53頁/共72頁1)運動單位及其總和

①

motorunit:一個脊髓前角運動神經元及其軸突分支所支配的全部肌纖維。第54頁/共72頁舒張時:最大運動單位先停止放電和收縮,最后才是小運動單位停止活動。②motorunitsummation:大小原則

不同運動單位所包含的肌纖維數(shù)不同,可以從幾根到上千根收縮時:弱收縮時,小運動單位先參與,隨著收縮的增強,會有多個和大的運動單位參與。第55頁/共72頁①單收縮

twitches:A.受單一刺激→一個AP→一次肌肉收縮;

B.連續(xù)刺激的頻率低(間隔>單收縮的時程)→多個分離AP→連續(xù)分離單收縮2)收縮頻率的總和wavesummation

第56頁/共72頁收縮頻率的總和wavesummation②不完全強直收縮

incompletetetanus：連續(xù)刺激頻率增加→后續(xù)刺激落在前次收縮的舒張期→發(fā)生的多次收縮的總和。(雖產生多個AP,但AP時程僅1~2ms,相當于不應期,而收縮時程比其長得多,故收縮波融合,AP則否)第57頁/共72頁③強直收縮

tetanus：連續(xù)刺激頻率再增加→后續(xù)刺激落在前次收縮的收縮期→發(fā)生的多次收縮的總和。收縮頻率的總和wavesummation第58頁/共72頁強直收縮張力遠大于單收縮的張力原因：胞質內Ca2+濃度持續(xù)升高第59頁/共72頁第60頁/共72頁第二節(jié)平滑肌生理一、平滑肌的結構平滑肌(smoothmuscle，plainmuscle)即無紋肌（non-striatedmuscle）的通稱。被視為較橫紋肌原始的一種肌肉。平滑肌纖維呈長梭形，無橫紋。平滑肌受自主神經支配，為不隨意肌。該肌收縮緩慢、持久。細胞核一個，呈長橢圓形或桿狀，位于中央，收縮時核可扭曲呈螺旋形，核兩端的肌漿較豐富。平滑肌纖維大小不一，一般長200μm，直徑8μm；小血管壁平滑肌短至20μm，而妊娠子宮平滑肌可長達500μm。平滑肌主要分布于血管、氣管、胃、腸等壁內。平滑肌纖維可單獨存在，絕大部分是成束或成層分布的。第61頁/共72頁平滑肌雖然也具有同骨骼肌類似的肌絲結構，但由于它們不存在像骨骼肌那樣平行而有序的排列（平滑肌的肌絲有它自己的“有序的”排列），它的特點是細胞內部存在一個細胞骨架，包含一些卵圓形的稱為致密體的結構，它們也間隔地出現(xiàn)于細胞膜的內側，稱為致密區(qū)，并且后者與相鄰細胞的類似結構相對，而且兩層細胞膜也在此處連結甚緊，因而共同組成了一種機械性耦聯(lián)，藉以完成細胞間張力的傳遞；細胞間也存在別的連接形式，如縫隙連接，它們可以實現(xiàn)細胞間的電耦聯(lián)和化學耦聯(lián)。第62頁/共72頁平滑肌細胞中的細肌絲有同骨骼肌類似的分子結構，但不含肌鈣蛋白；同一體積的平滑肌所含肌纖蛋白的量是骨骼肌的2倍，推測平滑肌肌漿中有大量細肌絲存在，它們的排列大致與細胞長軸平行。與此相反，胞漿中肌凝蛋白的量卻只有骨骼肌的1/4。估計連接在致密體上的3～5根細肌絲會被較少數(shù)目粗肌絲包繞，形成相互交錯式的排列，這可能就是類似于骨骼肌中肌小節(jié)的功能單位。

第63頁/共72頁一般可分為兩大類：一類稱為多單位（multi-unit）平滑肌，其中所含各平滑肌細胞在活動時各自獨立，類似骨骼肌細胞，如豎毛肌、虹膜肌、瞬膜肌（貓）、以及大血管平滑肌等，它們各細胞的活動受外來神經支配或受擴散到各細胞的激素的影響；另一類稱為單位（single-unit）平滑肌，類似心肌組織，其中各細胞通過細胞間的電耦聯(lián)而可以進行同步性活動，這類平滑肌大都具有自律性，在沒有外來神經支配時也可進行近于正常的收縮活動（由于起搏細胞的自律性和內在神經叢的作用），以胃腸、子宮、輸尿管平滑肌為代表。第64頁/共72頁二、平滑肌細胞的電活動1、靜息電位：靜息電位主要由K+的平衡電位形成，但Na+、Cl-、Ca2+以及生電性鈉泵活動也參與了靜息電位的形成。（-50~-60mv)2、消化道平滑肌細胞可自發(fā)產生節(jié)律性的去極化。研究表明：在安靜狀態(tài)下，用微電極可在胃腸道縱行肌細胞靜息電位基礎上記錄到一種緩慢的、大小不等的、節(jié)律性去極化波，由于其發(fā)生頻率較慢而被稱為慢波電位，又稱基本電節(jié)律(basicelectricalrhythum,BER)。膜自動除極化達到閾電位的膜電位變化稱起搏點電位（pacemakerpo