运动生理学---第一章_骨骼肌机能.ppt

第一章 骨骼肌机能,主要内容：,肌纤维的结构 骨骼肌细胞的生物电现象 肌肉的收缩过程 骨骼肌特性 骨骼肌收缩 肌纤维类型与运动能力 肌电图（EMG）的研究与应用,第一节 肌纤维的结构,骨骼肌显微图片,一、 肌纤维的结构,一、 肌纤维的结构 骨骼肌(skeletal muscle) 肌纤维(muscle fiber，直径10 - 100 mm) 肌原纤维(myofibril ，直径1 - 2 mm) 粗肌丝 细肌丝 (thick myofilament ，直径15 nm) (thin myofilament ，直径8 nm) 肌小节(sarcomere) ,肌小节,二、肌管系统,纵小管,横小管系统（transverse tabular system） 纵小管系统（longitudina Tubular system） 肌质网（sarcoplasmic retigulum） 三联管（triad） 终池（terminal cistern）,三、肌丝的分子组成,细肌丝：由双螺旋结构的纤维型肌动蛋白(F-actin)与原肌球蛋白(tropomyosin)以及肌钙蛋白(tropnin)复合体组成。 粗肌丝：由肌球蛋白分子(myosin) 的单体聚合而成；肌球蛋白分子又可分为头、颈和尾三个部分；其头部突出在外形成横桥，具有ATP 分解酶的活性，并能与肌动蛋白结合。,第二节 骨骼肌细胞的生物电现象,静息电位 动作电位 动作电位的传导 细胞间的兴奋传递,一、骨骼肌膜电位,膜电位（membrane potential）：在细胞膜的内外存在正负电荷的差别，从而形成跨膜电位差，称为膜电位。 静息电位 动作电位,（一）静息电位（resting potential）,概念：细胞处于安静状态时，细胞膜内外所存在的电位差称为静息电位，内负外正。,静息电位产生的机理-离子学说,条件 浓度差 K向膜外扩散的强大趋势 Na向膜内扩散的强大趋势 K通透性Na通透性 结果 只有K大量外流内负外正的极化状态 电位差逐渐阻止K外流电位差固定 静息电位本质是K平衡电位,（二）动作电位（action potential）,概念：可兴奋细胞兴奋时，细胞内产生的可扩布的电位变化称为动作电位。动作电位是一个连续的电位变化过程。,动作电位的变化过程,overshoot,Spike potential,静息相（resting phase） 去极相（depolarization phase） 复极相（repolarization phase）,After potential,动作电位的特点： “全或无”现象； 不衰减性传导； 脉冲式。,动作电位产生的原理-离子学说,动作电位产生原理总结,条件 刺激被刺激处膜的离子通透性突然变化 Na通透性 K通透性 膜外高Na、膜内低Na,结果 Na大量内流膜去极化 Na继续内流膜内正外负超射 膜内正电逐渐阻止Na内流Na达到平衡电位Na通透性、K通透性恢复 K外流恢复静息电位复极化 动作电位本质是Na平衡电位,动作电位产生原理总结,（三）动作电位的传导,（四）细胞间的兴奋传递,神经细胞之间的传递 神经细胞与肌肉细胞之间的传递 以第二种为例,神经-肌肉接头的结构兴奋传递,OOOO,Calcium ion,运动神经末梢去极化,神经膜通透性改变,Ca2进入末梢,突触小泡破裂,Ach释放,Ach扩散至终膜,R-Ach形成,终膜去极化,产生反极化,发放动作电位,兴奋收缩耦联,肌纤维收缩,第三节 肌纤维的收缩过程,兴奋-收缩耦联 肌丝滑动学说 肌纤维收缩的分子机制,兴奋-收缩耦联(excitation-contraction coupling),主要分三个步骤：,通常把以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的 中介过程称为兴奋-收缩耦联。兴奋-收缩耦联过程包括以下3个主要步骤： 1、兴奋（动作电位）通过横小管系统传导到肌细胞内部 2、三联管结构处的信息传递 横小管膜上的动作电位可引起与其邻近的终末池膜及肌质网膜上的大量Ca2+通道开放，Ca2+顺着浓度梯度从肌质网内流入胞浆，肌浆中Ca2+ 浓度生高后，Ca2+与肌钙蛋白亚单位C结合时，导致一系列蛋白质的构型发生改变，最终导致肌丝滑行。,主要分三个步骤：,3、肌质网对Ca2+ 再回收 肌质网膜上存在的Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶（钙泵），当肌浆中的Ca2+ 浓度升高时，钙泵将肌浆中的Ca2+逆浓度梯度转运到肌质网中贮存，从而使肌浆Ca2+浓度保持较低水平，由于肌浆中的Ca2+浓度降低，Ca2+ 与肌钙蛋白亚单位C分离，最终引起肌肉舒张。,肌丝滑动学说,Huxley, Andrew Fielding (1917-),Huxley等人发现，肌肉缩短时A带的长度不变，而I带和H区变窄。在肌肉被拉长时，A带的长度仍然不变，I带和H区变宽。同时发现，无论肌小节缩短或被拉长时，粗肌丝和细肌丝的长度都不变，但两种肌丝的重叠程度发生了变化。从而提出了肌丝滑动学说。 内容：肌肉的缩短是由于肌小节中细肌丝在粗肌丝上滑行造成的。,肌丝滑行的分子机制,Ca2与肌钙蛋白亚单位C结合,肌钙蛋白构型改变,原肌球蛋白滑向沟底,肌动蛋白位点暴露,横桥与肌动蛋白结合,横桥牵拉细肌丝向肌节中心滑动,结合下一个结合点,肌节缩短,肌肉收缩,新的收缩,肌肉收缩过程中横桥的变化,肌肉收缩详细过程,第四节 骨骼肌特性,骨骼肌的物理特性 骨骼肌的生理特性及其兴奋条件,物理特性,伸展性：骨骼肌在受到外力牵拉或负重时可被拉长 弹性：当外力或负重取消后，肌肉的长度又可恢复 粘滞性 温度粘滞性内阻 温度粘滞性内阻 运动前准备活动体温肌肉更容易收缩,生理特性及其兴奋条件,生理特性 具有兴奋性 兴奋条件 刺激强度 须达到阈刺激 阈刺激（threshold stimulus）：引起肌肉兴奋的最小刺激强度。阈值越低，组织兴奋性越高；反之，则低。 阈下刺激 阈上刺激,注意： 单个肌纤维：阈下刺激不收缩；阈刺激收缩；阈上刺激收缩不增大 整块肌肉：阈刺激兴奋性最高的肌纤维收缩；刺激增大兴奋的肌纤维增多肌肉收缩增大,刺激作用时间,刺激强度变化率,概念： 刺激电流由无到有或由小到大的变化速率。 引起组织兴奋，刺激必须具有足够的变化率； 刺激强度变化率越大所需刺激强度越小； 刺激强度变化率越小所需刺激强度越大；,第五节 骨骼肌收缩,骨骼肌的收缩形式； 骨骼肌收缩的力学表现； 运动单位的动员；,一、骨骼肌的收缩形式,根据肌肉收缩时的长度变化分为： 向心收缩 等长收缩 离心收缩 等动收缩,向心收缩（concentric contraction）,概念： 肌肉收缩时，长度缩短的收缩称为向心收缩。 肌肉张力的增加出现在前，收缩发生在后，肌肉张力在开始缩短后即不再增加，直到收缩结束，故又称为等张收缩（isotonic contraction）。能够克服阻力做机械功。 等张收缩是相对的，在不同的角度，张力不同。,角度的差异 导致张力的 改变,等长收缩（isometric contraction）,概念： 肌肉在收缩时其长度不变，这种收缩称为等长收缩，又称为静力收缩。不能克服阻力做机械功。分为两种形式：一肌肉收缩时对抗不能克服负荷阻力；二其它关节运动时，保持关节稳定的一些肌肉。,不能克服外界阻力的肌肉收缩,其它关节运动时，保持关节稳定的一些肌肉,离心收缩（eccentric contraction）,概念： 肌肉在产生张力的同时被拉长的收缩，称为离心收缩。,等动收缩（isokinetic contraction）,概念： 在整个关节运动范围内肌肉以恒定的速度，且肌肉收缩时产生的力量始终与阻力相等的肌肉收缩。如自由泳的滑水动作，等动练习器练习。,等动练习器,二、骨骼肌收缩的力学表现,绝对力量与相对力量 肌肉力量与运动,绝对力量与相对力量,绝对力量 某一块肌肉或一个人整体所具有的最大力量，称为绝对力量。 相对力量 对某一块肌肉而言，指单位肌肉横断面积所产生的最大力量；对整体而言，指单位体重所产生的最大力量。,肌肉力量与运动,力量-速度曲线,肌肉力量与运动速度,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,Time Sec.,10,15,20,25,30,Load: kg,Low strenghth individual,high strenghth individual,肌肉力量与爆发力 人体运动时所输出的功率，实际上是运动生理学上所说的爆发力，使人体单位时间内所做的功。,三、运动单位的动员,运动单位（motor unit） 一个运动神经元和受其支配的肌纤维所组成的最基本的肌肉收缩单位称为运动单位，分为运动性运动单位（kinetic motor unit）和紧张性运动单位（tonic motor unit）. 运动单位大小不同，支配的肌肉纤维的数量不同，支配纤维数量越少越灵活，反之力量越大。,运动单位动员（motor unit involvement） 参与活动的运动单位数目与兴奋频率的结合，称为运动单位动员，也称为运动单位募集（motor unit recuitment） 一般情况下，运动单位募集越多力量越大。,第六节 肌纤维类型与运动能力,肌纤维类型的划分 不同类型肌纤维的形态、机能及代谢特征 运动时不同类型运动单位的动员 肌纤维类型与运动项目 训练对肌纤维的影响,一、肌纤维类型的划分,二、不同类型肌纤维的形态、机能与代谢特征,三、运动时不同类型运动单位的动员,在较低的强度运动时，慢肌纤维首先被动员；而在运动强度较大时，快肌首先被动员。,四、肌纤维类型与运动项目,耐力性项目：ST%高 速度耐力项目：慢肌、快肌各一半 力量性项目：FT%高 技巧性项目：波动范围大,五、运动训练对肌纤维的影响,肌纤维选择性肥大 耐力训练：慢肌选择性肥大 速度爆发力训练：快肌选择性肥大 肌纤维酶活性增强 耐力训练：乳酸脱氢酶 （LDH）、磷酸化酶 （PHOSP）活性高 速度爆发力训练：琥