生理学肌细胞的收缩功能(201X).ppt

在正常情况下 骨骼肌纤维的兴奋和收缩完全是由控制它的躯体运动神经元所引起的 骨骼肌纤维不会自发兴奋和收缩 而运动神经元与骨骼肌纤维之间的功能联系是通过神经 肌接头这个特殊结构来实现的 骨骼肌SkeletalMuscle 肌纤维 肌细胞运动神经元 其轴突可支配肌纤维运动单位 一个运动神经元 肌纤维MotorUnit amotorneuron musclefibers Ca2 通道的开放和Ach的释放 末梢钮扣 含有上千个囊泡 Ach存在其中 Theaxonterminalisenlargedintotheterminalbutton EachterminalbuttoncontainsthousandsofvesiclesthatstoreAch 动作电位可触发末梢钮扣处的电压门控钙离子通道打开 钙离子内流可引起Ach以出胞方式释放 PropagationofactionpotentialtheterminaltriggerstheopeningofCa2 channelsintheterminalbutton ItpermitsCa2 todiffuseintotheterminalbuttonfromextracellularfluid whichinturncausesthereleaseofAchbyexocytosisfromthevesicles 终板电位Endplatepotential Ach与运动终板上受体结合 诱导Na K 化学门控通道开放 BindingofAchwiththereceptorsiteinthemotorend plateinducestheopeningofchannels 钠进多于钾出 使运动终板去极化 产生终板电位 EPP 终板膜本身无电压门控钠通道 故不会产生动作电位 形成局部电流后可使邻近肌膜产生动作电位 MoreNa movesinwardthanK outward bringingaboutadepolarizationofthemotorendplate Thispotentialisknownasend platepotential EPP Localcurrentcanreachthethresholdofadjacentmusclefibermembrane andbringaboutanactionpotential 乙酰胆碱的释放特征 当运动神经未梢处于安静状态时 只有少数囊泡释放少量乙酰胆碱 当运动神经未梢有动作电位传来时 大量囊泡向突触前膜移动 并以胞吐方式呈量子式释放 据推测 一次动作电位的到达 可使约250个囊泡释放 释放的乙酰胆碱分子可达107 乙酰胆碱酯酶Acetylcholinesterase 运动终板表面含乙酰胆碱酯酶 可分解突触间隙游离的ACh Thesurfaceofthemotorendplatecontainstheenzymesacetylcholinesterase whichcanbreakdownfreeAchinthecleft AstheconcentrationoffreeAChfallsbecauseofitsbreakdownbyacetylcholinesterase lessAChisavailabletobindtothereceptors WhenreceptorsnolongercontainboundAch theionchannelsintheendplateclose ThedepolarizedendplatereturnstoitsrestingpotentialandcanrespondtothesubsequentarrivalofACh 有机磷农药中毒 有机磷农药中毒机理 抑制了胆碱酯酶的活性 造成乙酰胆碱的积聚 引起中毒症状 我国每年有机磷农药中毒事件高达6 7万起 死亡率为10 以上 有机磷农药 包括氧化乐果 敌敌畏 敌百虫 乐果等 治疗 洗胃 可用2 4 碳酸氢钠溶液洗胃 也可用生理盐水或清水洗胃胆碱能神经抑制剂 如阿托品可拮抗乙酰胆碱的毒蕈碱样作用 胆碱酯酶复活剂 有解磷定氯解磷定 双复磷等 它们可夺取与胆碱酯酶结合的有机磷 恢复胆碱酯酶分解乙酰胆碱的活力 箭毒传说 美洲的古印第安人在遇到敌人入侵时 女人和儿童在后方将箭毒木的汁液涂于箭头 供男人在战场上杀敌 1859年土著民族在和英军交战时 这种毒箭的杀伤力使英军惊恐万分 传说西双版纳最早发现箭毒木汁液含有剧毒的是一位傣族猎人 这位猎人被一只硕大的狗熊紧逼而被迫爬上一棵大树 可狗熊仍不放过他 生死存亡的紧要关头 猎人折断一根树枝刺向正往树上爬的狗熊 奇迹突然发生了 狗熊立即落地而死 从那以后猎人就学会了把箭毒木的汁液涂于箭头用于狩猎 箭毒木 又称 见血封喉树 又称见血封喉树 七上八下九倒地 意思就是说 如果谁中了箭毒木的毒 那么往高处只能走七步 往低处只能走八步 但无论如何 走到第九步 都会倒地毙命 箭毒木又名加独树 剪刀树等 高可达30米 多分布于赤道热带地区 国内则散见于广东 广西 海南 云南等省区 现为濒临灭绝的稀有树种 国家三级保护植物 南美箭毒Curare ThedeadlySouthAmericanarrowheadpoisoncurarebindsstronglytotheAChreceptors butitdoesnotopentheirionchannelsandisnotdestroyedbyacetylcholinesterase Whenareceptorisoccupiedbycurare AChcannotbindtothereceptor Hence thereisnoEPPinthemotorendplateandnocontraction Sincetheskeletalmusclesresponsibleforbreathing 呼吸 curarepoisoningcanleadtodeathbyasphyxiation 窒息 肉毒杆菌毒素BotulinandACh BotulinisanenzymethatbreaksdownaproteinrequiredforthebindingandfusionofAChvesecleswiththepresynapticmembrane Hence itcanblockthereleaseofacetylcholinefromnerveterminalsinneuromuscularjunction Thispoisoningisoneofthemostpotentpoisons whichcancauseflaccidparalysis 肌肉松驰性瘫痪 生物武器 它造价低 技术难度不大 隐秘性强 可以在任何地方研制和生产 有资料显示 以1969年为例 当时每平方公里导致50 死亡率的成本分别为 传统武器2000美元 核武器 800美元 化学武器 600美元 生物武器 1美元 肉毒杆菌毒素 穷人的原子弹 肉毒杆菌毒素是最流行的两大生物武器之一 是一种廉价和高效的杀人武器 其死亡率高达60 至70 受害者症状是头痛 肢体瘫痪 如不及时治疗将在2至10天内死去 这种毒素可以批量生产 并可通过皮肤吸收 肺部吸收 眼睛接触 等方式传染 肉毒杆菌毒素 富人的美容剂 肉毒杆菌毒素除皱纹的原理很简单 A型肉毒毒素可以起到麻痹肌肉的作用 脸部注射后 阻断神经和肌肉之间的信息传导 可使局部肌肉瘫痪 肌肤因此舒展 皱纹便神奇般消失A型肉毒毒素注射过量可致人死命 但美容除皱注射的A型肉毒毒素是人致死量的3 注入肌肉后它选择性使肌肉松弛 几乎无多余的A型肉毒毒素进入血液或进入人脑脊液 重症肌无力 myastheniagravis MG 主要累及神经肌肉接头突触后膜上乙酰胆碱受体的自身免疫性疾病 临床表现为部分或全身骨骼肌无力和易疲劳 活动后症状加重 主要由AchR抗体介导 在细胞免疫和补体参与下突触后膜的AchR被大量破坏 不能产生足够的终板电位 导致突触后膜传递功能障碍而发生肌无力 临床特点 肌无力的显著特点是日波动性 于下午或傍晚劳累后加重 晨起或休息后减轻 此种波动现象称之为 晨轻暮重 全身骨骼肌均可受累 以眼外肌受累最为常见 其次是面部及咽喉肌以及四肢近端肌肉受累 逐步扩大 呼吸肌受累可导致严重的呼吸困难 心肌偶可受累 可引起突然死亡 肌无力综合征 患者病变部位位于突触前膜 其自身抗体的靶器官为突触前膜的钙离子通道和乙酰胆碱囊泡释放区 该抗体直接作用于周围神经末梢突触前膜ACh释放部位及电压门控性钙通道 阻滞钙离子传递 造成神经冲动所致的ACh释放减少 产生神经肌肉接头传递障碍 推测自身抗原可能为电压门控性钙通道复合物组成部分 骨骼肌的构成Organizationofskeletalmuscle 骨骼肌是由肌纤维组成 Skeletalmuscleismadeofindividualmusclefibers 肌纤维是由肌原纤维组成 Themusclefibersaremadeofmyofibrils 肌原纤维由肌丝构成 Thefibrilsaredividedintoindividualfilaments 肌丝由收缩蛋白构成 Thefilamentsaremadeupofthecontractileproteins 肌丝Filaments 肌原纤维 含有粗肌丝和细肌丝Themyofibrilscontainthickandthinfilamentscomposedofcontractileproteins 粗肌丝 含有肌凝蛋白 又称肌球蛋白 Thickfilamentscontaintheproteinmyosin 细肌丝 含有肌纤蛋白 又称肌动蛋白 原肌凝蛋白 原肌球蛋白 和肌钙蛋白 Thinfilamentscontainproteinsactin tropomyosin andtroponin 横管 肌浆网的联系 横管由肌细胞膜凹入形成 它与肌浆网相连 肌浆网含有高浓度的钙离子 肌浆网 SR 和Ca2 释放 T管含有二氢吡啶受体 属电压敏感受体 又称L 型Ca2 通道 局部去极化可激活该受体 进而使终末池上的钙离子释放通道开放 TheTtubulemembranecontainsdihydropyridinereceptor WhenanactionpotentialispropagateddowntheTtubule thelocaldepolarizationactivatesdihydrpopyridinerecepotorthatinturnopenstheCa2 releasechannelalsoknownasryanodinereceptor onSR 横管 肌浆网 Ca2 释放 横管含有二氢吡啶受体 属电压敏感受体 又称L 型Ca2 通道 当动作电位传导到横管时 局部去极化可使该L 型Ca2 通道发生变构效应 进而通过小梁式机械耦联使终末池上的钙离子释放通道开放 Ca2 顺浓度差快速进入胞质内 使其内浓度上升近百倍 在终池Ca2 释放到胞质中前 粗肌丝上横桥无法与细肌丝上的肌动蛋白结合 因为肌动蛋白上的结合位点被原肌球蛋白遮盖 肌钙蛋白及其作用 由三个亚单位组成 肌钙蛋白T TnT 肌钙蛋白I TnI 和肌钙蛋白C TnC TnT与原肌凝蛋白结合 将整个肌钙蛋白固定在原肌凝蛋白上 TnC可与Ca 结合 TnI的作用是TnC可与Ca 结合时 将信息传给原肌凝蛋白 引起后者发生构象变化并向肌纤蛋白双螺旋沟深部滑行 从而暴露肌纤蛋白的结合位点 使横桥与之结合 钙瞬变与肌肉的收缩与舒张 动作电位在引起肌细胞收缩和舒张前 引起胞质中游离钙浓度的上升和下降 胞质中发生这种钙的波动 称为钙瞬变 钙瞬变上升速度快 肌细胞缩短速度快 钙瞬变幅度大 肌细胞缩短幅度大 钙瞬变下降速度慢 肌细胞舒张变慢 肌肉收的形式和力学分析 等长收缩 长度不变 张力增加 Isometriccontraction Whenamuscledevelopstensionbutdoesnotshorten 等张收缩 长度缩短 张力不变 Isotoniccontraction Whenamuscleisshorteningbutitstensionremainsconstant 等张收缩举例Anexampleofisotoniccontraction 手臂可以提起一个物体时的状态Liftinganobject Whenthetensiondevelopinginyourbicepsbecomesgreatenoughtoovercometheweightoftheobjectinyourhand youcanlifttheobject withthewholemuscleshortening Becausetheweightoftheobjectdoesnotchangeasitislifted themuscletensionremainsconstantthroughouttheperiodofshortening Thisisisotoniccontraction 等长收缩举例Anexampleofisometriccontraction 想提起一重物 但太重提不起时的状态Trytoliftanobject Whathappensifyoutrytoliftanobjecttooheavyforyou thatis ifthetensionyouarecapableofdevelopinginyourarmmusclesislessthanthatrequiredtolifttheobject Themusclecannotshortenandlifttheobjectbutremainsatconstantlengthinspiteofthedevelopmentoftension Thisisanisometriccontraction 前负荷后负荷 前负荷 肌肉在收缩前就加上肌肉上的负荷 后负荷 肌肉开始收缩后遇到的负荷 最适初长度Optimallength 最适初长度 能产生最大张力的初长度Thelengthatwhichthemusclefiberdevelopsthegreatesttension 当肌小节长度为2 2um时肌肉产生的张力最大 Ataninitialsarcomerelengthof2 2um eachcross bridgecanbindtoanactinmoleculeonthinfilaments andamaximumforceisgenerated 体内长度与张力的关系 负荷与速度的关系 频率与张力的关系Frequencyandtensionrelation 单收缩Singletwitch Amechanicalresponseofamusclefibertoasingleactionpotential不完全强直收缩Incompletetetanus Atlowstimulationfrequencies thetensionmayoscillateasthemusclefiberpartiallyrelaxesbet