细胞肌肉ppt课件

1、 第五章 肌细胞的收缩 肌肉的分类及肌细胞之间的联络特征： 骨骼肌：细胞之间没有严密衔接，互不联络 心肌：细胞之间有闰盘衔接，为机能合胞体单一单位平滑肌：类似平滑肌多单位平滑肌：类似骨骼肌 肌肉收缩与人体功能 平滑肌平滑肌横纹肌横纹肌Albert von Szent-Gyrgyi Nagyrapolt A.森特森特焦尔季焦尔季,匈牙利人发现肌肉收缩原理匈牙利人发现肌肉收缩原理, 获获1937年年诺贝尔生理学与医学奖诺贝尔生理学与医学奖(for his discoveries in connection with the biological combustion processes, with

2、 special reference to vitamin C and the catalysis of fumaric acid“) 骨骼肌占体重的骨骼肌占体重的40% 肌肉的病种很多，研讨肌肉很有临床意义肌肉的病种很多，研讨肌肉很有临床意义 第一节第一节 神经神经- -骨骼肌接头处的兴奋传送骨骼肌接头处的兴奋传送 骨骼肌受运动神经支配，肌肉本身没有自律骨骼肌受运动神经支配，肌肉本身没有自律性；性； 运动神经末梢释放乙酰胆碱运动神经末梢释放乙酰胆碱acetylcholine, acetylcholine, Ach)Ach)； 乙酰胆碱的量子式释放乙酰胆碱的量子式释放quantal relea

3、se)quantal release)； 神经神经- -骨骼肌接头骨骼肌接头( (简称神经简称神经- -肌接头的构造；肌接头的构造； 运动神经运动神经APAPAchAch释放释放骨骼肌细胞骨骼肌细胞APAP一、神经一、神经- -肌接头处的兴奋传送是化学传送肌接头处的兴奋传送是化学传送SIR BERNARD KATZ (Great Britain) 1970 Nobel Laureate in Physiology or Medicine for their discoveries concerning the humoral transmittors in the nerve terminal

4、s and the mechanism for their storage, release and inactivationUlf von Euler (Sweden) Julius Axelrod (USA)His research uncovered fundamental properties of synapses, the junctions across which nerve cells signal to each other and to other types of cells. By the 1950s, he was studying the biochemistry

5、 and action of acetylcholine, a signalling molecule with which synapses linking motor nerves to muscles stimulate contraction. Katz won the Nobel for his discovery that neurotransmitter release at synapses is quantal-that is, that at any particular synapse the amount of neurotransmitter released is

6、never less than a certain amount, and if more is always an integral number times this amount. This circumstance arises, scientists now know, because, prior to their release into the synaptic gap, transmitter molecules reside in like-sized subcellular packages known as synaptic vesicles (more at exoc

7、ytosis).Sir Bernard Katzs Work Axelrod received his Nobel Prize for his work on the release, reuptake and storage of the neurotransmitters epinephrine and norepinephrine, also known as adrenaline and noradrenaline. Working on monoamine oxidase (MAO) inhibitors in 1957, Axelrod showed that catecholam

8、ine neurotransmitters do not merely stop working after they are released into the synapse. Instead, neurotransmitters are recaptured (reuptaken) by the pre-synaptic nerve ending, and recycled for later transmissions. He theorized that epinephrine is held in tissues in an inactive form and is liberat

9、ed by the nervous system when needed. This research laid the groundwork for later selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), such as Prozac, which block the reuptake of another neurotransmitter, serotonin. Julius Axelrods Work 我系著名生理学家张锡钧院士我系著名生理学家张锡钧院士-发明乙酰胆碱定量测定法发明乙酰胆碱定量测定法Henry Hallett Dale

10、 (Great Britain)1936 Nobel Laureate in Physiology or Medicine for their discoveries relating to chemical transmission of nerve impulsesOtto Loewi(Germany) Dales contributionDuring the 1940s Dale was embroiled in the scientific debate over the nature of signaling at the synapse. Dale and others belie

11、ved that signaling at the synapse was chemical, while John Carew Eccles and others believed that the synapse was electrical. It was later found that most synaptic signalling is chemical, but there are some synapses that are electrical. Dale also originated the scheme used to differentiate neurons ac

12、cording to what neurotransmitter they release. Thus, neurons releasing norepinephrine (a.k.a. noradrenaline) are called noradrenergic, neurons releasing GABA are GABAergic, and so on. This scheme is related to Dales principle (sometimes erroneously referred to as Dales Law). This principle states th

13、at each neuron releases only one type of neurotransmitter. Dales principle has been shown to be false; many neurons release neuropeptides in addition to amino acids or amines (Bear, et al. 2019). q 运动神经末梢释放Ach如何引起肌细胞的电变化？qAchqq运动终板的N2型ACH受体qqNa+、K+、少量Ca2+通道开放qq终板电位endplate potential)q去极化型部分电位qq终板附近肌

14、细胞膜动作电位一、神经末稍的一、神经末稍的AchAch量子式释放量子式释放quantal release)quantal release) (Kats) (Kats) 以以AchAch囊泡为单位含囊泡为单位含1000010000个个AchAch分子分子 AchAch引起终板电位和微终板电位引起终板电位和微终板电位 终板电位终板电位endplate potential, EPP): endplate potential, EPP): 运运动神经传出激动，末稍动神经传出激动，末稍AchAch释放引起的终板膜去极释放引起的终板膜去极化型部分电位，幅度可达化型部分电位，幅度可达50mV50mV，超越肌

15、细胞膜动作，超越肌细胞膜动作电位阈值的电位阈值的3-43-4倍，可保证神经肌肉接头倍，可保证神经肌肉接头1:11:1的传送的传送关系。关系。 微终板电位微终板电位miniature endplate potential, miniature endplate potential, MEPP)MEPP)：个别：个别AchAch囊泡自发释放所致的微小电变化囊泡自发释放所致的微小电变化去极化型部分电位，频率约每秒去极化型部分电位，频率约每秒1 1次，幅度约为次，幅度约为0.4mV0.4mV，由一个，由一个AchAch囊泡释放引起。囊泡释放引起。终板电位的丈量终板电位的丈量二、神经末稍释放二、神经末稍

16、释放AchAch囊泡需神经末稍内的囊泡需神经末稍内的Ca2+Ca2+触发触发 以以AchAch囊泡为单位含囊泡为单位含1000010000个个AchAch分子分子 AchAch引起终板电位和微终板电位引起终板电位和微终板电位 终板电位终板电位endplate potential, EPP): endplate potential, EPP): 运运动神经传出激动，末稍动神经传出激动，末稍AchAch释放引起的终板膜去极化型释放引起的终板膜去极化型部分电位，幅度可达部分电位，幅度可达50 mV50 mV，超越肌细胞膜动作电位阈，超越肌细胞膜动作电位阈值的值的3-43-4倍，可保证神经肌肉接头倍，

17、可保证神经肌肉接头1:11:1的传送关系。的传送关系。 微终板电位微终板电位miniature endplate potential, miniature endplate potential, MEPP)MEPP)：个别：个别AchAch囊泡自发释放所致的微小电变化去囊泡自发释放所致的微小电变化去极化型部分电位，频率约每秒极化型部分电位，频率约每秒1 1次，幅度约为次，幅度约为0.4mV0.4mV，由一个由一个AchAch囊泡释放引起。囊泡释放引起。三、终板电位是由于三、终板电位是由于AchAch受体阳离子通道开放而产生的受体阳离子通道开放而产生的 AchAch受体阳离子通道是一种配体门控离

18、子通道受体阳离子通道是一种配体门控离子通道 Ach Ach的去除和神经肌接头传送的干扰的去除和神经肌接头传送的干扰 胆碱酯酶胆碱酯酶: : 及时及时0.2 sec)0.2 sec)去除释放的去除释放的AchAch 美洲箭毒和美洲箭毒和银环蛇毒素可同银环蛇毒素可同AchAch竞争性地与终板竞争性地与终板 膜膜AchAch受体结实结合，阻断神经肌接头传送。受体结实结合，阻断神经肌接头传送。 有机磷农药和新斯的明抑制胆碱酯酶有机磷农药和新斯的明抑制胆碱酯酶第二节第二节 横纹肌的收缩与舒张横纹肌的收缩与舒张一、横纹肌细胞的肌原纤维和肌管系统一、横纹肌细胞的肌原纤维和肌管系统 ( (一一) ) 肌节肌节

19、sarcomeresarcomere，原名肌小节：，原名肌小节： 是肌细胞舒缩的根本单位，其长度变是肌细胞舒缩的根本单位，其长度变动范围动范围1.5-3.51.5-3.5m, m, 安静时安静时2.0-2.22.0-2.2m m。1. 1. 肌原纤维肌原纤维myofibrilmyofibril 1-2 1-2m, m, 纵贯肌纤维全纵贯肌纤维全 长，一个肌细长，一个肌细胞有多达上千条肌原纤维，有明暗胞有多达上千条肌原纤维，有明暗 交替的明交替的明带和暗带；由粗肌丝和细肌丝组成。暗带的长带和暗带；由粗肌丝和细肌丝组成。暗带的长度比较固定度比较固定1.5 1.5 m)m)。明带的长短随肌细胞。明带

20、的长短随肌细胞的伸缩而变化。的伸缩而变化。暗带暗带明带明带 M线线Z线线Z线线 肌小节肌小节Z线线肌丝：粗肌丝，细肌丝肌丝：粗肌丝，细肌丝M线：把粗肌丝捆绑在一同线：把粗肌丝捆绑在一同Z线：把细肌丝捆绑在一同线：把细肌丝捆绑在一同暗带暗带明带明带明带明带H带带Z线线Z线线2. 2. 肌管系统肌管系统 横管系统横管系统T T管：肌细胞内陷构成，在管：肌细胞内陷构成，在Z Z线线附近环绕肌原纤维。与细胞外液相通，但不与附近环绕肌原纤维。与细胞外液相通，但不与肌浆相通，也不与纵管相通，是肌细胞膜动作肌浆相通，也不与纵管相通，是肌细胞膜动作电位传入肌细胞深部的膜系统。电位传入肌细胞深部的膜系统。 纵管

21、系统纵管系统L L管，肌浆网：是另一套管道系管，肌浆网：是另一套管道系统，不与细胞外液或肌浆沟通，也不与横管相统，不与细胞外液或肌浆沟通，也不与横管相通，在近横管处膨大为终末池，是钙池。通，在近横管处膨大为终末池，是钙池。p 肌质网的构造及贮肌质网的构造及贮Ca2+机制机制p 纵行肌质网纵行肌质网LSR：包绕在肌原纤维周：包绕在肌原纤维周围，有钙围，有钙 p 泵。泵。p 衔接肌质网衔接肌质网junctional SR)或终池或终池terminal cisterna：有大量：有大量Ca2+结合蛋结合蛋白，其中主要是钙扣押素白，其中主要是钙扣押素calsequestrin；同时有钙释放通道同时有钙

22、释放通道ryanodine受体。受体。 三联管三联管(triad(triad构造：构造： 紧靠横管两侧有终末紧靠横管两侧有终末池围绕构成，膜之间有池围绕构成，膜之间有12nm12nm间隙。是肌细胞膜动间隙。是肌细胞膜动作电位信号传向肌浆网的作电位信号传向肌浆网的构造根底。构造根底。二、骨骼肌细胞的兴奋收缩耦联二、骨骼肌细胞的兴奋收缩耦联 excitation-contraction coupling)excitation-contraction coupling) 指由肌细胞膜动作电位转化为肌细胞收缩的过程。指由肌细胞膜动作电位转化为肌细胞收缩的过程。 兴奋收缩耦联过程：兴奋收缩耦联过程： 1

23、. 1. 肌细胞膜肌细胞膜APAP沿横管传向肌细胞深部；沿横管传向肌细胞深部； 2. 2. 横管横管APAP引发终末池引发终末池Ca2+Ca2+通道开放，通道开放，Ca2+Ca2+释放；释放； 3. 3. 肌浆肌浆Ca2+Ca2+浓度升高诱发肌丝滑行，肌细胞缩短。浓度升高诱发肌丝滑行，肌细胞缩短。q 横管动作电位如何引发终末池的横管动作电位如何引发终末池的Ca2+Ca2+释放？释放？q 1 1骨骼肌：见后图。骨骼肌：见后图。q 2 2心肌：心肌： Ca2+Ca2+诱导的诱导的Ca2+Ca2+释放。释放。q 释放入肌浆的释放入肌浆的Ca2+Ca2+的去除：肌浆网钙泵的去除：肌浆网钙泵Ca2+Ca

24、2+ 横管动作电位引发终末池的横管动作电位引发终末池的Ca2+Ca2+释放机制表示图释放机制表示图静息时静息时兴奋时兴奋时终末池终末池横管横管p 骨骼肌收缩的分子机制：肌丝滑行学说骨骼肌收缩的分子机制：肌丝滑行学说p 5050年代初期年代初期HuxleyHuxley提出滑行学说提出滑行学说sliding theory)sliding theory)：p 肌细胞收缩时并不是肌丝本身的缩短，而是肌小节肌细胞收缩时并不是肌丝本身的缩短，而是肌小节p 内粗细肌丝之间的滑行。内粗细肌丝之间的滑行。p 滑行学说的证据：滑行学说的证据：p 1. 1. 肌肉收缩时暗带长度不变，明带长度缩短；肌肉收缩时暗带长度

25、不变，明带长度缩短；p 2. 2. 暗带中央暗带中央H H带变窄，阐明肌肉收缩时细肌丝也没带变窄，阐明肌肉收缩时细肌丝也没p 有缩短，只是向暗带中央挪动，与粗肌丝发生更有缩短，只是向暗带中央挪动，与粗肌丝发生更p 大重叠。大重叠。暗带暗带明带明带明带明带H带带Z线线Z线线 粗肌丝：肌凝蛋白肌球蛋白,myosin) 肌丝肌纤蛋白肌动蛋白，actin) 细肌丝：原肌凝蛋白 (tropomyosin)肌钙蛋白 (troponin) 原肌凝蛋白：在肌肉静息时阻挠肌凝蛋白与肌纤蛋 白相互作用。 肌钙蛋白：为Ca2+受体，有三个亚基。与Ca2+结合 后，可使原肌凝蛋白去阻抑。收缩蛋白收缩蛋白调理蛋白调理蛋

26、白q 肌丝滑行过程：肌丝滑行过程：q肌细胞膜动作电位沿横管传入三联管处肌细胞膜动作电位沿横管传入三联管处qq肌浆网终末池释放肌浆网终末池释放Ca2+Ca2+qqCa2+Ca2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合qq原肌凝蛋白变构，去阻抑原肌凝蛋白变构，去阻抑qq肌凝蛋白头部横桥与肌纤蛋白结合肌凝蛋白头部横桥与肌纤蛋白结合qq横桥耗费横桥耗费ATPATP摆动，细肌丝向摆动，细肌丝向M M线方向滑行，肌线方向滑行，肌小节缩短小节缩短三、肌浆网三、肌浆网Ca2+Ca2+释放和重摄取的调控释放和重摄取的调控一一RyanodineRyanodine受体与受体与Ca2+Ca2+释放释放 RyanodineRya

27、nodine受体：受体：Ca2+Ca2+释放通道，被释放通道，被L L型钙通道的激活型钙通道的激活所激活所激活 心肌收缩对细胞外心肌收缩对细胞外Ca2+Ca2+内流依赖性强；经过内流依赖性强；经过L L型钙通道型钙通道的构的构 象变化机制激活象变化机制激活SRSR引起引起Ca2+Ca2+的大量释放。的大量释放。 骨骼肌收缩对细胞外骨骼肌收缩对细胞外Ca2+Ca2+内流依赖性弱；经过内流依赖性弱；经过L L型钙通型钙通道的钙道的钙 诱导钙释放机制诱导钙释放机制Ca2+-induced Ca2+ releaseCa2+-induced Ca2+ release激活激活SRSR引起引起 Ca2+Ca

28、2+大量释放。大量释放。骨骼肌骨骼肌心肌心肌二肌肉舒张时胞浆二肌肉舒张时胞浆Ca2+Ca2+浓度的下降机制浓度的下降机制 骨骼肌骨骼肌Ca2+Ca2+无进出：无进出： 1. SR1. SR上的钙泵：上的钙泵：2 Ca2+/ATP 2 Ca2+/ATP 100100 2. 2. 肌钙蛋白：暂时可使肌浆钙浓度下肌钙蛋白：暂时可使肌浆钙浓度下降。降。 心肌有心肌有Ca2+Ca2+内流内流 ： 1. SR1. SR上的钙泵重摄取上的钙泵重摄取70%70% 2. 2. 肌膜钙泵驱出细胞肌膜钙泵驱出细胞2%2% 3. Na+-Ca2+ 3. Na+-Ca2+ 交换体交换体28%28%骨骼肌骨骼肌心肌心肌四

29、、骨骼肌收缩的外部表现和力学分析四、骨骼肌收缩的外部表现和力学分析 肌肉作功肌肉作功 = = 负荷负荷 缩短长度缩短长度 前负荷前负荷 (preload)(preload)：肌肉收缩之前遇到的负：肌肉收缩之前遇到的负荷。荷。 初长度：前负荷使肌肉在收缩之前处于被拉初长度：前负荷使肌肉在收缩之前处于被拉长的长的 形状，此时肌肉的长度形状，此时肌肉的长度称为初长度。称为初长度。 后负荷后负荷 (afterload)(afterload)：肌肉收缩之后遇到的：肌肉收缩之后遇到的负荷。负荷。q 等长收缩等长收缩 (isometric contraction)：肌肉：肌肉收缩时长度没有缩短，但张力添加。

30、收缩时长度没有缩短，但张力添加。q 等张收缩等张收缩 (isotonic contraction)：肌肉收：肌肉收缩时由于没有遇到后负荷张力没有添加，缩时由于没有遇到后负荷张力没有添加，但长度缩短。但长度缩短。q 单收缩单收缩 (single twich): 肌肉遭到一次刺激，肌肉遭到一次刺激，出现一次收缩和跟随的舒张。出现一次收缩和跟随的舒张。q 复合收缩复合收缩 (单收缩的复合单收缩的复合)：肌肉遭到不同：肌肉遭到不同频率延续刺激时，假设刺激频率较低，下一次频率延续刺激时，假设刺激频率较低，下一次收缩落在上一次收缩的舒张期内，称为不完全收缩落在上一次收缩的舒张期内，称为不完全强直收缩强直收

31、缩 (incomplete tetanus)；假设刺激频；假设刺激频率较高，下一次收缩落在上一次收缩的收缩期率较高，下一次收缩落在上一次收缩的收缩期内，称为完全强直收缩内，称为完全强直收缩 (complete tetanus)。体内骨骼肌收缩几乎全是强直收缩。体内骨骼肌收缩几乎全是强直收缩。一前负荷或肌肉初长度对肌肉收缩的影响一前负荷或肌肉初长度对肌肉收缩的影响 长度长度- - 张力曲线张力曲线 1. 1. 被动张力曲线：肌肉长度和被动拉力被动张力曲线：肌肉长度和被动拉力的关系，反映肌肉的弹性回缩力。的关系，反映肌肉的弹性回缩力。 2. 2. 总张力曲线：肌肉被不同程度拉长后总张力曲线：肌肉被

32、不同程度拉长后自动收缩时的长度自动收缩时的长度- -张力关系。张力关系。 3. 3. 自动张力曲线长度自动张力曲线长度- - 张力曲线：张力曲线：总张力总张力 被动张力，反映不同前负荷或初长度被动张力，反映不同前负荷或初长度对肌肉收缩产生张力的影响。对肌肉收缩产生张力的影响。二后负荷或肌肉初长度对肌肉收缩的影响二后负荷或肌肉初长度对肌肉收缩的影响张力张力- - 速度曲线速度曲线 ： 曲线曲线1 1：后负荷自动张力与缩短速度的：后负荷自动张力与缩短速度的关系关系曲线曲线2 2：后负荷自动张力与输出功率的：后负荷自动张力与输出功率的关系关系 在后负荷存在情况下，肌肉收缩开场时张力在后负荷存在情况下

33、，肌肉收缩开场时张力不断添加，但不缩短，待张力添加到后负荷程不断添加，但不缩短，待张力添加到后负荷程度时，张力不在添加，肌肉开场缩短。度时，张力不在添加，肌肉开场缩短。三肌肉收缩才干的改动对肌肉收缩的影响三肌肉收缩才干的改动对肌肉收缩的影响 影响肌肉收缩的三大要素：影响肌肉收缩的三大要素：前负荷前负荷后负荷后负荷肌肉收缩才干肌肉收缩才干contractility): contractility): 取决于取决于肌肉内部功能形状，与前负荷、后负荷无关。肌肉内部功能形状，与前负荷、后负荷无关。四运动单位数量与肌肉收缩强度四运动单位数量与肌肉收缩强度 运动单位运动单位motor unitmotor

34、unit：一个脊髓前角运：一个脊髓前角运动神经元和其所支配的一切肌纤维。动神经元和其所支配的一切肌纤维。 大小原那么大小原那么size principlesize principle：骨骼肌收缩：骨骼肌收缩时，运动单位由小到大的有序的参与方式。时，运动单位由小到大的有序的参与方式。 收缩时：较弱收缩：较小运动单位参与收缩时：较弱收缩：较小运动单位参与 较强收缩：较多较大的运较强收缩：较多较大的运动单位也参与动单位也参与 舒张时：较大运动单位先停顿活动舒张时：较大运动单位先停顿活动第三节第三节 平滑肌的收缩与舒张平滑肌的收缩与舒张一一. . 平滑肌的微细构造和收缩机制平滑肌的微细构造和收缩机制 肌丝陈列有序，但陈列方式不同于横纹肌肌丝陈列有序，但陈列方式不同于横纹肌 细胞骨架：由致密体、附膜致密体、肌丝等细胞骨架：由致密体