第十九章第二十章细胞电活动

六、肌细胞的收缩

ContractionofMuscleCell

Functions:Interactionswiththeexternalenvironment;Productionofbodyheat(肌束)(肌纤维/肌细胞)(肌原纤维)(肌节/肌小节)(肌丝)运动单位(motorunit)

（一）骨骼肌神经-肌接头的传递1.神经-肌接头（NMJ）微细结构

接头前膜（pre-junctionalmembrane）

接头后膜或终板膜（endplatemembrane）

接头间隙（junctionalcleft）

2.神经肌接头（NMJ）兴奋传递的机制*ActivationofACh-gatedionchannel(nAChR)resultsinEnd-PlatePotential(EPP)神经肌接头传递（电-化学-电过程）神经冲动到达末梢，接头前膜去极化电压门控Ca2＋通道开放、Ca2＋内流囊泡向接头前膜移动、融合、破裂，ACh释放至接头间隙ACh与终板膜N2受体结合、膜对Na＋和K＋通透性↑Na＋内流使终板膜去极化→EPPEPP电紧张性扩布至周围肌膜使其达到阈电位、爆发动作电位AChE胆碱、乙酸3.NMJ兴奋传递的特征:

（1）是电-化学-电的过程：N末梢AP→ACh＋受体→EPP→肌膜AP

（2）具1对1的关系：①接头前膜传来一个AP，便能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因每次ACh释放的量，产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3-4倍）。②神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩（因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶，能迅速水解ACh）。4.影响NMJ兴奋传递的因素：

（1）阻断ACh受体：箭毒(curare)和α银环蛇毒，肌松剂如驰肌碘（Flexadil，三碘季胺酚）。

（2）抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明，Sarin,VX,etc。

（3）自身免疫性疾病：MyastheniaGravis（抗体破坏ACh受体),Lambert-Eatonsyndrome（抗体破坏N末梢Ca2+通道）。

（4）接头前膜ACh释放↓：肉毒杆菌毒素（Botox)。1.兴奋-收缩耦联的结构基础（二）横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联Transversetubularsystem：T管（肌膜在明暗交界处或Z线附近向内凹陷而成。肌膜动作电位可沿T管传导，有L型Ca2+通道）。Longitudinaltubularsystem：L管（也称肌浆网，SarcoplasmicReticulum；肌节两端的L管称终末池，富含Ca2+，膜上有Ryanodine受体，是Ca2+释放通道)。

Triad：T管+终池2.兴奋-收缩耦联的关键离子——Ca2+L型钙通道和钙释放通道骨骼肌细胞和心肌细胞的钙释放骨骼肌细胞和心肌细胞的钙回收钙瞬变（calciumtransient）引起肌肉的收缩和舒张3.兴奋-收缩耦联①肌膜电兴奋的传导;②肌膜和T管上L型Ca2+通道激活;③肌浆网上Ryanodine受体激活，肌浆网Ca2+释放(引起钙瞬变，calciumtransient);④触发肌丝滑行，肌细胞收缩。（三）

横纹肌的收缩和舒张1.肌丝的分子组成粗肌丝（thickfilament）

肌球蛋白（myosin）

横桥（cross-bridge）细肌丝（thinfilament）

肌动蛋白（actin)

原肌球蛋白（tropomyosin)

肌钙蛋白（troponin）细肌丝粗肌丝-肌球蛋白2.横纹肌收缩的原理—肌丝滑行学说

直接证据ZlineZlineMlineAbandHband

肌细胞收缩时：①相邻Z线靠近,即肌节缩短；②暗带长度不变,即粗肌丝长度不变；③从Z线到H带边缘的距离不变,即细肌丝长度不变;④明带和H带变窄。

所以肌细胞收缩是肌原纤维的缩短,并不是粗、细肌丝本身缩短,而是细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行。ICT与肌动蛋白结合、抑制肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用与原肌球蛋白结合与Ca2+结合，启动收缩troponin3.肌丝滑行的分子机制Cross-bridgecycle（横桥周期）

指横桥激活、与肌动蛋白结合、耗能摆动、获能解离、复位及再结合的周期性活动过程。20-200ms肌节缩短,肌细胞收缩横桥向M线方向摆动将细肌丝牵拉到粗肌丝内横桥与结合位点结合，头部分解ATP贮存的能量释放原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白构型改变终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌质

横纹肌收缩的过程小结SourcesofATP

O24.肌肉的舒张(Musclerelaxation)

—mechanismsthatrestoresarcoplamicCa2+Backtocalciumstore:Ca2+pumpinsarcoplasmicreticulummembrane;~100%inskeletalmuscle;~70%incardiacmuscleOutofthecell:①Na+-Ca2+exchangerincellmembrane;②Ca2+pumpincellmembrane;DiseasesassociatedwithabnormalregulationoftheintracellularCa2+inskeletalmusclesMalignanthyperthermia:geneticdefectinryanodinereceptor,1in15,000children,1in50,000adults;

Halothane/etherorsuccinylcholinestimulateCa2+releasefromSR,resultingmusclerigidityandhyperthermiaCentralcoredisease:geneticdefectinryanodinereceptor;

SRreleases/leakCa2+,whichisthenaccumulatedbymitochondria,resultinginmitochondrialCa2+overloadandhencelossofmitochondriaandmuscleweaknessBrody’sdisease:geneticdefectinSRCa2+pump(SERCA):

painlessmusclecrampingduringexerciseduetoslowedCa2+uptakeExcitationThesarcolemmaisdepolarizedandtheactionpotential(AP)propagates;TheactionpotentialspreadsinsidealongtheT-tubules;APistransmittedfromT-tubuletoterminalsacsofsarcoplasmicreticulum;Calciumisreleasedfromsarcoplasmicreticulumintosarcoplasm;ContractionCalciumbindstotroponinleadingtocooperativeconformationalchangesintroponin-tropomyosinsystem;Theinhibitionofactinandmyosininteractionisreleased;Crossbridgesofmyosinfilamentsareattachedtoactinfilaments;Tensionisexertedand/orthemuscleshortensbytheslidingfilamentmechanism;RelaxationCalciumispumpedbackintosarcoplasmicreticulum;Crossbridgesaredetachedfromthethinfilaments;Troponin-tropomyosinregulatedinhibitionofactinandmyosininteractionisrestored;Activetensiondisappearsandtherestlengthisrestored;Summary:Sequentialeventsofmusclecontractionandrelaxation（四）影响横纹肌收缩效能的因素

肌肉收缩的形式等张收缩(Isotoniccontractions):肌肉缩短、张力不变。等长收缩(Isometriccontractions):肌肉长度不变，张力增加

单收缩、复合收缩、强直收缩Forcetransducer等张收缩Isotoniccontraction等长收缩IsometriccontractionPivot(treppe)单收缩、复合收缩与强直收缩2.影响收缩效能的因素前负荷(Preload):determinesinitiallengthofmusclefibersandhencesarcomeres;

后负荷(After-load):determineslengthofcross-bridgecyclesandhencetotalnumberofcross-bridgesinteractingwiththinfilaments;

肌肉的收缩性(Contractility):intrinsicpropertiesofmusclesandneurohumoralfactorsaffectingthoseproperties

1)前负荷（Preload)：肌肉收缩前所承受的负荷,决定了肌肉的初长度。

肌节最适初长（2.0-2.2m）时，粗细肌丝重叠佳，肌缩速度、幅度和张力最大；

大于最适初长时，粗细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力↓；

小于最适初长时，细肌丝可缩短距离↓→效能↓。

人体大部分骨骼肌的静态长度即是其最适初长，故Optimalinitiallength也称Restinglength.Z线M线Z线肌节Optimalinitiallength(restinglength)2)后负荷(Afterload)：肌肉缩短过程中所承受的负荷。

后负荷为0→肌缩速度、幅度↑和张力最小；后负荷↑→肌缩速度、幅度↓和张力↑；后负荷↓→肌缩速度、幅度↑和张力↓。后负荷过大，虽肌缩张力↑，但肌缩速度、幅度↓，不利作功；后负荷过小，虽肌缩速度、幅度↑，但肌缩张力↓，也不利作功。3)肌缩能力：是指与负荷无关、决定肌缩效应的内在特性，取决于E-C耦联期间胞浆内Ca2+的水平和肌球蛋白的ATP酶活性。骨骼肌纤维可分为两类.TypeImusclefibreTypeIImusclefibreOthernamesSlowtwitch;oxidative;redFasttwitch;glycolytic;whiteMyosinisoenzyme

ATPaserateSlowFastCa2+-pumpingcapacityofsarcoplasmicreticulumlowHighDiametersmallLargeGlycolyticcapacitylowHighOxidativecapacityHighLowFunctionLong,slow,posture-maintainingcontractionsFine,skilledmovementTypesofskeletalmusclesFatigueresistantEasilyfatiguedMorphologicalandfunctionalcharacteristics;Mechanismsofcontraction;（五）平滑肌的收缩和舒张形态学特征involuntarymuscle;innervatedbyANS;foundprimarilyinthewallsofholloworgans;Spindle-shapedcellstypicallyarrangedinsheets;Not-tubules&littlesarcoplasmicreticulum;Nosarcomeres(soarenotstriated)butaremadeupofthick&thinmyofilaments.Thinfilamentsinsmoothmuscledonotcontaintroponin;Calciumbindstocalmodulin.Thecalcium-calmodulincomplex'activates'myosinwhichthenbindstoactin&contraction(swivellingofcross-bridges)begins.Twotypesofsmoothmuscles

多个单位平滑肌

单个单位平滑肌（内脏平滑肌）visceral,orunitary,smoothmuscle1)foundinthewallsofholloworgans(e.g.,smallbloodvessels,digestivetract,urinarysystem,&reproductivesystem)2)multiplefiberscontractasaunit(becauseimpulsestraveleasilyacrossgapjunctionsfromcelltocell)&,insomecases,areself-excitable(generatespontaneousactionpotentials&contractions)multiunitsmoothmuscle1)consistsofmotorunitsthatareactivatedbynervousstimulation2)foundinthewallsoflargebloodvessels,intheeye(adustingtheshapeofthelenstopermitaccommodation&thesizeofthepupiltoadjusttheamountoflightenteringtheeye),&atthebaseofhairfollicle(the'goosebump'muscles)2.平滑肌细胞电活动

Openingofvoltage-gatedcalciumchannelsaccountsfortheactionpotentialofmostsmoothmusclecells.3.平滑肌细胞钙信号4.平滑肌收缩与舒张七、腺细胞电活动与激素分泌SummaryIonchannelsLittleappreciatedfactofphysiologyHumanbeings(andotherlivingorganisms)arerunbyelectricity,and"ionchannels"arethecoreofourelectricalsystemIonchannelsareeverywhere&arepresentinalmosteverycell

Functions1)Transportofionsandwater;2)Regulationofelectricalpotentialacrossthemembrane;3)SignalingIonchannelsYetanothertypeofmembranetransport;Poresinthemembranethatopenandcloseinaregulatedmannerandallowpassageofions

“Dispose”ofthegradientsPassivetransporters:IonsflowfromhightolowconcentrationNoenergyisused;IfthereisnogradientionswillnotflowChannelFunction Ionchannelsar