人体及动物生理学肌细胞收缩心肌平滑肌生理

人体及动物生理学肌细胞收缩心肌平滑肌生理第1页/共72页肌肉按功能特性分类骨骼肌心肌平滑肌横纹肌与非横纹肌随意肌与非随意肌第2页/共72页AP在运动神经纤维上的传导N-M接头处兴奋的传递AP在骨骼肌cell上的传导（局部电流）骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的肌丝滑行收缩一、骨骼肌细胞的收缩

(contractionofskeletalmuscle

)第3页/共72页(一)神经—骨骼肌接头处兴奋的传递

neuromusculartransmission第4页/共72页1.神经肌接头(neuromuscularjunction)的结构：

⑴接头前膜prejunctionalmembrane:

①突触囊泡synapticvesicle,内含ACh;

②电压门控Ca2+通道；

⑵接头间隙junctionalcleft:

50nm宽，与细胞外液相通;

⑶接头后膜postjunctionalmembrane:又称终板膜endplate

membrane，是肌膜特化部分,上有①N2型ACh受体;②AChE;第5页/共72页神经肌接头结构第6页/共72页第7页/共72页(接头前神经末梢)(接头间隙)第8页/共72页(接头后膜,

终板膜)第9页/共72页

2、传递过程及EPP产生：

与R结合,K+、Na+通道↓(化学门控)Endplatepotential↓（电紧张扩布）电压门控Na+通道激活↓肌膜上AP↓(前膜去极化)前膜Ca2+通道↓(Ca2+入前膜)ACh释放↓(量子性释放)ACh扩散至endplate↓AP第10页/共72页注意：

★1、量子释放quantalrelease：以小泡为单位的倾囊释放。

★2、终板电位

endplatepotential,EPP

1）定义:终板膜上产生的局部去极化电位。可随ACh释放增加而产生等级性变化。

2）不表现“全或无”传导，只能在局部进行紧张性电扩布。

3）一次神经冲动释放ACh所引起的EPP大小超过引起肌细胞AP所需阈值3~4倍,可刺激周围具有电压门控Na+通道的肌膜产生AP，使神经冲动与肌细胞收缩保持1对1。第11页/共72页★3、ACh的分解：

ACh在刺激终板膜产生终板电位的同时，可以被终板膜表面的胆碱酯酶分解（迅速）

ACh─→胆碱＋乙酸

★4、N2-ACh-R:N2型乙酰胆碱受体

1）筒箭毒、α-银环蛇毒和非去极化型肌松剂卡肌宁能特异性阻断N2型ACh受体通道;

2）有机磷农药、新斯的明可抑制胆碱酯酶活性，产生肌肉痉挛及其他副交感神经兴奋

症状。第12页/共72页

★5、传递特点：

1）单向传递：N→M，1对1

2）时间延搁：0.5～1.0ms

3）易受药物、环境和病理变化影响第13页/共72页(二)骨骼肌的收缩过程—肌丝滑行理论

myofilamentslidingtheory1.骨骼肌细胞的结构：

1)肌原纤维myofibril

肌节

sarcomere：每两个相邻Z线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的基本单位。

长2.0~2.2μm,变动在1.5~3.5μm肌束①②肌原纤维③第14页/共72页纵横暗带（A带）：长度较固定（1.5或1.6mm）；中央有相对透明H带(Hensen带)，H带中央有横向的暗线，称M线。明带（I带）：长度可变，收缩时可见I带缩短；明带中央也有一横向的暗线称Z线。第15页/共72页2)肌管系统

sarcotubularsystem：

横管transversetubule

（T管）

纵管longitudinaltubule（肌质网）

纵行肌质网LSR

连接肌质网JSR——终池

★三联管triad：

骨骼肌的T管与其两侧的终池第16页/共72页2.肌原纤维及其肌丝的分子组成1）粗肌丝thickfilament

肌球蛋白(肌凝蛋白,myosin),属收缩蛋白杆状部—朝向M线成主干

头部—横桥cross-bridge

:

可与肌动蛋白可逆性结合,具有ATP酶活性2）细肌丝thinfilament

(构成主干)

肌动蛋白(肌纤蛋白,actin):属收缩蛋白

肌钙蛋白(troponin):属调节蛋白原肌球蛋白(原肌凝蛋白,tropomyosin):属

调节蛋白第17页/共72页-肌球蛋白原肌球蛋白肌动蛋白有位阻效应原肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白粗肌丝分子组成肌钙蛋白第18页/共72页根据骨骼肌的微细结构的形态特点以及它们在肌肉收缩时的改变，Huxley等在50年代初就提出了用肌小节中粗、细肌丝的相互滑行来说明肌肉收缩的机制，被称为滑行理论。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963AndrewFieldingHuxleyLondonUniversity

London,GreatBritain肌丝的滑行第19页/共72页3.肌肉的收缩过程：①肌肉舒张状态时,横桥结合的ATP分解(ADP和Pi仍留在头部)→蓄积能量而处于高势能状态。②当终末池释放Ca2+→肌浆内Ca2+↑与肌钙蛋白结合→原肌球蛋白构型改变→解除位阻效应→横桥与肌动蛋白结合→横桥向M线方向摆动→拖动细肌丝滑行→肌小节变短→肌肉收缩。肌球蛋白原肌球蛋白--第20页/共72页③在横桥变构与摆动同时,ADP及Pi与横桥

分离→横桥再结合ATP→横桥与肌动蛋白

亲合力↓→并与肌动蛋白解离。解离后的

横桥随即将ATP分解,进入下一横桥周期。

④如胞浆内Ca2+↓→Ca2+与肌钙蛋白解

离→原肌球蛋白构型复原→位阻效应恢

复→横桥不能与肌动蛋白结合→细肌丝

回位→肌肉舒张。

⑤胞浆中升高的Ca2+,由肌质网膜上的Ca2+泵泵回肌质网(包括终池)第21页/共72页★横桥周期

cross-bridgecyclin

指横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过程。周期的长短决定肌肉的缩短速度。

肌肉的缩短速度肌肉产生的张力肌肉缩短的程度

参与摆动的横桥数目、循环进行的速率可影响：第22页/共72页(三)兴奋－收缩耦联

excitation-contractioncoupling

1.定义:把以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝的滑行为基础的机械收缩过程联系起来的中介过程。

2.中介过程三步骤：

①肌膜上AP沿肌膜和T管传向肌细胞深处；

②三联管结构处的信息传递；

③肌质网对Ca2+的贮存、释放和再聚积。第23页/共72页肌浆中[Ca2＋]升高机制：APT管膜L型Ca2＋通道激活终池Ca2＋释放入胞浆,胞浆Ca2＋↑与肌钙蛋白结合,触发肌肉收缩激活终池膜ryanodine受体L型Ca2＋通道变构(骨骼肌)Ca2＋经该通道内流(心肌)沿肌膜传到T管膜又称双氢吡啶受体(DHPR)该过程称钙触发钙释放RYR,一种对生物碱ryanodine有亲和力的Ca2＋释放通道第24页/共72页骨骼肌肌质网Ca2+释放机制

(构象变化触发钙释放)(终池膜上)JSR(纵行肌质网)膜上有钙释放通道（ryanodine受体，RYR）第25页/共72页骨骼肌肌质网Ca2+释放机制

(构象变化触发钙释放)(终池膜)第26页/共72页心肌肌质网Ca2+释放机制

(钙触发钙释放)(终池膜上)纵管（肌质网,SR)在肌原纤维周围的SR也称为纵行肌质网（LSR）第27页/共72页心肌肌质网Ca2+释放机制

(钙触发钙释放)第28页/共72页肌膜APL型Ca2＋通道激活Ca2＋释放入胞浆↓↓→→兴奋收缩耦联第29页/共72页

肌浆中[Ca2＋]降低机制：

胞浆中Ca2+

浓度升高激活肌质网

上的Ca2+泵将胞浆中Ca2+泵回肌

质网胞浆中Ca2+

浓度下降肌肉

舒张。

3.兴奋-收缩耦联的物质和结构基础:

耦联的关键物质——Ca2+

耦联的关键结构——三联管第30页/共72页二、影响横纹肌收缩效能的因素（骨骼肌收缩的外部表现和力学分析）肌束肌原纤维第31页/共72页肌肉收缩效能

performanceofcontraction产生张力force缩短程度shortening缩短的速度velocityW=F·SP=F·V作功输出功率第32页/共72页等张收缩

isotoniccontraction：

肌肉收缩时,张力不变,而长度缩短(缩短速度≠0)。如与关节屈曲有关的肌肉的收缩。

等长收缩

isometriccontraction：肌肉收缩时,长度不变(缩短速

度=0),而张力增加。维持姿势的抗重力肌,如颈后部肌的收缩。如体操中的“十字支撑”“直角支撑”武术中的站桩

第33页/共72页1.前负荷preload

定义：肌肉收缩前遇到的负荷

初长度：前负荷使肌肉在收缩前就处于某种拉长状态，使之具有一定的长度，即肌肉的初长度initiallength

前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。第34页/共72页负荷实验的装置布置调节钮第35页/共72页同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化骨骼肌的长度—张力关系曲线(前负荷)第36页/共72页长度－张力曲线第37页/共72页从长度—张力曲线可看出：

①肌肉收缩存在一个最适初长度(即最适前负荷)，此状态下，肌肉收缩产生的主动张力最大。②大于或小于最适初长度，肌肉收缩产生的张力均会下降。第38页/共72页最适初长度optimalinitiallength(收缩可以产生最大张力的初长度)肌小节长度为2.2μm第39页/共72页③曲线上述两特点与肌节长度即

粗细肌丝的重叠程度变化有关第40页/共72页安静时肌节长度为2.0~2.2μm肌节长度—张力关系曲线第41页/共72页前负荷↓初长度↓肌小节长度↓粗细肌丝的重叠程度↓发挥作用的横桥的数目↓产生张力的大小最适前负荷↓最适初长度↓肌小节2.2μm↓粗细肌丝处于最佳重叠程度↓发挥作用的横桥的数目最多↓产生张力的最大小结第42页/共72页2.后负荷afterload

定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，是收缩的阻力。

研究方法：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系。第43页/共72页肌肉在有后负荷下收缩(下图)时:

①总是张力产生在前，缩短产生

在后；

②后负荷愈大→产生的张力愈大,

但缩短开始的时间愈晚，缩短

的初速度和缩短的总长度也愈

小。第44页/共72页图A:不同后负荷对肌肉单收缩所产生的张力和缩短程度的影响359第45页/共72页从张力—速度曲线(下图)可看出：

①随着后负荷增加→收缩张力增加,而缩短速度减小。

②当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速度=0),可产生最大的张力(P0),此种收缩为等长收缩;当张力<P0时,肌肉收缩既产生张力,又出现缩短且每次收缩开始后,张力即不再增加,直至收缩完成(等张收缩)。

③当后负荷=0时，肌肉缩短可达最大缩短速度(Vmax)。第46页/共72页图B:张力－速度曲线产生最大张力而不出现缩短W=0后负荷为零时，产生最大缩短速度W=0P0——Vmax——曲线最弯处——

W最大既产生张力，又出现缩短，且每一收缩开始后，张力不再增加，故为等张收缩等长收缩第47页/共72页*肌肉收缩的缩短速度:取决于横桥周期的长短；

*肌肉收缩的收缩张力：取决于每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥的数目。

轻负荷:横桥摆动及其与肌动蛋白解离速度

快(缩短速度快);处于张力状态的横

桥数目少(收缩张力小)

重负荷:横桥摆动速度慢,横桥周期延长(缩

短速度慢);较多横桥处于张力状态

(收缩张力增加)第48页/共72页负荷对横桥周期的影响第49页/共72页3.肌肉的收缩能力contractility

定义:是指与负荷无关,但可影响肌肉收缩效能的肌肉的内在特性和功能状态。影响因素:(1)兴奋-收缩耦联过程,特别是[Ca2＋];(2)肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变,

特别是ATP酶活性；(3)神经、体液、药物及病理因素。第50页/共72页兴奋收缩耦联过程蛋白质或横桥功能特性缺氧酸中毒能源缺乏Ca2＋咖啡因肾上腺素提高收缩效果降低收缩效果第51页/共72页H+、K、ACh

心肌收缩力↓曲线左下移位Ca2+、NE、E、洋地黄类药物心肌收缩能力↑曲线右上移位第52页/共72页4.收缩的总和summation

：肌肉收缩频率的总和wavesummation运动单位数量总和motorunitsummation

骨骼肌一个重要的特性就是可以根据环境变化要求来调节肌肉收缩的强度。这个特性是通过收缩总和过程来实现的(注：肌肉收缩或AP频率与刺激频率有关)第53页/共72页1)运动单位及其总和

①

motorunit:一个脊髓前角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维。第54页/共72页舒张时:最大运动单位先停止放电和收缩,最后才是小运动单位停止活动。②motorunitsummation:大小原则

不同运动单位所包含的肌纤维数不同,可以从几根到上千根收缩时:弱收缩时,小运动单位先参与,随着收缩的增强,会有多个和大的运动单位参与。第55页/共72页①单收缩

twitches:A.受单一刺激→一个AP→一次肌肉收缩;

B.连续刺激的频率低(间隔>单收缩的时程)→多个分离AP→连续分离单收缩2)收缩频率的总和wavesummation

第56页/共72页收缩频率的总和wavesummation②不完全强直收缩

incompletetetanus：连续刺激频率增加→后续刺激落在前次收缩的舒张期→发生的多次收缩的总和。(虽产生多个AP,但AP时程仅1~2ms,相当于不应期,而收缩时程比其长得多,故收缩波融合,AP则否)第57页/共72页③强直收缩

tetanus：连续刺激频率再增加→后续刺激落在前次收缩的收缩期→发生的多次收缩的总和。收缩频率的总和wavesummation第58页/共72页强直收缩张力远大于单收缩的张力原因：胞质内Ca2+浓度持续升高第59页/共72页第60页/共72页第二节平滑肌生理一、平滑肌的结构平滑肌(smoothmuscle，plainmuscle)即无纹肌（non-striatedmuscle）的通称。被视为较横纹肌原始的一种肌肉。平滑肌纤维呈长梭形，无横纹。平滑肌受自主神经支配，为不随意肌。该肌收缩缓慢、持久。细胞核一个，呈长椭圆形或杆状，位于中央，收缩时核可扭曲呈螺旋形，核两端的肌浆较丰富。平滑肌纤维大小不一，一般长200μm，直径8μm；小血管壁平滑肌短至20μm，而妊娠子宫平滑肌可长达500μm。平滑肌主要分布于血管、气管、胃、肠等壁内。平滑肌纤维可单独存在，绝大部分是成束或成层分布的。第61页/共72页平滑肌虽然也具有同骨骼肌类似的肌丝结构，但由于它们不存在像骨骼肌那样平行而有序的排列（平滑肌的肌丝有它自己的“有序的”排列），它的特点是细胞内部存在一个细胞骨架，包含一些卵圆形的称为致密体的结构，它们也间隔地出现于细胞膜的内侧，称为致密区，并且后者与相邻细胞的类似结构相对，而且两层细胞膜也在此处连结甚紧，因而共同组成了一种机械性耦联，藉以完成细胞间张力的传递；细胞间也存在别的连接形式，如缝隙连接，它们可以实现细胞间的电耦联和化学耦联。第62页/共72页平滑肌细胞中的细肌丝有同骨骼肌类似的分子结构，但不含肌钙蛋白；同一体积的平滑肌所含肌纤蛋白的量是骨骼肌的2倍，推测平滑肌肌浆中有大量细肌丝存在，它们的排列大致与细胞长轴平行。与此相反，胞浆中肌凝蛋白的量却只有骨骼肌的1/4。估计连接在致密体上的3～5根细肌丝会被较少数目粗肌丝包绕，形成相互交错式的排列，这可能就是类似于骨骼肌中肌小节的功能单位。

第63页/共72页一般可分为两大类：一类称为多单位（multi-unit）平滑肌，其中所含各平滑肌细胞在活动时各自独立，类似骨骼肌细胞，如竖毛肌、虹膜肌、瞬膜肌（猫）、以及大血管平滑肌等，它们各细胞的活动受外来神经支配或受扩散到各细胞的激素的影响；另一类称为单位（single-unit）平滑肌，类似心肌组织，其中各细胞通过细胞间的电耦联而可以进行同步性活动，这类平滑肌大都具有自律性，在没有外来神经支配时也可进行近于正常的收缩活动（由于起搏细胞的自律性和内在神经丛的作用），以胃肠、子宫、输尿管平滑肌为代表。第64页/共72页二、平滑肌细胞的电活动1、静息电位：静息电位主要由K+的平衡电位形成，但Na+、Cl-、Ca2+以及生电性钠泵活动也参与了静息电位的形成。（-50~-60mv)2、消化道平滑肌细胞可自发产生节律性的去极化。研究表明：在安静状态下，用微电极可在胃肠道纵行肌细胞静息电位基础上记录到一种缓慢的、大小不等的、节律性去极化波，由于其发生频率较慢而被称为慢波电位，又称基本电节律(basicelectricalrhythum,BER)。膜自动除极化达到阈电位的膜电位变化称起搏点电位（pacemakerpo