第三章第四節(jié)肌肉的收縮功能

1、第四節(jié)第四節(jié) 肌肉的收縮功能肌肉的收縮功能 肌肉肌肉橫紋肌橫紋肌平滑肌平滑肌骨骼肌骨骼肌 心肌心肌一一. . 骨骼肌的收縮功能骨骼肌的收縮功能運動神經(jīng)元興奮運動神經(jīng)元興奮神經(jīng)神經(jīng)- -肌接頭肌接頭骨骼肌細胞骨骼肌細胞興奮興奮- -收縮耦聯(lián)收縮耦聯(lián)骨骼肌收縮骨骼肌收縮 （一）神經(jīng)（一）神經(jīng)- -肌接頭的興奮傳遞肌接頭的興奮傳遞1. 1. 神經(jīng)神經(jīng)- -肌接頭（肌接頭（neuromuscular junctionneuromuscular junction）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)接頭前膜接頭前膜(prejunctional membrane) :運動神經(jīng)纖維末梢運動神經(jīng)纖維末梢 （膨大，無髓鞘）（膨大，無髓鞘）

2、接頭間隙接頭間隙(junctional cleft)接頭后膜接頭后膜 (postjunctional membrane ) :對應(yīng)的肌細胞膜，對應(yīng)的肌細胞膜， 又稱終板（又稱終板（end plate） Na+2. neuromuscular junction 的興奮傳遞的興奮傳遞 APAP達運動神經(jīng)末梢達運動神經(jīng)末梢前膜去極化前膜去極化前膜前膜CaCa2+2+通道開放通道開放, , Ca2+Ca2+入前膜入前膜AChACh釋放釋放( (量子化釋放量子化釋放) )AChACh擴散至擴散至endplateendplateAChACh與與R R結(jié)合結(jié)合, K, K+ +、NaNa+ +通道開放通道開

3、放 ( (化學(xué)門控化學(xué)門控) ) Endplate potentialEndplate potential（電緊張擴布電緊張擴布）終板終板附近肌膜上附近肌膜上電壓門控電壓門控NaNa+ +通道激活通道激活 APAch被膽堿酯酶水解，膽堿可被回收至前膜重復(fù)利用被膽堿酯酶水解，膽堿可被回收至前膜重復(fù)利用 量子釋放量子釋放（quantal releasequantal release）: : 微終板電位微終板電位（miniature end-plate potentialminiature end-plate potential）：）： 去極化約去極化約0.4 mV/0.4 mV/囊泡囊泡 終板電位

4、終板電位（end-plate potential, EPPend-plate potential, EPP） 1 1）定義定義 : : 終板膜終板膜上產(chǎn)生的局部去極化電位。可隨上產(chǎn)生的局部去極化電位?？呻S AChACh釋放增加而產(chǎn)生等級性變化。釋放增加而產(chǎn)生等級性變化。 2 2）不表現(xiàn)不表現(xiàn)“全或無全或無”傳導(dǎo)，只能在局部進行緊張性電擴傳導(dǎo)，只能在局部進行緊張性電擴布布 3 3）一次神經(jīng)沖動釋放一次神經(jīng)沖動釋放AChACh所引起的所引起的EPPEPP大小超過引起肌細大小超過引起肌細胞胞APAP所需閾值所需閾值3434倍倍, ,可刺激可刺激周圍周圍具有具有電壓門控電壓門控NaNa+ +通道通道的

5、的肌膜肌膜產(chǎn)生產(chǎn)生APAP，使神經(jīng)沖動與肌細胞收縮保持，使神經(jīng)沖動與肌細胞收縮保持1 1對對1 1。 相關(guān)藥物相關(guān)藥物： 新斯的明、有機磷農(nóng)藥新斯的明、有機磷農(nóng)藥: :抑制膽堿酯酶；抑制膽堿酯酶； 筒箭毒堿、筒箭毒堿、 - -銀環(huán)蛇毒等：阻斷膽堿銀環(huán)蛇毒等：阻斷膽堿N N受體。受體。（二）骨骼肌的收縮活動（二）骨骼肌的收縮活動1. 1. 骨骼肌的超微結(jié)構(gòu)：骨骼肌的超微結(jié)構(gòu)：肌原纖維（肌原纖維（myofibril）肌管系統(tǒng)（肌管系統(tǒng)（sarcobutubular system）（1 1）肌原纖維的結(jié)構(gòu)和分子構(gòu)成：肌原纖維的結(jié)構(gòu)和分子構(gòu)成：粗肌絲和細肌絲及其排列：粗肌絲和細肌絲及其排列： 肌原纖維

6、肌原纖維 粗肌絲粗肌絲:（thick filament）細肌絲細肌絲（thin filament）肌球蛋白（肌球蛋白（myosin） 肌動蛋白（肌動蛋白（actin）:肌纖蛋白肌纖蛋白原肌凝蛋白（原肌凝蛋白（tropomyosin）肌鈣蛋白（肌鈣蛋白（troponin收縮收縮蛋白：蛋白：actin and myosin調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白：蛋白：tropomyosin and troponin 肌纖維膜肌內(nèi)膜肌束膜纖維束肌外膜肌腹肌小節(jié)：是肌肉收縮的基本功能單位。肌小節(jié)：是肌肉收縮的基本功能單位。 兩側(cè)兩側(cè)1/2明帶和中間部分的暗帶，明帶和中間部分的暗帶， 明帶明帶暗帶暗帶H帶帶M線線Z線線肌小節(jié)肌小

7、節(jié) M 線線 肌球蛋白（肌球蛋白（myosin） （2）肌管系統(tǒng)（）肌管系統(tǒng)（sarcotubular system）:w兩兩列肌纖蛋白的單體聚合成球狀，形成細列肌纖蛋白的單體聚合成球狀，形成細絲的主干，每一個單體上具有一個和肌凝絲的主干，每一個單體上具有一個和肌凝蛋白結(jié)合的位點。蛋白結(jié)合的位點。w肌纖蛋白和肌凝蛋白為收縮蛋白。肌纖蛋白和肌凝蛋白為收縮蛋白。w原肌凝蛋白在安靜是疏松的附在肌纖蛋白原肌凝蛋白在安靜是疏松的附在肌纖蛋白絲上，覆蓋了其與肌凝蛋白結(jié)合的位點。絲上，覆蓋了其與肌凝蛋白結(jié)合的位點。w肌鈣蛋白有與肌鈣蛋白有與Ca2+結(jié)合的作用，調(diào)節(jié)原肌結(jié)合的作用，調(diào)節(jié)原肌凝蛋白的變構(gòu)，暴露肌

8、纖蛋白的結(jié)合位點。凝蛋白的變構(gòu)，暴露肌纖蛋白的結(jié)合位點。w肌鈣蛋白和原肌凝蛋白為調(diào)節(jié)蛋白。肌鈣蛋白和原肌凝蛋白為調(diào)節(jié)蛋白。 （2）肌管系統(tǒng)（）肌管系統(tǒng)（sarcotubular system）:橫管橫管（transverse tubele）: T管（管（T tubule）, 肌膜內(nèi)陷而成，垂直肌膜內(nèi)陷而成，垂直于肌原纖維于肌原纖維縱管縱管（longitudinal tubule）：肌質(zhì)網(wǎng)（）：肌質(zhì)網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum, SR）,平行于肌原纖維，并包繞肌原纖維。又分為：平行于肌原纖維，并包繞肌原纖維。又分為： 縱行肌質(zhì)網(wǎng)（縱行肌質(zhì)網(wǎng)（longitudinal SR,

9、LSR）: 連接肌質(zhì)網(wǎng)（連接肌質(zhì)網(wǎng)（junctional SR, JSR）：終池（）：終池（terminal cisterna）三聯(lián)管三聯(lián)管（triad）: T管管+兩側(cè)終池兩側(cè)終池w每一橫管和來自兩側(cè)肌小節(jié)的縱管終末池，每一橫管和來自兩側(cè)肌小節(jié)的縱管終末池，構(gòu)成了三聯(lián)管結(jié)構(gòu)。構(gòu)成了三聯(lián)管結(jié)構(gòu)。w肌管系統(tǒng)指包繞在每一條肌原纖維周圍的肌管系統(tǒng)指包繞在每一條肌原纖維周圍的膜性囊管狀結(jié)構(gòu)，由來源和功能都不相同膜性囊管狀結(jié)構(gòu)，由來源和功能都不相同的兩組獨立的管道系統(tǒng)組成。的兩組獨立的管道系統(tǒng)組成。w橫管系統(tǒng)或稱橫管系統(tǒng)或稱T管：是由肌細胞的表面膜向管：是由肌細胞的表面膜向內(nèi)凹入而形成，管腔通過肌膜凹入

10、處的小內(nèi)凹入而形成，管腔通過肌膜凹入處的小孔與細胞外液相通?？着c細胞外液相通。w縱管系統(tǒng)（縱管系統(tǒng)（L管）：肌漿網(wǎng)主要包繞每個肌管）：肌漿網(wǎng)主要包繞每個肌小節(jié)的中間部分，這是一些相互溝通的管小節(jié)的中間部分，這是一些相互溝通的管道，但是在接近肌小節(jié)兩端的橫管時管腔道，但是在接近肌小節(jié)兩端的橫管時管腔出現(xiàn)膨大，稱為終末池。它使縱管以較大出現(xiàn)膨大，稱為終末池。它使縱管以較大的面積和橫管相靠近。的面積和橫管相靠近。 ryanodine 受體受體 2. 2. 骨骼肌細胞的收縮機制：肌絲滑動原理骨骼肌細胞的收縮機制：肌絲滑動原理 橫橋頭具橫橋頭具ATPATP酶活性，肌肉舒張時，橫橋（酶活性，肌肉舒張時，橫

11、橋（cross cross bridgebridge）結(jié)合的）結(jié)合的ATPATP被分解為被分解為ADP+PiADP+Pi，結(jié)合了，結(jié)合了ADP+PiADP+Pi的橫橋處于高勢能狀態(tài)，它與細肌絲垂直，的橫橋處于高勢能狀態(tài)，它與細肌絲垂直，與肌動蛋白有與肌動蛋白有高高親和力，但無法結(jié)合（因結(jié)合位親和力，但無法結(jié)合（因結(jié)合位點未暴露）。點未暴露）。 肌漿內(nèi)肌漿內(nèi)CaCa2+2+，與肌鈣蛋白結(jié)合，與肌鈣蛋白結(jié)合原肌球蛋白構(gòu)型改原肌球蛋白構(gòu)型改變變解除位阻效應(yīng)解除位阻效應(yīng)處于高勢能的橫橋處于高勢能的橫橋（與（與ADP ADP 及磷酸基結(jié)合）及磷酸基結(jié)合）與肌動蛋與肌動蛋白結(jié)合，拖動肌動蛋白向白結(jié)合，拖動

12、肌動蛋白向M M線方向扭動線方向扭動4545 （粗、細?。ù?、細肌絲相對滑行）（同時絲相對滑行）（同時ADP ADP 及磷酸基與橫橋分離）及磷酸基與橫橋分離）肌小肌小節(jié)變短節(jié)變短肌肉收縮肌肉收縮 ATP ATP結(jié)合到橫橋頭，使后者構(gòu)象改變，與肌動蛋白親結(jié)合到橫橋頭，使后者構(gòu)象改變，與肌動蛋白親和力和力而與之解離而與之解離 ATP ATP分解供能，使橫橋（與分解供能，使橫橋（與ADP ADP 及磷酸基結(jié)合）向及磷酸基結(jié)合）向Z Z線回位（恢復(fù)高勢能狀態(tài)）線回位（恢復(fù)高勢能狀態(tài)）ADPADP與橫橋頭解離，與橫橋頭解離，myosin myosin 再與再與tropomyosintropomyosin

13、的新位的新位點結(jié)合點結(jié)合 橫橋周期橫橋周期 (cross-bridge cyclin) 橫橋與肌動蛋白結(jié)合、擺動、復(fù)位與再結(jié)合的過程。橫橋與肌動蛋白結(jié)合、擺動、復(fù)位與再結(jié)合的過程。 周期的長短決定肌肉的縮短速度。周期的長短決定肌肉的縮短速度。橫橋扭動的橫橋扭動的2 2作用：作用： 收縮肌肉；收縮肌肉； 伸長橋臂，產(chǎn)生張力伸長橋臂，產(chǎn)生張力 胞漿中胞漿中Ca2+Ca2+濃度濃度，激活肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵，激活肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵 后者分解后者分解ATPATP獲得能量，將胞質(zhì)中的獲得能量，將胞質(zhì)中的Ca2+Ca2+主動泵主動泵回肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)回肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi) 胞質(zhì)中胞質(zhì)中Ca2+Ca2+濃度降低，濃度降低，Ca2+C

14、a2+與與troponintroponin解離解離 troponintroponin與與tropomyosintropomyosin恢復(fù)到安靜狀態(tài)，重恢復(fù)到安靜狀態(tài)，重新形成位阻，阻斷新形成位阻，阻斷myosinmyosin與與actinactin結(jié)合結(jié)合 橫橋周期停止，橫橋周期停止，肌肉舒張肌肉舒張。（三）骨骼肌的興奮（三）骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)（收縮耦聯(lián)（excitation-contraction coupling）AP 從肌膜傳到從肌膜傳到T管管L-鈣通道構(gòu)象改變，激活鈣通道構(gòu)象改變，激活JSR膜上的膜上的ryanodine受體受體內(nèi)鈣釋放后進入胞質(zhì)，胞質(zhì)內(nèi)鈣釋放后進入胞質(zhì)，胞質(zhì)Ca2

15、+濃度升高濃度升高與肌鈣蛋白結(jié)合，原肌球蛋白構(gòu)象改變，肌細胞機械收縮與肌鈣蛋白結(jié)合，原肌球蛋白構(gòu)象改變，肌細胞機械收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵物質(zhì)耦聯(lián)的關(guān)鍵物質(zhì) 耦聯(lián)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)耦聯(lián)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)三聯(lián)管三聯(lián)管 Ca2+骨骼肌細胞質(zhì)內(nèi)的鈣絕大多數(shù)骨骼肌細胞質(zhì)內(nèi)的鈣絕大多數(shù)(約約100%)源于源于JSR鈣釋放。鈣釋放。胞質(zhì)中的胞質(zhì)中的Ca2+由由0.1 M1-10 M 心肌細胞心肌細胞胞質(zhì)內(nèi)鈣有胞質(zhì)內(nèi)鈣有10%-20%經(jīng)經(jīng)L-鈣通道路內(nèi)流，鈣通道路內(nèi)流，80%-90%經(jīng)經(jīng)SR釋放。釋放。且后者依賴于前者才得以進行且后者依賴于前者才得以進行。鈣觸發(fā)的鈣釋放（鈣觸發(fā)的鈣釋放（calcium-induced Ca2+ re

16、lease） 肌漿中肌漿中CaCa2 2 降低機制：降低機制： 胞漿中胞漿中Ca2+ 濃度升高濃度升高 激活肌質(zhì)網(wǎng)上的激活肌質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+泵泵 將胞漿中將胞漿中Ca2+泵回肌質(zhì)網(wǎng)泵回肌質(zhì)網(wǎng) 胞漿中胞漿中Ca2+ 濃度下降濃度下降 肌肉舒張肌肉舒張 （四）骨骼肌的收縮形式及影響收縮的因素（四）骨骼肌的收縮形式及影響收縮的因素1.1. 收縮收縮形式形式： 等長收縮（等長收縮（isometric contractionisometric contraction） 等張收縮（等張收縮（isotonic contractionisotonic contraction） 2. 影響因素：影響因素：（1）

17、前負荷（）前負荷（preload），初長度（），初長度（initial length）前負荷的大小決定了初長度，因而前負荷可用初長度表示。前負荷的大小決定了初長度，因而前負荷可用初長度表示。 從長度從長度張力曲線可看出：張力曲線可看出： 肌肉收縮存在一個肌肉收縮存在一個最適初長最適初長 度度(即即最適前負荷最適前負荷)，此狀態(tài)下，此狀態(tài)下，肌肉收縮產(chǎn)生的主動張力最大。肌肉收縮產(chǎn)生的主動張力最大。 大于或小于最適初長度，肌肉收縮產(chǎn)生的張力均會下降。大于或小于最適初長度，肌肉收縮產(chǎn)生的張力均會下降。肌小節(jié)長度為肌小節(jié)長度為2.2m安靜時肌節(jié)長度為安靜時肌節(jié)長度為2.0 2.0 2.22.2m肌節(jié)長

18、度肌節(jié)長度張力關(guān)系曲線張力關(guān)系曲線 最適初長度最適初長度 （optimal initial length） 肌肉收縮產(chǎn)生的肌肉收縮產(chǎn)生的張力大小張力大小由肌小節(jié)中由肌小節(jié)中與細肌絲接觸的與細肌絲接觸的橫橋數(shù)目決定橫橋數(shù)目決定：處于最適初長時，粗、細肌絲處于最：處于最適初長時，粗、細肌絲處于最佳重疊狀態(tài)，所有橫橋都能與細肌絲接觸。佳重疊狀態(tài)，所有橫橋都能與細肌絲接觸。 骨骼肌的初長骨骼肌的初長已定，主要受后負荷影響；已定，主要受后負荷影響； 心肌初長心肌初長則受主室充盈程度影響。則受主室充盈程度影響。 前負荷前負荷初長度初長度肌小節(jié)長度肌小節(jié)長度粗細肌絲的粗細肌絲的重疊程度重疊程度發(fā)揮作用的發(fā)揮

19、作用的橫橋的數(shù)目橫橋的數(shù)目產(chǎn)生張力的大小產(chǎn)生張力的大小最適前負荷最適前負荷最適初長度最適初長度肌小節(jié)肌小節(jié)2.2m2.2m粗細肌絲處于粗細肌絲處于最佳重疊程度最佳重疊程度發(fā)揮作用的發(fā)揮作用的橫橋的數(shù)目最多橫橋的數(shù)目最多產(chǎn)生張力的最大產(chǎn)生張力的最大 （2 2）后負荷）后負荷（afterload）: 定義定義：是肌肉開始收縮時才遇到的負荷或阻力：是肌肉開始收縮時才遇到的負荷或阻力。它。它不能改變肌肉初長，但能阻礙肌肉收縮時的短縮，不能改變肌肉初長，但能阻礙肌肉收縮時的短縮， 。 研究方法研究方法：把前負荷固定在最適前負荷，逐次改變：把前負荷固定在最適前負荷，逐次改變后負荷，研究肌肉產(chǎn)生張力的大小與

20、速度的關(guān)系。后負荷，研究肌肉產(chǎn)生張力的大小與速度的關(guān)系。 圖圖A:不同后負荷對肌肉單收縮所產(chǎn)生的張力和縮短程度的影響不同后負荷對肌肉單收縮所產(chǎn)生的張力和縮短程度的影響總是張力產(chǎn)生在前，縮短產(chǎn)生在后；總是張力產(chǎn)生在前，縮短產(chǎn)生在后； 后負荷愈大后負荷愈大產(chǎn)生的張力愈大產(chǎn)生的張力愈大,但縮短開始的時間但縮短開始的時間愈晚，縮短的初速度和縮短的總長度也愈愈晚，縮短的初速度和縮短的總長度也愈 小。小。 隨著后負荷增加隨著后負荷增加收縮張力增加收縮張力增加,而縮短速度減小。而縮短速度減小。 當(dāng)后負荷增加到肌肉不能縮短時當(dāng)后負荷增加到肌肉不能縮短時(縮短速度縮短速度=0可產(chǎn)生最大的可產(chǎn)生最大的張力張力(P

21、0), 此種收縮為此種收縮為等長收縮等長收縮;當(dāng)張力當(dāng)張力單收縮的時單收縮的時 程程)多個分離多個分離AP連續(xù)分離單收縮連續(xù)分離單收縮 incomplete tetanus：連續(xù)刺激頻率增加：連續(xù)刺激頻率增加后續(xù)刺激落在后續(xù)刺激落在前次收縮的舒張期前次收縮的舒張期發(fā)生的多次收縮的總和。發(fā)生的多次收縮的總和。tetanus：連續(xù)刺激頻率再增加：連續(xù)刺激頻率再增加后續(xù)刺激落在前次收縮后續(xù)刺激落在前次收縮的收縮期的收縮期發(fā)生的多次收縮的總和。發(fā)生的多次收縮的總和。 強直收縮張力遠大于單收縮的張力強直收縮張力遠大于單收縮的張力原因原因：胞質(zhì)內(nèi)：胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度持續(xù)升高濃度持續(xù)升高 二二. . 平滑肌

22、的收縮功能平滑肌的收縮功能1. 1. 平滑肌的分類：平滑肌的分類：單單位平滑肌單單位平滑?。╱nitary smooth muscleunitary smooth muscle）：）： 小血管、消化道、子宮、膀胱等中空器官。肌細胞間有小血管、消化道、子宮、膀胱等中空器官。肌細胞間有g(shù)ap gap junctionjunction，多細胞協(xié)同功作，類似于心肌，所有肌纖維作為一個單位，多細胞協(xié)同功作，類似于心肌，所有肌纖維作為一個單位對刺激作出反應(yīng)，所有細胞的電、機械活動近于同步。有少數(shù)細胞具對刺激作出反應(yīng)，所有細胞的電、機械活動近于同步。有少數(shù)細胞具有自發(fā)性、節(jié)律性。牽張刺激能引發(fā)肌肉收縮反應(yīng)。

23、有自發(fā)性、節(jié)律性。牽張刺激能引發(fā)肌肉收縮反應(yīng)。多單位平滑肌多單位平滑?。╩ultiunit smooth musclemultiunit smooth muscle）：）： 虹膜、睫狀肌、豎毛肌、輸精管、大血管平滑肌等，無虹膜、睫狀肌、豎毛肌、輸精管、大血管平滑肌等，無gap gap junctionjunction，獨立工作，無自律性，受自主神經(jīng)支配。收縮強度取決于，獨立工作，無自律性，受自主神經(jīng)支配。收縮強度取決于參與的肌纖維數(shù)及刺激的頻率。通常受牽張不產(chǎn)生肌肉收縮。參與的肌纖維數(shù)及刺激的頻率。通常受牽張不產(chǎn)生肌肉收縮。單單- -多單位之間多單位之間的平滑肌的平滑肌 2.2.各類平滑肌均具有：時相性收縮、緊張性收縮兩方式。各類平滑肌均具有：時相性收縮、緊張性收縮兩方式。3.3.平滑肌活動的神經(jīng)調(diào)節(jié)：平滑肌活動的神經(jīng)調(diào)節(jié)： 骨骼肌收縮完全依賴于神經(jīng)系統(tǒng)支配。骨骼肌收縮完全依賴于神經(jīng)系統(tǒng)支配。平滑肌（主要是單單位平滑?。┚哂凶月尚?，外源性神經(jīng)沖平滑?。ㄖ饕菃螁挝黄交。┚哂凶月尚?，外源性神經(jīng)沖動不是引發(fā)肌肉收縮的必要條件，僅具有調(diào)節(jié)興奮性、影動不是引發(fā)肌肉收縮的必要條