《細(xì)胞3生理學(xué)》PPT課件.ppt

1、5 骨骼肌收縮功能,一、神 經(jīng) - 骨 骼 肌 接 頭 處 興 奮 的 傳 遞,1 神經(jīng)-骨骼肌接頭處的結(jié)構(gòu) 2 神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞過(guò)程 3 神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞的特征,內(nèi)有囊泡； 囊泡內(nèi)含有ACh,寬約50nm 充滿了細(xì)胞外液,又叫終板膜 有皺褶 有N2-型ACh受體 有乙酰膽堿酯酶,接頭前膜,接頭間隙,接頭后膜,接 頭 后 膜,接 頭 后 膜,2 神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞過(guò)程,一,Ca2+通道開(kāi)放， Ca2+內(nèi)流,AP傳至神經(jīng)末梢,二,囊泡移向接頭前膜，釋放ACh,三,ACh和N2-型ACh受體結(jié)合,受體通道開(kāi)放,Na+內(nèi)流，K+外流,終板膜去極化,終板電位（EPP）,四,

2、肌膜去極化達(dá)閾電位,EPP通過(guò)電緊張電位刺激鄰近肌膜,形成肌細(xì)胞膜動(dòng)作電位,五,AP傳播至整個(gè)肌細(xì)胞膜,總結(jié),Ach和膽堿酯酶結(jié)合，降解,神經(jīng)-肌接頭處興奮傳遞過(guò)程,AP傳至神經(jīng)末梢，接頭前膜去極化 Ca2+通道開(kāi)放， Ca2+內(nèi)流 囊泡移向接頭前膜，釋放ACh ACh和N2-型ACh受體結(jié)合 受體蛋白通道開(kāi)放 Na+內(nèi)流，K+外流 接頭后膜去極化 EPP 電緊張性擴(kuò)布 鄰近肌膜去極化達(dá)閾電位 形成肌細(xì)胞膜動(dòng)作電位,終板電位,定義：局限于終板膜上的去極化電位。 機(jī)理:N2型ACh 受體陽(yáng)離子通道(Na+ K+) ACh 受體陽(yáng)離子通道阻斷劑:筒箭毒堿，-銀環(huán)蛇毒 特點(diǎn)： 非“全或無(wú)”式的，其大

3、小與接頭前膜釋放的ACh的量成正比;無(wú)不應(yīng)期;可總和;電緊張擴(kuò)布,ACh量子釋放,1、量子釋放（quantal release）:接頭前膜以一個(gè)囊泡為單位釋放Ach. 2、微終板電位（miniature endplate potential, MEPP）: 由一個(gè)ACh量子引起的終板膜電位變化叫做MEPP，幅度為0.4mV。 自發(fā)的去極化電位波動(dòng)(圖5-3),4 MEPP 1.6 mV,1 MEEP 0.4 mV,3 神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞的特征,是化學(xué)傳遞 神經(jīng)與骨骼肌的興奮傳遞是1對(duì)1的 單向性傳遞 時(shí)間延擱 易受環(huán)境因素變化的影響,4 N-M接頭傳遞阻斷 突觸前因素,影響Ca2+內(nèi)流

4、(Mg2+） 細(xì)胞外低Ca2+(圖5-5) 肌無(wú)力綜合征(Ca2+通道),阻斷遞質(zhì)釋放 （肉毒素）,遞質(zhì)耗竭 （ 黑寡婦蜘蛛毒）,N-M接頭傳遞阻斷 突觸后因素,競(jìng)爭(zhēng)性抑制（箭毒，-銀環(huán)蛇毒） 膽堿脂酶的活性（有機(jī)磷）,二、骨骼肌收縮機(jī)制,（一） 骨骼肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu) （二） 骨骼肌細(xì)胞的收縮機(jī)制 （三） 骨骼肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián) （四） 骨骼肌細(xì)胞的舒張機(jī)制（了解）,（一） 骨骼肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu),骨骼肌細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是含有大量肌原纖維和豐富的肌管系統(tǒng)。 1 肌原纖維和肌小節(jié) 2 肌管系統(tǒng),1.1 肌原纖維(Myofibril),肌肉,肌束,肌纖維,肌原纖維,肌絲,明帶：長(zhǎng)度可變，其

5、正中的暗線為Z線 暗帶：長(zhǎng)度固定（1.5um） ，正中相對(duì)透明區(qū)為H帶，H 帶中央的暗線稱為M線,?,1.2 肌小節(jié)(Sarcomere),肌原纖維上位于兩條Z線之間的區(qū)域，稱為肌小節(jié)。是肌肉收縮和舒張的最基本單位。 包含一個(gè)位于中間部分的暗帶和兩側(cè)各的明帶(肌小節(jié)= 明帶+暗帶+明帶)。 長(zhǎng)度：1.53.5um（安靜時(shí)：2.02.2um）,1.3 肌 絲,肌小節(jié)的明帶和暗帶包含有更細(xì)的、縱向平行排列的絲狀結(jié)構(gòu)，稱為肌絲。 粗肌絲:主要成分-肌球蛋白 細(xì)肌絲:原肌球蛋白;肌動(dòng)蛋白;肌鈣蛋白,肌絲的組成和部位,粗肌絲：較粗，直徑約10nm，其長(zhǎng)度與暗帶相同,1.5um；M線是固定成束的粗肌絲的一

6、種結(jié)構(gòu) 細(xì)肌絲：較細(xì)，直徑約5nm，它們由Z線結(jié)構(gòu)向兩側(cè)明帶伸出，每側(cè)的長(zhǎng)度都是1.0um,暗帶中含有粗肌絲和細(xì)肌絲，明帶中含有細(xì)肌絲； 暗帶中粗肌絲未與細(xì)肌絲重疊的相對(duì)透明的區(qū)域，即為H帶。,肌絲的分子組成,粗肌絲,由肌球蛋白（亦稱肌凝蛋白）組成,桿狀部,球狀部,橫橋的特性： a.具有與肌纖蛋白結(jié)合的位點(diǎn) b.具有ATP酶的活性,細(xì)肌絲,肌纖蛋白,原肌球蛋白,肌鈣蛋白,細(xì) 肌 絲,肌纖蛋白 (actin，亦稱肌動(dòng)蛋白) ：占60%，單體呈球狀，聚合成雙螺旋狀，成為細(xì)肌絲的主干 具有與橫橋結(jié)合的位點(diǎn) 原肌凝蛋白（tropomyosin）：長(zhǎng)桿狀分子，呈雙螺旋結(jié)構(gòu) 肌肉安靜時(shí)覆蓋結(jié)合位點(diǎn),3)

7、肌鈣蛋白（troponin） ： 以一定的間隔出現(xiàn)在原肌凝蛋白的雙螺旋結(jié)構(gòu)上,肌鈣蛋白的分子呈球形，含有三個(gè)亞單位。 C 亞單位：結(jié)合Ca2+； T 亞單位:結(jié)合原肌凝蛋白分子； I 亞單位:當(dāng)C 亞單位與Ca2+結(jié)合時(shí)，可傳遞信息給原肌凝蛋白，引起后者分子構(gòu)象發(fā)生改變，解除其對(duì)肌纖蛋白和橫橋相互結(jié)合的阻礙作用。 肌纖蛋白和肌凝蛋白被稱為收縮蛋白質(zhì)（C)。 原肌凝蛋白和肌鈣蛋白被稱為調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)(R)。,Myofilament 肌原纖維,Thick filament: (粗肌絲),Myosin （肌球蛋白),Head consists of 4 light, two heavy chain (頭

8、部),Tail consist of two heavy chains (桿狀部分）,Thin filament (細(xì)肌絲）,R,C,Tropomyosin ( 原肌球蛋白）,Actin (肌纖蛋白) has binding sites of myosin,Trponin (肌鈣蛋白) has affinities for actin, tropomyosin and Ca2+,2 肌管系統(tǒng),橫管系統(tǒng),是由肌細(xì)胞的表面膜向內(nèi)凹入位于明、暗帶交界處（骨骼?。┗騔線的附近（心?。?走行方向和肌原纖維相垂直，簡(jiǎn)稱T管,與細(xì)胞外液相通 橫管系統(tǒng)的作用：將肌細(xì)胞膜興奮時(shí)出現(xiàn)的電變化沿T管膜傳入細(xì)胞內(nèi)部,

9、縱管系統(tǒng),也稱肌漿網(wǎng)，簡(jiǎn)稱L管 走行方向和肌小節(jié)平行，主要包繞每個(gè)肌小節(jié)的中間部分 它們相互溝通，但不與細(xì)胞外液或胞漿溝通 終末池：縱管系統(tǒng)在接近橫管時(shí)管腔出現(xiàn)膨大 肌漿網(wǎng)和終末池的作用:通過(guò)鈣離子的貯存、釋放和再積聚，觸發(fā)肌小節(jié)的收縮和舒張,（二） 骨骼肌細(xì)胞的收縮機(jī)制,1 肌絲滑行學(xué)說(shuō) 2 肌絲滑行的基本過(guò)程,1 肌絲滑行學(xué)說(shuō),Huxley等在50年代初期就提出了滑行學(xué)說(shuō)（sliding theory）： 主要內(nèi)容：肌肉收縮時(shí)，在外觀上整個(gè)肌肉或肌纖維的縮短。 但在肌細(xì)胞內(nèi)并無(wú)肌絲或它們所含的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的縮短。 而只是在每一個(gè)肌小節(jié)內(nèi)發(fā)生了細(xì)肌絲向粗肌絲之間的滑行，亦即由Z線發(fā)出的細(xì)肌

10、絲在某種力量的作用下主動(dòng)向暗帶中央移動(dòng)。,滑行結(jié)果：肌小節(jié)長(zhǎng)度變短，造成整個(gè)肌原纖維、肌細(xì)胞乃至整條肌肉長(zhǎng)度的縮短。 滑行現(xiàn)象最直接的證明：肌肉收縮時(shí)暗帶長(zhǎng)度無(wú)變化，明帶長(zhǎng)度縮短；暗帶中央H帶變窄。,2 肌絲滑行的基本過(guò)程,改變,橫橋與肌動(dòng)蛋白 結(jié)合、擺動(dòng)、復(fù)位 和再結(jié)合的過(guò)程,（三）骨骼肌細(xì)胞興奮-收縮耦聯(lián),將肌細(xì)胞以膜的電變化為特征的興奮過(guò)程和以肌絲滑行為基礎(chǔ)的收縮過(guò)程之間的聯(lián)系起來(lái)的中介過(guò)程，稱為興奮-收縮耦聯(lián)（excitation-contraction coupling）,Where intracellular Ca2+ comes from during contraction?,

11、Influx through L-type Ca channel Release from SR via RYR,興奮-收縮耦聯(lián)的過(guò)程,1肌膜動(dòng)作電位經(jīng)管傳向肌細(xì)胞的深處，激活管的型鈣通道。,2、-型鈣通道激活RYR受體，使JSR內(nèi)的Ca2+流入胞質(zhì)。,3、胞質(zhì)Ca2+內(nèi)濃度增高，與肌鈣蛋白結(jié)合，肌肉收縮。,4、LSR上的鈣泵活動(dòng)，肌肉舒張。,Ca2+是興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵物質(zhì)三聯(lián)管結(jié)構(gòu)是興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵部位,興奮-收縮耦聯(lián)的過(guò)程,1肌膜動(dòng)作電位經(jīng)管傳向肌細(xì)胞的深處，激活管的型鈣通道。,2、-型鈣通道激活RYR受體，使JSR內(nèi)的Ca2+流入胞質(zhì)(圖5-14)。,3、胞質(zhì)Ca2+內(nèi)濃度增高，

12、與肌鈣蛋白結(jié)合，肌肉收縮。,4、LSR上的鈣泵活動(dòng)，肌肉舒張。,興奮-收縮耦聯(lián)過(guò)程中，骨骼肌和心肌的不同點(diǎn),Ca2+是興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵物質(zhì)三聯(lián)管結(jié)構(gòu)是興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵部位 Ca2+ 瞬變: 肌細(xì)胞發(fā)生一次收縮和舒張之前,胞質(zhì)中Ca2+ 濃度的升高和降低, 是肌肉收縮和舒張的決定因素(圖5-16).,四、影響橫紋肌收縮效能的因素,骨骼肌在體內(nèi)收縮時(shí)，可引起兩方面的力學(xué)變化：,肌肉縮短，牽動(dòng)骨骼，改變軀體的姿勢(shì),張力增加，以對(duì)抗某種外力的牽拉，維持原有姿勢(shì)。,因此，骨骼肌有兩個(gè)極端的收縮形式：,等長(zhǎng)收縮和等張收縮,等長(zhǎng)收縮（lsometric contraction）： 肌肉長(zhǎng)度不變，張力

13、增加的收縮過(guò)程 等張收縮(isotonic contraction)： 肌肉張力不變，長(zhǎng)度縮短的收縮過(guò)程 注:人體在大多數(shù)情況下，肌肉發(fā)生收縮時(shí)，既非單純的等長(zhǎng)收縮，也非單純的等張收縮,等張收縮 等長(zhǎng)收縮,前負(fù)荷和后負(fù)荷,肌肉可能遇到的負(fù)荷主要有兩種：,前負(fù)荷（preload）：是在肌肉收縮前所承受的負(fù)荷。它使肌肉在收縮前就處于某種程度的被拉長(zhǎng)的狀態(tài)。 肌肉在收縮前的長(zhǎng)度，稱為初長(zhǎng)度 (Initial length) 后負(fù)荷（afterload）：它是在肌肉開(kāi)始收縮時(shí)才能遇到的負(fù)荷或阻力。它不增加肌肉的初長(zhǎng)度，但能阻礙收縮時(shí)肌肉的縮短。,G,自然長(zhǎng)度,G,G,T被動(dòng),在一定范圍內(nèi)，前負(fù)荷越大，

14、 肌肉的初長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其被動(dòng)張力也越大,初長(zhǎng)度,影響骨骼肌收縮的因素,1.前負(fù)荷 2.后負(fù)荷 3.肌肉的收縮能力 4.收縮的總和,F1,F3,1. 前負(fù)荷,F2,肌肉收縮時(shí)的長(zhǎng)度-張力曲線,被動(dòng)張力：肌肉沒(méi)有收縮時(shí)由于外界負(fù)荷的牽拉而形成的張力 主動(dòng)張力：肌肉收縮時(shí)為了對(duì)抗外力所產(chǎn)生的回縮力 總張力:主動(dòng)張力和被動(dòng)張力之和,前負(fù)荷或肌肉初長(zhǎng)度對(duì)肌肉收縮的影響,1）在一定范圍內(nèi)，隨著前負(fù)荷的增加，肌肉每次收縮所產(chǎn)生的主動(dòng)張力也相應(yīng)地增大； 2）但在前負(fù)荷超過(guò)某一限度后，再增加前負(fù)荷反而使主動(dòng)張力越來(lái)越小，以致最后下降到零。,前負(fù)荷或肌肉初長(zhǎng)度對(duì)肌肉收縮的影響,3）最適初長(zhǎng)度：使肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生最大張

15、力的初長(zhǎng)度 最適前負(fù)荷：產(chǎn)生最適初長(zhǎng)度的前負(fù)荷 在最適初長(zhǎng)度和前負(fù)荷時(shí)，肌張力最大，收縮速度最快，縮短的長(zhǎng)度最大，橫橋與細(xì)肌絲結(jié)合最多，作功效率最高,最適初長(zhǎng)度：2.02.2um,2 后負(fù)荷,P0:最大等長(zhǎng)收縮張力 Vmax :最大縮短速度,肌肉等張收縮時(shí)的張力-速度曲線,缺氧、酸中毒、肌肉中能源物質(zhì)缺乏,Ca2+、咖啡因、腎上腺素,Length,Force,（1）運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量的總和：size principle （2）頻率效應(yīng)的總和,4、收縮的總和,（1）運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量的總和：size principle 運(yùn)動(dòng)單位：一個(gè)脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其軸突分支所支配的全部肌纖維 弱收縮：小運(yùn)動(dòng)單位收縮大運(yùn)動(dòng)單位收縮