骨骼肌细胞收缩

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1、Contraction of Skeletal Muscle第四节第四节 骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能胡志安 基础部生理学教研室Department of Physiology授课内容授课内容1. 神经-肌肉接头兴奋传递2. 骨骼肌的收缩机制4. 肌肉收缩的力学分析3. 骨骼肌的兴奋-收缩耦联教学目的：使学生掌握骨骼肌收缩的原理教学重点：肌丝滑行理论教学难点：钙离子的释放及作用教学对象：临床医学五年制本科一、教学背景介绍一、教学背景介绍使用教材：生理学，朱大年主编，人民卫生出版社，第7版参考资料：Robert Berne,Principles of Phy

2、siology,第2版推荐网站：生理学教研室教学网站：192.168.14.20/jswz.asp国际肌生理网站：www.muscle physiology.htm一、教学背景介绍一、教学背景介绍二、教学理念设计二、教学理念设计围绕肌丝滑行理论重点围绕肌丝滑行理论重点结合结合静态静态讲述讲述动态动态复习复习形态形态引出引出功能功能通过通过异常异常突出突出正常正常借助借助形象形象反映反映抽象抽象传递异常Dysfunction接头传递 Anatomy 肌丝滑行 Process骨骼肌结构骨骼肌结构Histology Histology 二、教学理念设计二、教学理念设计What will we dis

3、cuss in this section?接头信 息传递肌浆Ca2+（难点）肌丝滑行（重点）一、神经肌肉接头的信息传递Information transportation at neuromuscular junction（一）神经肌肉接头结构 l l前前 膜膜l l后膜后膜/ /终板膜终板膜l l间间 隙隙电压门控电压门控CaCa2+2+通道通道AChACh囊泡囊泡l l间间 隙隙50 nm50 nml l后膜后膜/ /终板膜终板膜endplate membraneendplate membraneN N2 2型型AChACh受体受体AChACh酯酶酯酶 ACh酯酶轴突末梢动作电位 acti

4、on potential (AP)肌细胞膜AP终板电位 end plate potential (EPP)ACh与终板膜受体结合囊泡释放ACh（二）神经肌肉接头处的兴奋传递过程（二）神经肌肉接头处的兴奋传递过程神经肌肉接头的信息传递ACh酯酶（三）影响神经肌肉接头处兴奋传递的因素（三）影响神经肌肉接头处兴奋传递的因素有机磷：胆碱酯酶失活筒箭毒:阻断ACh受体神经肌肉接头的信息传递The effects of muscle AP?二、肌浆二、肌浆CaCa2+2+浓度升高浓度升高The The increasing of muscle plasma calcium increasing of mu

5、scle plasma calcium （一） 收缩期肌浆CaCa2+2+变化变化肌浆Ca2+升高20ms 0.1M10M0ms肌管系统肌管系统( (复习复习) )（二）肌浆（二）肌浆CaCa2 2浓度升高的机制浓度升高的机制肌浆Ca2+升高终池 （terminal cisternae）可传递兴奋钙库纵管 （ L tubule ）肌膜 （sarcolemma） 横管 （T tubule）横管终池纵管肌膜肌管系统肌管系统( (复习复习) )肌浆Ca2+升高肌浆肌浆CaCa2 2浓度升高的机制浓度升高的机制肌浆Ca2+升高肌质网肌质网CaCa2+2+通道通道Ryanodine Ryanodine

6、受体受体Berridge MJ， NatureMichael J. Berridge 肌浆Ca2+升高肌浆Ca2+升高肌浆肌浆CaCa2 2浓度升高机制浓度升高机制肌浆Ca2+升高肌膜动作电位传导横管膜去极化L型钙通道激活变构终池膜钙通道激活终池Ca2释放入肌浆, 肌浆Ca2 肌膜AP肌浆Ca2 三、肌丝滑行 （ Filaments sliding）肌丝滑行 （一）肌原纤维的微细结构 (复习)肌小节粗肌丝粗肌丝(thick filaments)(thick filaments)肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin)横桥（cross bridge) ATP酶活性位点 细肌丝结合位点肌丝

7、滑行细肌丝细肌丝(thin filaments)(thin filaments)肌动蛋白(actin) 横桥结合位点原肌球蛋白 (tropomyosin) 掩盖结合位点肌钙蛋白(troponin) 变构肌丝滑行Hugh Huxley（1954）Sliding Filament TheorySliding Filament TheoryH 带暗带一：粗肌丝缩短二：细肌丝缩短四：粗细肌丝交叠三：粗细肌丝均缩短H 带暗带肌丝滑行（二）肌丝滑行理论的提出cross-bridge cycling 横桥周期横桥复位横桥分解ATP,与actin结合横桥摆动横桥结合ATP肌丝滑行（三）横桥周期Dept Phy

8、siology,TMMU肌丝滑行（四）肌动蛋白位点暴露原肌球蛋白肌钙蛋白肌动蛋白 结合位点肌浆内Ca2+升高肌与肌钙蛋白结合 变构原肌球蛋白位移 暴露actin结合位点牵拉细肌丝滑行横桥与位点结合横桥摆动兴奋兴奋- -收缩耦联收缩耦联 excitation-contraction couplingexcitation-contraction couplingDefinition: Definition: The sequence of events by which an The sequence of events by which an action potential in the pl

9、asma membrane of a muscle action potential in the plasma membrane of a muscle fiber leads to crossbridge activity.fiber leads to crossbridge activity.定义定义: : 将兴奋和机械收缩联系起来的中介机制将兴奋和机械收缩联系起来的中介机制。Dept Physiology,TMMU肌浆Ca2+的作用肌丝滑行两点说明肌丝滑行两点说明摆动横桥数目及速率可变肌肉恒定张力和连续缩短横桥循环摆动非同步决定肌缩效率肌丝滑行四. 肌肉收缩的力学分析(一) 骨骼肌收缩

10、的外部表现长度缩短 或/和 张力增高1.等张收缩与等长收缩 1) 等张收缩（isotonic contraction）肌肉作等张收缩时长度缩短,张力不变。2) 等长收缩 （isometric contraction）肌肉作等长收缩长度不变，张力增加。2.单收缩和强直收缩1) 单收缩（single twitch）肌肉对单个刺激产生一次迅速的机械反应,称为单收缩2) 2) 强直收缩（强直收缩（tetanustetanus）指在逐渐增加刺激频率情况下，由多个有效刺指在逐渐增加刺激频率情况下，由多个有效刺激引起收缩重叠的形式。激引起收缩重叠的形式。肌肉收 缩曲线动作电 位曲线单收缩 single tw

11、ich刺激 标志肌肉收 缩曲线动作电 位曲线不完全强直收缩 incomplete tetanus刺激 标志肌肉收 缩曲线动作电 位曲线完全强直收缩 complete tetanus刺激 标志（二）力学分析（二）力学分析1.前负荷（preload）概念：概念： 肌肉收缩前所承受的负荷肌肉收缩前所承受的负荷影响：影响： 在一定范围内，前负荷愈大，肌收缩的在一定范围内，前负荷愈大，肌收缩的 张力愈大。张力愈大。(1) (1) 最适初长度：最适初长度：肌肉收缩时产生最大张力的初长度（肌肉收缩时产生最大张力的初长度（2.0 2.0 2.2m ）(2) 机制：粗细肌丝有效重叠2.2.后负荷对肌肉收缩的影响

12、后负荷对肌肉收缩的影响后负荷（后负荷（afterloadafterload）肌肉开始收缩后所承受的负荷肌肉开始收缩后所承受的负荷后负荷对肌肉收缩的影响后负荷对肌肉收缩的影响：机械功=负荷负荷（负荷移动的负荷移动的）距离）距离其他因素不变时，中等程度的后后 负荷仰完成的负荷仰完成的机械功最大（2 2）使肌肉收缩能力增强的因素）使肌肉收缩能力增强的因素 钙离子钙离子 肾上腺素肾上腺素 咖啡因咖啡因 （3 3）使肌肉收缩能力降低的因素）使肌肉收缩能力降低的因素 缺氧缺氧 酸中毒酸中毒 3.3.肌肉收缩能力对收缩的影响肌肉收缩能力对收缩的影响（1 1）肌肉收缩能力（）肌肉收缩能力（contractil

13、itycontractility） 与前、后负荷无关而能影响肌肉收缩与前、后负荷无关而能影响肌肉收缩 效果的肌肉内部的功能状态。效果的肌肉内部的功能状态。Muscular Cell Contraction Summary：小 结 1.神经-肌接头处的兴奋传递过程：Ach与终板膜上 N2受体结合并使Na+,K+内流产生终板电位,进而使 邻近肌细胞爆发AP。具有单向传递、时间延搁以及 易受药物和环境因素的影响等传递特点。2.兴奋-收缩耦联:指以肌膜的电变化为特征的兴奋 过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过 程。Ca2+在其中起耦联作用。3.影响骨骼肌收缩的因素包括：前负荷、后负荷和 肌肉收

14、缩能力。以神经肌肉标本观察刺激神经后肌肉的收缩效以神经肌肉标本观察刺激神经后肌肉的收缩效应，可记录到如下曲线（图），请说明从刺激应，可记录到如下曲线（图），请说明从刺激发出到收缩启动的时间（潜伏期）标本发生了发出到收缩启动的时间（潜伏期）标本发生了哪些变化，机制是什么？哪些变化，机制是什么？名词解释 endplate potential, EPPcross-bridge cyclingexcitation-contraction coupling 专业词汇skeletal muscle neuromuscular junction prejunctional membrane endplate membrane postjunctional membrane acetylcholinesteraseendplate potential,EPP quantal release tubocurarine sarcomere transverse tubule actinlongitudinal tubule sarcoplasmic reticulum,SR terminal cisterna triad myofilament sliding theory myosin excitation-contraction coupling