《生理学课件：肌细胞收缩》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生理学课件：肌细胞收缩（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节肌细胞的收缩MuscleContractionFlexors（屈肌）（屈肌）and extensors（伸肌）（伸肌） work in antagonisticsets to refine movement,and to allow forcegeneration in two opposite directions.Antagonistic Muscles(拮抗肌)Classification of the MuscleAccording to the structure: Striated Muscle, Smooth MuscleAccording to the Function:
2、 Skeletal Muscle, Cardiac Muscle, Smooth Muscle According to the nerve innervation: Voluntary Muscle, Involuntary Muscle躯体神经支配的随意肌自主神经支配的非随意肌Skeletal MuscleCardiac Muscle一、横纹肌Controls and coordinates bodily activities that require rapid responsesDetects and initiates reactions to changes in external
3、 environmentIt is completed under CNS by reflex that the regular response was made to internal or external stimuli under CNS.Reflex arc:Sensor, afferent neuron, reflex center, efferent neuron, and effector.Neuroregulation （神经调节）（神经调节）运动神经元的信号如何传递至骨骼肌细胞？运动神经元的信号如何传递至骨骼肌细胞？( (一一) )骨骼肌神经骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递肌
4、接头处兴奋的传递 Neuromuscular transmission1. 1. 骨骼肌神经骨骼肌神经肌接头肌接头 （Neuromuscular Junction）的结构特征）的结构特征神经神经-骨骼肌接头处的结构骨骼肌接头处的结构接头前膜接头前膜 prejunctional membrane接头间隙接头间隙 junctional cleft,与细胞外液相通与细胞外液相通与细胞外液相通与细胞外液相通; ;接头后膜接头后膜 postjunctional membrane，又称又称又称又称 终板膜终板膜终板膜终板膜endplate membraneendplate membrane突触小泡突触小泡
5、 synaptic vesicle乙酰胆碱乙酰胆碱 Acetylcholine， AchN2型乙酰胆碱受体阳离子通道型乙酰胆碱受体阳离子通道N2-Ach receptor cation channel乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶 Acetylcholinesterase神经末稍的神经末稍的Ach量子式释量子式释放（放（quantal release)终板电位终板电位（endplate potential, EPP): 运动神经传出冲动，末稍Ach释放引起的终板膜去极化型局部电位，幅度可达50mV，超过肌细胞膜动作电位阈值的3-4倍，可保证神经肌肉接头1:1的传递关系。EPP为局部电位为局部电位微终
6、板电位微终板电位（miniature endplate potential, MEPP)：安静状态下，个别Ach囊泡自发释放所致的微小电变化（去极化型局部电位，频率约每秒去极化型局部电位，频率约每秒1次，幅度约为次，幅度约为0.4mV，由一个，由一个Ach囊泡释放引起）囊泡释放引起）.Ach神经递质随机释放（神经递质随机释放（1个量子个量子10000 Ach分子）分子） MEPP( 0.4mV)产生产生EPP（50-75mV），约需释放），约需释放125以上个囊泡以上个囊泡阈电位阈电位骨骼肌神经骨骼肌神经-肌接头是许多药物和病理因素作用的靶点肌接头是许多药物和病理因素作用的靶点重症肌无力症重症
7、肌无力症骨骼肌神经-肌接头是药物作用的重要靶点重症肌无力（MG）是一种由神经-肌肉接头处传递功能障碍所引起的自身免疫性疾病，临床主要表现为部分或全身骨骼肌无力和易疲劳，活动后症状加重，经休息后症状减轻。患病率为77150/100万，年发病率为411/100万。女性患病率大于男性，约3：2，各年龄段均有发病，儿童15岁居多。重症肌无力症发生的分子机制重症肌无力症发生的分子机制新斯的明胆碱酯酶抑制剂肌外膜肌束膜肌内膜骨骼肌细胞的结构特征Iband：明带Aband:暗带肌小节肌小节(sarcomere)：1/2明带+暗带+1/2明带肌球蛋白（肌凝蛋白）肌动蛋白（肌纤蛋白）暗带宽度不变，明带和H带变窄
8、肌丝滑行理论肌丝滑行理论 （myofilament sliding theory）肌细胞如何收缩？Thin filaments( (细肌丝细肌丝) )： actin (肌动蛋白肌动蛋白) ) tropomyosin（原肌球蛋白原肌球蛋白, ,也称原肌凝蛋白）也称原肌凝蛋白） Troponin（肌钙蛋白）肌钙蛋白）（三）横纹肌细胞的收缩机制（三）横纹肌细胞的收缩机制1. 肌丝的分子结构肌丝的分子结构Thick MyofilamentMyosin （肌球蛋白、（肌球蛋白、肌凝蛋白）肌凝蛋白）位阻效应位阻效应位阻效应位阻效应肌动蛋白肌动蛋白 actin；原肌球蛋白原肌球蛋白 tropomyosin；
9、 肌钙蛋白肌钙蛋白 Troponin肌钙蛋白肌钙蛋白 Troponin 亚单位亚单位C、T及及I解除位阻效应解除位阻效应解除位阻效应解除位阻效应肌肉舒张状态时肌肉舒张状态时肌肉舒张状态时肌肉舒张状态时, ,横桥结合的横桥结合的横桥结合的横桥结合的ATPATP分解分解分解分解(ADP(ADP和和和和PiPi仍留在头部仍留在头部仍留在头部仍留在头部)蓄积能量而处于蓄积能量而处于蓄积能量而处于蓄积能量而处于高势能状态。高势能状态。高势能状态。高势能状态。当终末池释放当终末池释放当终末池释放当终末池释放Ca2+ Ca2+ 肌浆内肌浆内肌浆内肌浆内Ca2+Ca2+与与与与肌钙蛋白结合肌钙蛋白结合肌钙蛋白
10、结合肌钙蛋白结合原肌球蛋白构型改变原肌球蛋白构型改变原肌球蛋白构型改变原肌球蛋白构型改变解解解解除位阻效应除位阻效应除位阻效应除位阻效应横桥与肌动蛋白结合横桥与肌动蛋白结合横桥与肌动蛋白结合横桥与肌动蛋白结合横桥构象改变扭动横桥构象改变扭动45度度棘齿作用棘齿作用棘齿作用棘齿作用（Ratchet actionRatchet action）横桥向横桥向横桥向横桥向MM线方向摆动线方向摆动线方向摆动线方向摆动拖动细肌丝滑行拖动细肌丝滑行拖动细肌丝滑行拖动细肌丝滑行肌小节变短肌小节变短肌小节变短肌小节变短肌肉收肌肉收肌肉收肌肉收缩。缩。缩。缩。在横桥变构与摆动同时在横桥变构与摆动同时,ADP,ADP
11、及及PiPi与横桥与横桥分离分离横桥再结合横桥再结合ATPATP横桥与肌动蛋白横桥与肌动蛋白亲合力亲合力并与肌动蛋白解离。并与肌动蛋白解离。解离后的横桥随即将解离后的横桥随即将ATPATP分解分解, ,进入下一横进入下一横桥周期。桥周期。 胞浆中升高的胞浆中升高的Ca2+,Ca2+,由肌质网膜上的由肌质网膜上的Ca2+Ca2+泵泵回肌质网泵泵回肌质网( (包括终池包括终池) ) 胞浆内胞浆内Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离与肌钙蛋白解离原肌球蛋原肌球蛋白构型复原白构型复原位阻效应恢复位阻效应恢复横桥不能与横桥不能与肌动蛋白结合肌动蛋白结合细肌丝回位细肌丝回位肌肉舒张。肌肉舒张。
12、l横桥周期横桥周期（四）横纹肌细胞的兴奋收缩耦联Excitation-ContractionCoupling(E-CCoupling)兴奋收缩耦联（Excitation-ContractionCoupling）：横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋电兴奋过程与肌丝滑行的机械机械收缩收缩联系起来的中介机制或过程Excitation-ContractionCoupling兴奋-收缩偶联的基本过程1.T管AP激活激活L型钙通道；型钙通道；2.通过通过JSR膜钙通道的拔塞作用，膜钙通道的拔塞作用，激发激发SR释放释放Ca2+；3. Ca2+浓度升高浓度升高横桥结合位点横桥结合位点暴露暴露肌肉收缩；肌肉收缩；
13、4. LSR上钙泵激活上钙泵激活Ca2+浓度降低浓度降低横桥结合位点阻断横桥结合位点阻断肌肉肌肉舒张。舒张。Ca2+离子浓度变化是关键！离子浓度变化是关键！横管，T管（Transversetubule）纵管，L管（Ltubule）即肌质网Sarcoplasmicreticulum（SR)纵行肌质网(LongitudinalSR,LSR),包绕在肌原纤维周围，有钙泵。连接肌质网（连接肌质网（junctional SR, JSR)或或Terminalcisternae-Storagesitesforcalcium,钙释放通道（Calciumreleasechannel）,也称ryanodine受体
14、（ryanodinereceptor）。 肌管系统肌管系统肌浆网（肌浆网（SR）释放）释放Ca2+的机制的机制心肌：心肌： 钙触发钙释放（钙触发钙释放（CICR）骨骼肌：构象变化（拔塞作用）骨骼肌：构象变化（拔塞作用） L L型钙通道引导骨骼肌型钙通道引导骨骼肌SRSR释放释放CaCa2+2+的过程的过程 中，作为一个电位变化敏感信号转导分子，而不是作为离子通道发挥作用。中，作为一个电位变化敏感信号转导分子，而不是作为离子通道发挥作用。骨骼肌收缩：T管膜L型钙通道激活，几乎不引起Ca2+内流，胞质中的钙由连接肌质网（JSR）释放。心肌收缩：胞质中10-20%的Ca2+经L型钙通道内流，80-9
15、0%由JSR释放。肌肉舒张时，胞浆肌肉舒张时，胞浆Ca2+浓度降低的机制浓度降低的机制骨骼肌骨骼肌 钙泵（钙泵（SR）心肌钙泵心肌钙泵 （SR），）， Na+-Ca2+交换体，肌膜上的钙泵交换体，肌膜上的钙泵胞外无胞外无Ca2+时？时？An Overview of the Process of Skeletal Muscle ContractionNeuromuscular transmissionTypesofContractionsIsometriccontraction（等长收缩）：Length of muscle remains constant.Peaktensionproduced
16、.DoesnotinvolvemovementIsotoniccontraction（等张收缩）：Length of muscle changes.Tensionfairlyconstant.Involvesmovementatjointsisometric contractionAnisometriccontractionoccursduringanarmwrestlingmatchwhenopponentsgenerateequalforces影响骨骼肌收缩效能的因素1. Preload 前负荷.2. Afterload 后负荷.3. Contractility 肌肉收缩能力4.Summa
17、tion 收缩总和肌肉收缩效能：肌肉收缩时产生的张力大小、缩短程度以及产生张力或缩短的速度。PreloadPreload is a load on the muscle before muscle contraction（肌肉在收缩前所承受的负荷）. Determines the initial length （初长度）of the muscle before contraction. Initial length is the length of the muscle fiber before its contraction. It is positively proportional to
18、 the preload.从长度从长度张力曲线可看出：张力曲线可看出： 肌肉收缩存在一个肌肉收缩存在一个最适初长度最适初长度(即即最最适前负荷适前负荷)，此状态下，肌肉收缩产生，此状态下，肌肉收缩产生的主动的主动张力最大张力最大。大于或小于大于或小于最适初长度，肌肉收缩产最适初长度，肌肉收缩产生的生的张力均会下降张力均会下降。肌肉等长收缩时的长度肌肉等长收缩时的长度-张力关系张力关系后负荷（后负荷（Afterload）：肌肉在收缩中及收缩后所承受）：肌肉在收缩中及收缩后所承受的负荷的负荷Afterload is a load on the muscle during contraction.
19、After the start of contraction The afterload does not change the initial length of the muscle, But it can prevent muscle from shortening because a part of force developed by contraction is used to overcome the afterload.Force-Velocity CurveIsotonic Contraction张力张力-速度关系曲线速度关系曲线Force velocity relation
20、ship curve等张收缩等张收缩等长收缩等长收缩先等长收缩，后等张收缩先等长收缩，后等张收缩肌肉的收缩能力肌肉的收缩能力contractility 定义定义:是指与负荷无关是指与负荷无关,但可影响肌肉但可影响肌肉收缩效能的收缩效能的肌肉的内在肌肉的内在特性和功能状态。特性和功能状态。影响因素影响因素:( (1) )兴奋兴奋- -收缩耦联过程收缩耦联过程, ,特别是特别是CaCa2 2;(2)(2)肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变, , 特别是特别是ATPATP酶活性；酶活性；(3)(3)肌细胞能量代谢水平肌细胞能量代谢水平（4 4）相关功能蛋白及其亚型的表达水平
21、相关功能蛋白及其亚型的表达水平（5 5）神经、体液、药物及病理因素。神经、体液、药物及病理因素。肌肉收缩能力提高，长度-张力关系曲线上移；张力-速度关系曲线右上移。收收缩缩的的总总和和summation ：肌肌细细胞胞收收缩缩的的叠叠加加特特性性，是是骨骨骼骼肌肌快快速速调调节节其其收收缩缩效效能能的的主主要要方方式式，其其中中空空间间总总和和形形式式称称为为多多纤纤维维总总和和，时时间间总总和和形形式式称称为为频频率总和。率总和。多纤维总和（Multiplefibersummation),也称运动单位数量总和运动单位数量总和 （motor unit summation）肌肉收缩频率的总和肌肉
22、收缩频率的总和 Frequency summation 心肌收缩没有总和效应，为全或无的方式多纤维总和（Multiple fiber summation）Motor Unit(运动单位): The Nerve-Muscle Functional UnitA motor unit is a motor neuron and all the muscle fibers it supplies.The number of muscle fibers per motor unit can vary from 4 to 2,000.Muscles that control fine movements
23、(fingers, eyes) have small motor unitsLarge weight-bearing muscles (e.g., thighs) have large motor unitsMuscle fibers from a motor unit are spread throughout the muscle; therefore, contraction of a single motor unit causes weak contraction of the entire muscleMultiple Motor Unit Summation- Size Prin
24、ciple（大小原则）A：单收缩：单收缩 B：强直收缩（：强直收缩（Tetanus）强直收缩张力远大于单收缩的张力强直收缩张力远大于单收缩的张力原因原因：胞质内：胞质内Ca2+浓度持续升高，并维持高浓度浓度持续升高，并维持高浓度Summation and Tetanus肌肉收缩时承受的负荷肌肉收缩时承受的负荷自身的收缩能力自身的收缩能力 总和效应总和效应后负荷后负荷前负荷前负荷频率总和频率总和多纤维总和多纤维总和 Factors that Affect the Efficiency of Muscle Contraction(影响横纹肌收缩效能的因素)二、平滑肌（一）平滑肌的分类Types o
25、f Smooth Muscle多单位平滑肌，包括睫状肌、虹膜肌等Multiunit smooth muscle:Located in large airways, large arteries, arrector pili muscles, and iris of eyeGap junctions are rareArranged in motor unitsGraded contractions occur in response to neural stimuli单个单位平滑肌（内脏平滑肌：如小血管、消化道、输尿管、子宫等）Single-unit (visceral) smooth mus
26、cle: Sheets contract rhythmically as a unit (gap junctions，缝隙连接）Often exhibit spontaneous action potentials（起搏细胞，具有自动节律性）（二）平滑肌的结构特点（二）平滑肌的结构特点wCharacteristicsNot striatedDense bodies instead of Z disks as in skeletal musclewHave noncontractile intermediate filamentsCa2+ required to initiate contrac
27、tions不具有横管系统，收缩缓慢（三）平滑肌细胞的生物电现象wResting Potential（静息电位）（静息电位）: -50-60 mV;wDepolarization phase of AP（动作电位去极相）（动作电位去极相）: Ca2+ & Na+wRepolarization phase of AP（动作电位去极相）（动作电位去极相）:K+wAP duration（动作电位时程）（动作电位时程）: 1050 ms. (5-10 folds longer than skeletal muscle).药物药物-机械耦联机械耦联（Pharmacomechanical Coupling）
28、（四）平滑肌细胞的收缩机制电电-机械耦联机械耦联（Electromechanical Coupling）肌球蛋白轻肌球蛋白轻链磷酸酶链磷酸酶（五）平滑肌活动的神经调控w自主神经支配w曲张体：递质释放部位w非突触性化学传递(non-synaptic chemical transmission) ，作用弥散、缓慢。w内脏平滑肌（单个单位平滑肌，自律性）：神经冲动起调节兴奋性和影响收缩强度与频率的作用w多单位平滑肌：自主神经支配，收缩强度取决于被激活的肌纤维数目和神经冲动频率。Figure 1:Diagram showing the assembly of the sarcomere. (a) Relaxed sarcomere, (b) after isometric contraction causing tension in the M-band and sliding between thick filaments (from Tskhovrebova and Trinick 7).
