康复医学概论6-运动的神经控制和运动与能量代谢基础.ppt

康复医学概论 主讲：李文迅 第二章 康复医学 基础理论 第四节 运动的神经控制 概述 人体正常姿势的维持以及各种各样动 作的完成，都是在神经系统的精细调控 下，由肌肉的收缩和舒张带动骨、关节 运动而共同完成的 1、肌肉收缩形式 等长收缩 肌纤维长度不变 等张收缩 肌纤维的长度能自由缩短，而张 力没有改变 向心性收缩： 当肌肉收缩时，起止点相互接 近，长度缩短 离心性收缩： 当肌肉收缩时，起止点从短缩 的状态逐渐被拉长，相互分开， 直至恢复到静止时的正常长度 随意运动 (voluntary movement) 随意运动，是为了达到某种目的而 指向一定目标的有意识地执行某种动 作，这种动作可以是对感觉刺激的反 应 (如觅食行为、防御行为等 )，也可 以由主观意愿而发生 (如意识行为等 ) 节律运动 (rhythmic motor pattern) 可随意开始和终止，但运动一旦发起就 不再需要意志的参与，可以自主地重复进 行，在其进行过程中仅受感觉传入信息的 调制，即具有随意运动和反射运动两方面 的特征 (如呼吸、行走和跑步等 ) 3、与运动控制有关的感觉信息 由视觉、听觉和皮肤感觉所提供的关于 运动目标的空间位置，以及运动目标与 自己所在位置间关系的信息 由肌肉和前庭器官所提供的关于肌肉长 度和张力，以及身体的空间位置等信息 传入信息中视觉信息对于运动的精确控 制是最为重要的 4、肌梭的调节 肌梭是一种 肌肉长度感受器 ，能感 受动力工作中肌肉长度的变化，是中 枢神经系统了解肢体相关位置，实现 牵张反射的结构 肌梭是一种高度特化的梭形感受器，几乎存在 于所有的骨骼肌内，是由一个结缔组织囊构成， 内含细的梭内肌纤维，根据其细胞核在纤维内的 分布不同可分为两类：一类是比较粗大的 核袋纤 维 ，它的许多细胞核都聚集在纤维的中央部；另 一类是细而短的 核链纤维 ，它的许多核呈链状排 列分散于整个纤维 5、腱梭的调节 腱梭亦称高尔基腱器官或腱器官， 分布在骨骼肌的肌腹与肌腱的连接处 其结构与肌梭相似，亦呈梭形 腱梭是一种 肌肉张力感受器 ，能感 受静力工作中肌肉张力的变化 6、两类运动神经元 脊髓前角运动细胞分为 大型的 运动神经元 小型的 运动神经元 运动神经元 发出纤维进入前根，分为张力型和位相型 张力型 神经元 轴突传导速度慢，支配红肌纤维，维持肌 张力，作用于张力性牵张反射 位相型 神经元 轴突传导速度快，支配白肌纤维，快速收 缩肌肉，作用于位相性牵张反射 (腱反射 ) 运动神经元 其纤维也行经前根和脊神经，其轴突止于 肌梭内肌，支配肌梭内的梭内肌纤维，参与 肌张力的维持 动态型神经元 ( 1传出纤维 ) 支配肌梭内核袋肌纤维，其感受器对快牵 张较为敏感 静态型神经元 ( 2传出纤维 ) 支配肌梭内核链肌纤维，其感受器对慢牵 张较为敏感 7、运动单位 运动单位是指一个 运动神经元和它全 部神经末梢所支配的梭外肌纤维，这些肌 纤维都有相同的生化和生理特征，完成相 同的功能活动，作为神经肌肉活动的基本 功能单位 神经系统通过两种方式控制肌肉的收缩强度： 激活的运动单位的数目和正在收缩的运动 单位的数目多少 一个运动单位动作电位频率的高低 激活的运动单位的数量越多，收缩的强度越 大，同样，一定限度内，一个运动单位动作电 位的频率越高，收缩的强度越大 一、脊髓对躯体运动的调节 脊髓是控制、调节躯体运动的最低级神 经结构，能完成简单的躯体运动反射 主要通过肌梭、高尔基腱器官等本体感 受器来实现 同时脊髓反射受高位中枢的调控 包括牵张反射 、屈肌反射、对侧伸肌反 射等 牵张反射 骨骼肌受到外力牵拉时，其周围的肌梭将兴 奋传入脊髓，引起受牵拉肌肉进行反射性收缩， 这种反射称为牵张反射又称肌伸张反射 被动牵张反射由感觉神经元发出信号，同运 动神经元产生兴奋性联系，兴奋同一肌肉，与 中间神经元也产生兴奋性联系，继而抑制支配 该关节拮抗肌肉的运动神经元 从功能上看，可使肌肉维持在恒定的长度， 固定关节的位置 屈肌反射 当肢体的皮肤或肌肉受刺激时，引起肢 体关节屈肌快速收缩及伸肌松弛，称为屈 肌反射 它是一种保护性的反应，能够保护四肢 免受进一步的伤害和损伤 对侧伸肌反射 刺激的信号经中间神经元、兴奋同侧 屈肌运动神经元和抑制同侧伸肌运动神 经元；在刺激强度增大时，能在屈肌反 射的基础上引起对侧伸肌运动神经元兴 奋和对侧屈肌运动神经元的抑制，这称 为交叉伸反射或对侧伸肌反射 对侧伸肌反射是姿势反射中的一种， 在行走、跑步时有支撑体重的作用 二、脑干在人体运动中的作用 1脑干对姿势反射的调节 脑干水平反射是静止的姿势反射 它是肌肉张力的调整反应，全身肌肉张 力随着头部与身体的位置关系变化以及体 位变化而发生变化 脑干水平的反射几乎不产生运动，主要 是 通过调整肌肉张力对姿势产生影响 ，又 称“调整反射” 2脑干网状结构对肌紧张的调节 从延髓、脑桥、中脑、直至丘脑底部这一 脑干中央部分的广泛区域中，神经细胞和神 经纤维交织在一起呈网状，称网状结构 脑干网状结构下行易化系统，对肌紧张起 易化作用 脑干网状结构下行抑制系统，对肌紧张起 抑制作用 三、小脑和基底神经节 在运动控制中的作用 小脑和基底神经节都是同躯体运动协调 有关的脑的较高级部位 由大脑皮质下行控制躯体运动的锥体外 系包括两大途径： 一是经小脑下行 一是经基底神经节下行 这两条途径最后都通过脑干某些核团而 作用于脊髓运动神经元 1小脑在运动控制中的作用 小脑是重要的运动控制调节中枢，其本 身不引发动作，但对动作起共济协调作用， 可以调节肌紧张、控制躯体姿势和平衡， 协调感觉运动和参与运动学习 小脑损伤常见的症状为随意运动出现障 碍，表现所谓共济失调性震颤症状 2基底神经节在运动控制中的作用 基底神经节位于大脑皮质下，紧靠丘脑背外 侧，是由尾状核、壳核、苍白球、丘脑底核、 中脑黑质和红核组成 它主要调节运动的皮质下结构，有调节运动 功能的重要作用，它与随意运动的稳定性、肌 紧张的控制、运动程序和本体感觉传入冲动信 息的处理有关 它为一切运动提供必要的“配合活动” 四、大脑皮质在运动 控制中的作用 1皮质运动区的功能特征 有精细的运动功能定位，刺激大脑运动皮 质相应的区域，可引起身体相应的运动 对躯体运动的调节呈现交叉支配，即同侧 皮质运动区支配对侧肢体的运动功能 皮质代表区的大小与运动的精细复杂程度 有关，动作越精细、复杂，该动作运动代 表区的范围就越大 皮质细胞的代偿能力很强，部分皮质运 动神经元坏死后，其周围神经元，甚至 不同系统、不同部位的神经元可以代偿 它的功能，这是脑功能重塑的基础 刺激某运动代表区，仅产生该代表区所 支配的肌肉收缩。如果刺激强度增强， 超过该肌肉的收缩阈值，延长刺激时间 可引起临近协同肌的收缩 2锥体束的功能 调节脊髓前角运动神经元和中间神经元 的兴奋性，易化或抑制由其他途径引起的 活动，特别是在快速随意控制肌肉的精细 运动中起基本作用 锥体束损害可造成随意运动功能丧失、 肌张力低下、手的精细运动功能丧失 3锥体外系的功能 锥体外系的特点是不经过延髓锥体，作用不能 直接迅速抵达下运动神经元，不能引起肌肉的随 意收缩，只是影响运动的协调性、准确性 锥体外系主要参与调节肌肉紧张度，协调肌肉 的联合活动以维持身体的姿势，进行节律动作等 锥体外系是在锥体束的管理下活动的，并支持 锥体束的随意运动 只有在锥体外系使肌肉保持适宜的紧张度和协 调的情况下，锥体束才能完成肌肉的精细活动 4大脑皮质活动调节的整体性 大脑皮质不同部位在随意运动的调节上各起 着不同的作用 皮质中央前回运动区，是直接发出传出运动 冲动的区域 皮质额叶对于随意运动的组织有重要意义 皮质顶枕部 (包括视觉、前庭、皮肤和动觉分 析器中枢 )是保证运动的空间组织的主导区域 大脑皮质整体性的整合功能把皮质各部位联系 起来，对来自动觉传入系统以及其他感受系统的 信息进行分析、综合，并通过多次的返回传导， 最终实现随意运动 大脑皮质对躯体运动的 控制命令是经由锥体系和 锥体外系两条途径把信息 传递到脊髓，再由脊髓中 的运动神经元这一最后公 路引起肌肉运动的 在锥体系是直捷通路， 而锥体外系则沿途与基底 神经节、小脑、脑于进行 联系换元，同时，基底神 经节与丘脑之间，小脑与 丘脑、脑干之间也相互有 神经联系，而组成一个复 杂的控制整合系统 第五节 运动与能量代谢基础 人体运动时需要消耗的能量主要来自糖、 脂肪和蛋白质三大营养物质所蕴藏的化学能 一般情况下，糖是主要的供能物质，它提 供给人体所需能量的约 70%；其余的能量由 脂肪提供 脂肪是体内能源物质储存的主要形式 在糖和脂肪供能不足时，蛋白质才分解供 给生命活动所必需的能量 肌肉收缩时必须利用高能化合物三磷酸 腺苷 (ATP)水解时释放出的能量， ATP是肌 肉活动的直接能量来源 ATP的来源有两个： 其一为在肌肉内由肌细胞通过有氧或无 氧代谢合成 其二为在肌肉外通过碳水化合物、脂肪 和蛋白质的有氧代谢产生 (1)肌肉内 ATP的合成 由磷酸肌酸 (CP)形成 ATP ADP+CPATP+C 它是一种无氧代谢， CP在细胞中含量有限， 通过此途径产生的 ATP不多 糖酵解产生 ATP C6H12O62C3H6O3+2ATP 碳水化合物 (糖原或葡萄糖 )在无氧的条件下 酵解，此过程中一个糖单位产生 2个 ATP分子 营养物质的有氧代谢 这是三羧酸循环和电子转移两个复杂的 代谢过程的综合，反应在肌细胞的线粒 体内进行，需要氧参加，在此过程中， 每消耗 1个氧原子可以生成 2 3个 ATP 正常情况下肌肉组织内的 ATP含量很有限 (2)肌肉外 ATP的产生 在肌细胞外，以有氧代谢方式产生 ATP， 反应物为糖类、脂肪和蛋白质 常见的情况是由糖类和脂肪氧化产生 ATP 碳水化合物产生 ATP C6H12O6+6O2+36ADP6CO2+6H2O +36ATP 由此可见，有氧代谢比糖酵解产生效率 高，二者产生 ATP之比约为 36:2 脂肪产生 ATP C16H32O2(棕榈酸 )+23O2+130ADP16CO2+16H2O+130ATP 脂肪产能的优点在于每克产热大，每克糖、 脂肪、蛋白质的产能比为： 4.1： 9.3： 4.2 其次是脂肪储存能量大，脂肪与糖的储能 比达到 50： 1 在一般运动的情况下，糖和脂肪协调地供应能量，蛋 白质不是重要的能源 安静状态下以有氧代谢为主，短时间激烈运动可促进 肌细胞内的糖酵解 缓慢和持久的运动以肌细胞外糖的有氧代谢供能为主 大强度运动时整体以有氧代谢为主、局部有无氧代谢 长时间运动时一般先利用肌肉的能源，随着时间的延 长，血中的糖和脂肪相继被利用 在用接近最大耗氧量 50的强度进行持续运动时， 75 左右的能量来自脂肪 短期间歇运动时主要耗能是脂肪