骨骼肌心肌及平滑肌细胞生理课件

骨骼肌心肌及平滑肌细胞生理骨骼肌心肌及平滑肌细胞生理骨骼肌心肌及平滑肌细胞生理骨骼肌心第五章第五章骨骼肌、心肌和平滑肌骨骼肌、心肌和平滑肌细细胞生理胞生理n第一节骨骼肌生理n第二节平滑肌生理n第三节心肌生理2021/11/142第五章骨骼肌、心肌和平滑肌细胞生理第一节骨骼第一节第一节骨骼肌生理骨骼肌生理n神神经经肌肌肉肉组组织织的的一一般般生生理理主主要要是是指指运运动动神神经经纤纤维维及及其其支支配配的的骨骨骼骼肌肌纤维如神经纤维如神经-肌肉标本肌肉标本nerve-musclepreparation的生理功能。的生理功能。n环节与内容：环节与内容：n兴奋及其传导兴奋及其传导n神经肌肉接点间兴奋的传递神经肌肉接点间兴奋的传递n肌肉收缩肌肉收缩n实验材料：坐骨神经实验材料：坐骨神经腓肠肌腓肠肌2021/11/143第一节骨骼肌生理神经肌肉组织的一般生理主要是指运动神n50年代，年代，Huxley提出肌丝滑行学说，认为肌提出肌丝滑行学说，认为肌肉收缩时并无肌丝或其他有形构造的卷曲、肉收缩时并无肌丝或其他有形构造的卷曲、缩短，只是细肌丝向粗肌丝之间滑动，使肌缩短，只是细肌丝向粗肌丝之间滑动，使肌节缩短。节缩短。第一节第一节骨骼肌生理骨骼肌生理2021/11/14450年代，Huxley提出肌丝滑行学说，认为肌肉收缩时并无肌2021/11/1452021/11/145一一骨骼肌纤维肌原纤维和肌管系统构成骨骼肌纤维肌原纤维和肌管系统构成1.肌原纤维：由许多肌微丝组成，肌微丝有粗肌丝和肌原纤维：由许多肌微丝组成，肌微丝有粗肌丝和细肌丝两种。细肌丝两种。1粗粗肌肌丝丝100-150A15000A位位于于暗暗带带，主主要要由由肌肌球球蛋蛋白构成。白构成。每每条条粗粗肌肌丝丝约约含含200个个肌肌球球蛋蛋白白分分子子，肌肌球球蛋蛋白白分分子子类类似似豆豆芽芽，主主干干细细长长，头头膨膨大大，又又称称横横桥桥，横横桥桥具具有有ATPase活活性。性。肌肌球球蛋蛋白白分分子子构构成成粗粗肌肌丝丝时时，其其主主干干朝朝向向暗暗带带中中央央M线线，横横桥螺旋式排列在外，与主干略呈垂直，朝向桥螺旋式排列在外，与主干略呈垂直，朝向Z线。线。2细细肌肌丝丝50-70A10000A位位于于明明带带和和局局部部暗暗带带，由由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。肌肌动动蛋蛋白白：单单体体球球形形，聚聚合合成成两两条条并并行行的的念念珠珠串串，且且拧拧成成螺螺旋双链，上有与粗肌丝横桥结合的位点。旋双链，上有与粗肌丝横桥结合的位点。原原肌肌球球蛋蛋白白：两两条条细细长长形形原原肌肌球球蛋蛋白白双双体体分分子子分分别别位位于于肌肌动动蛋蛋白白双双螺螺旋旋链链的的两两条条沟沟壁壁中中，可可掩掩盖盖或或暴暴露露肌肌动动蛋蛋白白上上的的横桥结合位点。横桥结合位点。肌肌钙钙蛋蛋白白：球球形形，能能与与Ca2+结结合合或或别别离离以以调调节节原原肌肌球球蛋蛋白白的的位置。位置。2021/11/146一骨骼肌纤维肌原纤维和肌管系统构成1.肌原纤维：n2肌小节肌小节sorcomeren横横切切面面：每每一一粗粗肌肌丝丝周周围围有有六六根根细细肌肌丝丝；每每一细肌丝周围有三根粗肌丝。一细肌丝周围有三根粗肌丝。nn纵纵切切面面：1/2明明带带+暗暗带带+1/2明明带带:Z线线1/2明明带带暗暗带带中中间间为为H带带，正正中中有有一一M线线-1/2明带明带Z线线2021/11/1472肌小节sorcomere2021/11/147n3肌管系统与三联体构造肌管系统与三联体构造n横横管管系系统统：由由肌肌膜膜在在A带带和和I带带交交界界处处凹凹陷陷成成横横小小管管与与肌肌纤纤维维长长轴轴垂垂直直，穿穿行行于于肌肌原原纤纤维维之之间间，横横小管开口于肌膜，与细胞外液相连通。小管开口于肌膜，与细胞外液相连通。n纵纵管管系系统统：由由滑滑面面骨骨质质网网形形成成，与与肌肌原原纤纤维维长长轴轴平平行行，其其两两端端A带带、I带带交交界界处处膨膨大大成成终终末末池池，起贮存、释放起贮存、释放Ca2+的作用。的作用。n三联体构造三联体构造2021/11/1483肌管系统与三联体构造2021/11/148二二骨骼骨骼肌的收缩机制肌的收缩机制n一一Ca2+是兴奋是兴奋收缩的偶联因子收缩的偶联因子n1兴奋通过横管传导到肌细胞深部兴奋通过横管传导到肌细胞深部n2横横管管的的电电变变化化通通过过三三联联体体，导导致致纵纵管管终终末末池释放池释放Ca2+n3肌肉收缩后肌肉收缩后Ca2+被回摄入纵管系统被回摄入纵管系统2021/11/149二骨骼肌的收缩机制一Ca2+是兴奋收缩的n二两种肌微丝所含蛋白质的不同分子特性是肌丝滑行的分子根底n1粗肌丝：几乎全部由肌球蛋白组成：主杆；n球头横桥n2细肌丝：60%为肌动蛋白n原肌球蛋白n肌钙蛋白：C亚单位nT亚单位nI亚单位2021/11/1410二两种肌微丝所含蛋白质的不同分子特性是肌丝滑行的分子根底n三肌丝滑行导致肌小节缩短三肌丝滑行导致肌小节缩短n1Huxlay发发现现，肌肌肉肉缩缩短短时时，A带带宽宽度度不不变变；I带带变变窄窄；H小小带带变变小小直直到到消消失失。说说明明肌肌肉肉收收缩缩时时，粗粗细细肌肌丝丝长长度度不不变变，只只是是细细肌肌丝丝向粗肌丝中间滑行。向粗肌丝中间滑行。n2细细肌肌丝丝的的滑滑行行是是由由于于粗粗肌肌丝丝上上横横桥桥与与细细肌肌丝丝的的肌肌动动蛋蛋白白结结合合，然然后后横横桥桥向向M线线方方向向摆动，拖动细肌丝向暗带中央滑行。摆动，拖动细肌丝向暗带中央滑行。2021/11/1411三肌丝滑行导致肌小节缩短2021/11/1411n3Ca2+与肌丝滑行：与肌丝滑行：nCa2+到到达达一一定定水水平平10-5mol/L时时，Ca2+可可与与肌肌钙钙蛋蛋白白结结合合，并并使使之之变变构构，进进而而引引起起原原肌肌球球蛋蛋白白构构型型改改变变，使使肌肌动动蛋蛋白白头头和和肌肌球球蛋蛋白白能能结结合合成成肌肌动动球球蛋蛋白，分解白，分解ATP，引起横桥摆动。，引起横桥摆动。n4Ca2+的来龙去脉的来龙去脉n1安安静静时时，贮贮存存于于终终末末池池中中，肌肌浆浆中中仅仅10-9mol/Ln2兴兴奋奋传传进进横横管管，传传递递到到终终末末池池膜膜构构造造中中，Ca2+通道翻开，通道翻开，Ca2+顺浓度差进入胞浆中。顺浓度差进入胞浆中。n3冲冲动动完完毕毕后后，肌肌质质网网中中Ca2+泵泵将将肌肌浆浆中中Ca2+转运到肌质网终末池中。转运到肌质网终末池中。2021/11/14123Ca2+与肌丝滑行：2021/11/1412n5兴奋兴奋收缩耦联的总过程收缩耦联的总过程nexcitation-contractioncouplingn运动神经冲动运动神经冲动n肌膜产生动作电位肌膜产生动作电位n横管系产生动作电位横管系产生动作电位n终末池释放终末池释放Ca2+nCa2+与肌钙蛋白结合使之变构与肌钙蛋白结合使之变构n原肌球蛋白变构，暴露出肌动蛋白结合点原肌球蛋白变构，暴露出肌动蛋白结合点n肌球蛋白横桥与肌动蛋白结合，分解肌球蛋白横桥与肌动蛋白结合，分解ATPn横桥摆动，细肌丝滑行横桥摆动，细肌丝滑行n肌节缩短肌节缩短2021/11/14135兴奋收缩耦联的总过程2021/11/1413三三骨骼肌收缩的机械特性骨骼肌收缩的机械特性n一肌肉收缩的根本形式：等张收缩和等长收缩一肌肉收缩的根本形式：等张收缩和等长收缩n1等张收缩等张收缩n2等长收缩等长收缩n二肌肉收缩具有空间和时间总和的特性二肌肉收缩具有空间和时间总和的特性n1单收缩：单收缩：潜伏期；潜伏期；收缩期；舒张期收缩期；舒张期n2复合收缩复合收缩n3强直收缩强直收缩2021/11/1414三骨骼肌收缩的机械特性一肌肉收缩的根本形式：等张2021/11/14152021/11/1415n三肌肉收缩的机械功取决于三肌肉收缩的机械功取决于n负荷量和收缩速率负荷量和收缩速率n1负荷量：后负荷；前负荷负荷量：后负荷；前负荷n2肌肉收缩的速率肌肉收缩的速率n3机械效率机械效率mechanicalefficiency：完成机械功的分量与所消耗的总能：完成机械功的分量与所消耗的总能量的比率。量的比率。2021/11/1416三肌肉收缩的机械功取决于2021/11/1416第二第二节节平滑肌生理平滑肌生理一、平滑肌的构造一、平滑肌的构造n平滑肌细胞呈梭形，长50100微米，直径210微米，有单个细胞核。许多平滑肌细胞以典型的薄层形式围绕机体腔器官分布。n平滑肌纤维中存在三种类型的肌丝：粗肌丝(含肌球蛋白)、细肌丝(含肌动蛋白，无肌钙蛋白)和中间丝。粗、细肌丝并不构成肌原纤维，也不存在有规律的肌节。中间不参与肌纤维的收缩，但作为细胞骨架的一局部维持细胞的形态。n平滑肌细胞相互连接，形成连续的构造，这种机械连接的形式使它们能同时被激活并对刺激作出一样的反响，这种构造对平滑仙完成其生理功能是至关重要的。n在平滑肌之间存在各种形式的特异连接。包括缝隙连接(类似电突触，传电)和机械连接(又称粘附连接，传力)。2021/11/1417第二节平滑肌生理一、平滑肌的构造平滑肌细胞呈梭形第二第二节节平滑肌生理平滑肌生理二、平滑肌二、平滑肌细细胞的胞的电电活活动动n(一)单位平滑肌和自发电活动电位n主要存在于腔器官的管壁和内脏器官中，细胞间以缝隙连接通过电偶合来传递信息，故常作为一个功能合胞体形成一个共同单位同步产生收缩。n单位平滑肌纤维没有恒定的静息电位，它们能自我兴奋逐步除极化，到达阈电位水平时产生一次动作电位(起搏点电位)。n单位平滑肌细胞的自动去极化电位可分为两种类型：一种是起搏点电位，另一种为慢波电位。前者的活动可启动非神经支配的。2021/11/1418第二节平滑肌生理二、平滑肌细胞的电活动(一)n(二)多单位平滑肌和神经源性活动n多单位平滑肌由多个别离的、在功能上相互独立的单位组成。与骨骼肌类似，每个单位都需要承受神经刺激才能收缩，属于神经源性活动。但多单位平滑肌承受自主神经支配，而非躯体运动神经支配。n多单位平滑肌主要存在于大血管的管壁、气管、与调节眼屈光度有关的眼肌以及毛囊基部等处。第二第二节节平滑肌生理平滑肌生理二、平滑肌二、平滑肌细细胞的胞的电电活活动动2021/11/1419(二)多单位平滑肌和神经源性活动第二节平滑肌生理第二第二节节平滑肌生理平滑肌生理三、平滑肌的收三、平滑肌的收缩缩n(一)平滑肌的收缩机制n由于平滑肌细胞的细肌丝中没有与钙结合的肌钙蛋白，因此不存在横桥与肌动蛋白结合位点激活的问题。研究说明，肌球蛋白的磷酸化是屐这一过程的唯一条件。n4个Ca2+与胞质中的钙调蛋白结合形成复合体复合体与肌球蛋白轻链激酶MLCK结合并激活此酶激活的MLCK催化肌球蛋白轻链MLC磷酸化磷酸化的横桥被激活，与肌动蛋白结合。n(二)肌浆中Ca2+浓度的调节n细胞外Ca2+是启动平滑肌细胞收缩的主要来源。2021/11/1420第二节平滑肌生理三、平滑肌的收缩(一)平滑肌的收第三第三节节心肌生理心肌生理n一一心肌的心肌的电电活活动动n组组成成心心脏脏的的心心肌肌细细胞胞可可以以分分为为两两大大类类：一一类类是是普普通通的的心心肌肌细细胞胞，包包括括心心房房肌肌和和心心室室肌肌，它它们们含含有有丰丰富富的的肌肌原原纤纤维维，执执行行收收缩缩功功能能，故故又又称称为为工工作作细细胞胞，工工作作细细胞胞不不具具有有自自动动节节律律性性，属属于于非非自自律律细细胞胞；另另一一类类是是特特殊殊分分化化的的心心肌肌细细胞胞，具具有有自自动动节节律律性性，组组成成了了心心脏脏的的特特殊殊传传导导组组织织 specificconductionsystem。心心脏脏的的特特殊殊传传导导组组织织包包括括：窦窦房房结结、房房室室交交界界、房房室室束束、末末梢梢普普肯肯野野纤纤维维网网。房房室室交交界界又又分分为为：房房结结区区、室室结结区、区、结结希区和希氏束。希区和希氏束。2021/11/1421第三节心肌生理一心肌的n另外，根据心肌细胞0期去极化速度的不同，以及是否具有自律性的特点，可分为快反响自律细胞心房传导组织、房室束和普肯野纤维网中的自律细胞和非自律细胞心房肌和心室肌细胞、慢反响自律细胞窦房结、房结区和结希区的自律细胞和非自律细胞存在于结区中4类。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1422另外，根据心肌细胞0期去极化速度的不同，以及是否具有自律性的n 一一 心肌心肌电电活活动动的离子根底的离子根底n与与骨骨骼骼肌肌相相比比，心心肌肌细细胞胞的的电电活活动动要要复复杂杂得得多多。不不同同类类型型的的心心肌肌细细胞胞的的跨跨膜膜电电位位在在幅幅度度和和持持续续时时间间上上各各不不一一样样，而而且且其其波波形形和和形形成成的的离离子子根根底底也也有有一一定定的的差差异异。现现以以心心室室肌肌细细胞胞为为例介例介绍绍心肌心肌细细胞胞动动作作电电位形成的机制。位形成的机制。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1423一心肌电活动的离子根底第三节1心肌心肌细细胞的静息胞的静息电电位：位：形形成成的的离离子子机机制制与与骨骨骼骼肌肌一一样样，是是“安安静静时时细细胞胞内高内高浓浓度的度的K+外流造成。外流造成。心室肌：心室肌：-90mV第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14241心肌细胞的静息电位：第三节心2心肌心肌细细胞的胞的动动作作电电位位其去极化和复极化其去极化和复极化过过程共五个程共五个时时期：期：1 0期去极化期去极化过过程程静静息息-90mV 膜膜静静息息电电位位减减小小到到阈阈值值-70mV Na+通通道道激激活活Na+透透性性膜膜外外高高浓浓度度Na+内内流流膜膜内内电电位位迅迅速速上上升升 去去、反反极极化化 +30mV 2 复极化复极化1期期 快速复极化初期快速复极化初期 通通道道迅迅速速关关闭闭，Cl-道道翻翻开开Cl-内内流流膜膜电电位迅速下降位迅速下降 0mV 0期与此同期与此同时时期合成峰期合成峰电电位。位。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14252心肌细胞的动作电位第三节心肌 3 复极化复极化2期期 缓缓慢复极期或平台期慢复极期或平台期 Cl-关关闭闭，Ca2+道道翻翻开开，Ca2+内内流流=慢慢K+道道翻翻开开K+外外流：平衡。流：平衡。平平台台期期是是心心肌肌细细胞胞动动作作电电位位的的主主要要特特征征，也也是是复复极极化化慢慢而且而且长长的原因所在。的原因所在。4 复极化复极化3期期 快速复极末期快速复极末期 K+道翻开，道翻开，K+外流外流膜膜电电位迅速下降位迅速下降-90mV 5 静止期静止期4期期Na+/K+泵泵活活动动，为为下一次心肌下一次心肌兴奋兴奋作准作准备备。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14263复极化2期缓慢复极期或平台期第三节 二二 心肌的生理特性心肌的生理特性1自律性自律性Autorhythmicity在在适适宜宜条条件件下下,心心脏脏在在脱脱离离神神经经支支配配甚甚至至离离体体的的情情况况下下,仍仍能能自自动动地地产产生生节节律律性性兴兴奋奋和和舒舒缩缩的的特特性性。自律性来源于自律自律性来源于自律组织组织的自律的自律细细胞。胞。蛙蛙类类的的Stannius，结结扎扎实验实验自律自律组织组织的自律性：的自律性：窦窦房房结结 100/min 心心房房传传导导组组织织房房室室交交界界 40-60/min 房室束和房室束和Pukinju，s纤维纤维 30/min 第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1427二心肌的生理特性第三节n心心脏脏的自律活的自律活动动：n自自律律细细胞胞的的电电位位特特点点是是第第4期期不不稳稳定定，存存在在4期期自自动动去去极极化化 spontaneousdepolarization，其其原原因因在在慢慢反反响响细细胞胞推推测测是是由由于于内内向向Ca2+流流K+外外流流。当当舒舒张张期期自自动动去去极极化化到到达达阈阈电电位位水水平平时时，即即引引发发全全面面的的0期期去去极极化化，爆爆发发动动作作电电位。位。n窦窦性性节节律与正常心律：律与正常心律：第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1428心脏的自律活动：第三节心肌生理2潜在起搏点与异位起搏点：异位节律：Stannius，结扎实验：静脉心房心室第一结扎第二结扎影响自律性的因素：14期自动去极化的速度2最大舒张电位的水平3阈电位水平第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1429潜在起搏点与异位起搏点：第三节心肌n2传导传导性性Conductivity，conductibilityn心心肌肌和和神神经经纤纤维维一一样样，具具有有传传导导兴兴奋奋的的能能力力，称称为为传传导导性性。即即心心肌肌的的任任何何一一点点承承受受刺刺激激，兴兴奋奋即即将从将从该该点点传传向心肌的其它局部。向心肌的其它局部。n传导传导：局部：局部电电流形式流形式 心肌心肌细细胞内胞内 n传传递递：兴兴奋奋能能以以电电的的形形式式通通过过电电阻阻很很低低的的闰闰盘盘，在在心心肌肌间间直直接接传传递递。整整个个心心房房或或心心室室实实际际上上就就形形成了一个功能上的合胞体。成了一个功能上的合胞体。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14302传导性Conductivity，conductibin窦房结-结间束-房室结-房室束-Pukinju，s纤维-心室肌n速度：心房肌0.4m/sn房间束1.7m/sn心室肌1m/sn浦氏纤维4m/s可使兴奋几乎同时传到所有心房肌或心室肌，从而使之同步收缩，效果好。n房室结0.02m/s故兴奋延搁房室延搁0.05-0.1s，保证了心房、心室交替收缩；但此地容易发生传导阻滞。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1431窦房结-结间束-房室结-房室束-Pukin2021/11/14322021/11/14323兴奋兴奋性：性：excitivity，excitativity，excitability心肌心肌细细胞具有胞具有对对刺激刺激发发生反响的能力，称生反响的能力，称兴奋兴奋性。性。1 心肌心肌兴奋兴奋性的周期性性的周期性变变化化+30mV-55mV-80mV-90mV90mV绝绝对对不不应应期期相相对对不不应应期期超超常常期期正正常常期期0.2-0.3s有效不有效不应应期期(-60mV)绝绝对对不不应应期期约约与与心心肌肌收收缩缩期期等等时时，故故心心肌肌收收缩缩进进程程中中不不可可能能承承受受刺刺激激再再次次兴兴奋奋，保保证证了了一一缩缩一一舒舒射射血功能的正常。血功能的正常。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14333兴奋性：excitivity，excitativity，n2期前收缩与代偿间歇nprematuresystoleandcompensatorypausen心室开场舒张相对不应期时给予一个强刺激，那么可引起期前收缩早搏。期前收缩后，常可见一段长时间的间歇，称代偿间歇。其原因是由于从窦房结传来的兴奋刚好落在期前收缩的绝对不应期内，因而不会引起心肌收缩，须等窦房结传来的下一次兴奋才能发生反响，因而减少了一次搏动。2021/11/14342期前收缩与代偿间歇2021/11/14344收收缩缩性性contractility，contractibility心心肌肌在在发发生生兴兴奋奋时时，外外在在表表现现为为肌肌纤纤维维的的缩缩短短，满满意意肌肌的的收收缩缩性性。就就整整个个心心脏脏而而言言，收收缩缩是是“全全或或无无allornone式的。式的。特点：特点：1 对对Ca2+的明的明显显依依赖赖；2 同步收同步收缩缩；3 不不发发生生强强直收直收缩缩。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14354收缩性contractility，contrac 三三 理化因素理化因素对对心肌生理特性的影响心肌生理特性的影响1K+、Ca2+、Na+的影响的影响血血K+过过高高：心心率率减减慢慢，传传导导速速度度降降低低，收收缩缩力力减减弱。弱。血血K+过过低低：自自律律性性增增高高，易易产产生生期期前前收收缩缩，甚甚至至异位异位节节律。律。血血Ca2+过过高：收高：收缩缩力力过过强强，甚至停搏于收，甚至停搏于收缩态缩态。血血Ca2+过过低：收低：收缩缩力减弱。力减弱。血血Na+主主要要在在于于维维持持渗渗透透压压平平衡衡，也也是是心心肌肌兴兴奋奋所必需的。所必需的。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1436三理化因素对心肌生理特性的影响第三节2温度、酸碱度和氧的影响温度、酸碱度和氧的影响温度：温度：酸酸碱碱度度：pH过过低低，收收缩缩力力减减弱弱；pH过过高高，收收缩缩力力加加强强，但舒，但舒张张不全。不全。缺缺氧氧：心心肌肌代代谢谢障障碍碍，收收缩缩减减弱弱，重重那那么么可可引引起起心心绞绞痛。痛。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/14372温度、酸碱度和氧的影响第三节心 四四 心心电图电图 electricardiogram，ECG P波：代表左右两心房除极波：代表左右两心房除极过过程的程的电电位位变变化。化。QRS波波群群：代代表表左左右右两两心心室室兴兴奋奋扩扩播播过过程程的的电电位位变变化。化。T波：反映心室复极波：反映心室复极过过程的程的电电位位变变化。化。P-R间间期期：代代表表心心房房开开场场兴兴奋奋到到心心室室开开场场兴兴奋奋所所需需时间时间。S-T段：段：处处于基于基线线。Q-T间间期期：代代表表心心室室肌肌除除极极和和复复极极过过程程总总共共所所需需的的时间时间。第三第三节节心肌生理心肌生理2021/11/1438四心电图electricardiogram，ECG谢 谢 !2021/11/1439谢谢!2021/11/1439谢谢！谢谢！