生理学动作电位肌肉收缩原理课件

人的差异在于业余时间生理学动作电位肌肉收缩原理二、二、细胞膜物胞膜物质转运功能运功能细胞外细胞外细胞内细胞内转运方式：运方式：1、单纯扩散：单纯扩散：2、易化扩散：易化扩散：载体方式：载体方式：通道方式：通道方式：3、主动转运：主动转运：4、团块物质：团块物质：出胞：出胞：入胞：入胞：(一）一）、单纯扩散散概念概念:是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机制参与。制参与。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。举例举例：O2、CO2、NH3特点：特点：顺浓度差顺浓度差 不消耗能量不消耗能量影响扩散因素：影响扩散因素：膜两侧的浓度差膜两侧的浓度差 膜对物质的膜对物质的 通透性通透性 （二）（二）、易化易化扩散散概念：概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白 帮助下帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程。顺浓度差通过细胞膜的过程。类型类型：载体运输载体运输 通道运输通道运输 电压门控电压门控 化学门控化学门控1、载体介导的易化扩散、载体介导的易化扩散 2、通道通道介导的易化扩散示意图介导的易化扩散示意图门控离子通道分为三类：门控离子通道分为三类：1.1.电压门控通道：电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如在膜去极化到一定电位时开放，如神经元上的神经元上的NaNa+通道；通道；2.2.化学门控通道：化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而受膜环境中某些化学物质的影响而开放开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激素、递质等素、递质等；3.3.机械门控通道：机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。易化扩散的易化扩散的影响因素影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道开放的数量膜上载体的数量或通道开放的数量易化扩散特点：易化扩散特点：特异性特异性 （载体）（载体）、（通道）（通道）饱和现象饱和现象 竞争性抑制竞争性抑制（三）主动转动（三）主动转动概念概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。侧的过程。分类分类：原发性主动转运、继发性主动转运原发性主动转运、继发性主动转运二者区别二者区别：原发性主动转运：直接利用原发性主动转运：直接利用ATPATP能量能量继发性主动转运：间接利用继发性主动转运：间接利用ATPATP能量能量特点：特点：耗能并逆电耗能并逆电-化学差进行化学差进行原发性主动转运示意图继继发发性性主主动动转转运运钠钾泵（SODIUM-POTASSIUM PUMP）简称简称钠泵钠泵，也称，也称Na+-K+依依赖式。赖式。作用作用：在消耗代谢能的情况在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的下逆浓浓度差将细胞内的3个个Na+移出膜外，同时把细胞外移出膜外，同时把细胞外的的2个个K+移入膜内，因而保持移入膜内，因而保持了膜内高了膜内高K+和膜外高和膜外高Na+的不的不均衡离子分布均衡离子分布 。意义：意义：钠泵活动造成的细胞内高钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件；是许多代谢过程的必需条件；钠泵将钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；胞的正常体积有一定意义；钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外Na+和和K+等顺等顺着浓度差和电位差移动的能量来源着浓度差和电位差移动的能量来源。主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小（四）入（四）入 胞胞 和和 出出 胞胞第二节细胞的跨膜信号转导功能第二节细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导方式分为三类：跨膜信号转导方式分为三类：离子通道介导的信号转导。离子通道介导的信号转导。G蛋白耦联受体介导的信号转导；蛋白耦联受体介导的信号转导；酶耦联受体介导的信号转导；酶耦联受体介导的信号转导；每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。(一一)由离子通道完成的跨膜信号传递由离子通道完成的跨膜信号传递、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的开关：开关：(递质、递质、激素等激素等)例：例：终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道2、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。例：钠通道例：钠通道,跨膜电位控制跨膜电位控制3、机械门控通道：机械门控通道：例：例：听觉毛细胞听觉毛细胞(二二)G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 由膜受体由膜受体-G-G-蛋白蛋白-膜效应器酶组成的膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成第二信使学第二信使学说 G蛋白蛋白-GDP第一信使第一信使+R G蛋白蛋白-GTP 效应器酶效应器酶 蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使及其他及其他 第二信使前体第二信使前体细胞功能改变细胞功能改变1 第一信使：激素、递质等第一信使：激素、递质等2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等等3 第二信使：第二信使：cAMP、IP3、DG受体受体-G蛋白蛋白-AC途径：途径：cAMP 受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径：途径：IP3、DG受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径 受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径磷脂酰二磷酸肌醇磷脂酰二磷酸肌醇 三磷酸肌醇三磷酸肌醇 二酰甘油二酰甘油（三）由酪氨酸激（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号受体完成的跨膜信号转导胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有酪氨酸激酶的活性酪氨酸激酶的活性当受体与相应的化学信号结合时，可直当受体与相应的化学信号结合时，可直接激活蛋白激酶接激活蛋白激酶引起受体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋引起受体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现细白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现细胞外信号对细胞功能的调节。胞外信号对细胞功能的调节。由受体完成的跨膜信号传递由受体完成的跨膜信号传递受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞特异生物学效应的特殊结构。特异生物学效应的特殊结构。受体本质：蛋白质或酶受体本质：蛋白质或酶受体特征：受体特征：特异性特异性 饱和性饱和性 可逆性可逆性第二信使学说：激素第二信使学说：激素+受体受体第二信使第二信使酶激活酶激活激素的作用机制：激素的作用机制：1、通过膜受体传递调控信息：通过膜受体传递调控信息：第二信使学说第二信使学说2、通过胞内受体传递调控信息：通过胞内受体传递调控信息：基因表达学说基因表达学说基因表达学基因表达学说第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象生物电生物电（bioc-lectricity）：是指一切活细胞无论处于静是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在息状态还是活动状态都存在的电现象。的电现象。静息静息电位（位（RP）：）：动作作电位（位（AP）：）：局部局部电位（位（LP）：）：跨膜跨膜电位位及分及分类:跨跨膜膜电位位产生生机机制制（一）静（一）静息息电电位位静息电位静息电位（resting potential，RP）是指细是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差差。意义意义：是动作电位产生的基础。：是动作电位产生的基础。产生条件产生条件主要有两个：主要有两个：细胞内外各种离子的浓度分布不均，细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差；即存在浓度差；在不同状态下，细胞膜对各种离子的在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。通透性不同。静息静息电位位产生机制生机制 1细胞内胞内钾浓度高于度高于细胞胞外外安静安静时膜膜对钾的通的通透性透性较大大钾外流聚于膜外，外流聚于膜外，带负电的蛋白不能的蛋白不能外流而滞于膜内外流而滞于膜内使膜外使膜外带正正电，膜，膜内内带负电静息静息电位位产生机制生机制 2当促使当促使钾外流的外流的钾浓度度势能能差差阻碍阻碍钾外外流的流的电势能差能差钾跨膜跨膜净移移动量量为零，零，处于于钾平衡平衡电位，即相位，即相当于当于RP（二）动（二）动作作电电位位概念：动作电位概念：动作电位(action potential,AP)(action potential,AP)是指细胞受刺激时是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。意义：是细胞处于兴奋状态的标志。意义：是细胞处于兴奋状态的标志。阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约比。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小正常静息电位的绝对值小101020mV 20mV。动作电位的产生条件动作电位的产生条件：静息电位去极化达到阈电位水平。静息电位去极化达到阈电位水平。神经纤维神经纤维AP心肌细胞心肌细胞AP动动 作作 电电 位位 的的 特特 点点 动作电位呈动作电位呈“全或无全或无”现象现象：动作电位一旦产生动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大；强而增大；不衰减性传导不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布到整个细胞膜；到整个细胞膜；脉冲式脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形成脉冲式图形。兴兴奋奋在在同同一一细细胞胞上上的的传传导导 A静息时B发生兴奋后C传导过程中动作作电位形成机制位形成机制 1 局部去极化达局部去极化达阈电位位，钠通道大量开通道大量开放放钠在膜外高在膜外高钠、膜、膜内内负电/膜外正膜外正电的的作用下内流作用下内流，引起引起上升支上升支内移的内移的钠在膜内形在膜内形成的正成的正电位位，阻阻碍碍钠的的内流内流足足够大大时钠净移入移入为零，达到零，达到钠平衡平衡电位位30mv0mv-70mv-90mv动作作电位形成机制位形成机制 2钠通道关通道关闭，钾通道开放通道开放钾外流引起下降外流引起下降支支钠泵工作，工作，泵出出钠、泵入入钾，恢，恢复膜两复膜两侧原原浓度度差。差。30mv0mv-70mv-90mv(三三)、局部、局部电位位概念：达不到阈电位的局部去极化。概念：达不到阈电位的局部去极化。30mv0mv-70mv-90mv1 随随阈下刺激增大下刺激增大而增大而增大2 电紧张性性扩布布(递减性减性传播播)3 总和和现象（象（时间性、空性、空间性）性）特特点点局部反局部反应与与动作作电位的位的区区别局部反局部反应动作作电位位阈下刺激引起下刺激引起阈(上上)刺激引起刺激引起钠通道少量开放通道少量开放钠通道大量开放通道大量开放 反反应等等级性性“全或无全或无”有有总和效和效应 无无 衰减性衰减性传播播非衰减性非衰减性传播播膜膜电位状位状态极极 化化 细胞膜两侧保持的内负外正的状态。细胞膜两侧保持的内负外正的状态。去极化去极化 静息电位减小甚至消失的过程。静息电位减小甚至消失的过程。反极化反极化 膜内电位由零变为正值的过程。膜内电位由零变为正值的过程。复极化复极化 去极化、反极化后恢复到极化的过程。去极化、反极化后恢复到极化的过程。超极化超极化 静息电位增大的过程。静息电位增大的过程。第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：1、骨骼肌细胞结构骨骼肌细胞结构2、神经兴奋如何引起骨骼肌收缩神经兴奋如何引起骨骼肌收缩 神经神经-肌接头处兴奋传递肌接头处兴奋传递 兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联肌丝滑行学说肌丝滑行学说3、骨骼肌的收缩形式骨骼肌的收缩形式4、影响骨骼肌收缩的因素。影响骨骼肌收缩的因素。内容提要：内容提要：1、骨骼肌、骨骼肌细胞的胞的结构构骨骼肌细胞骨骼肌细胞 /肌纤维肌纤维 肌原纤维肌原纤维 肌管系统肌管系统肌原纤维结构肌原纤维结构肌小节：肌小节：1/2明带明带 暗带暗带 1/2明带明带肌丝：肌丝：粗肌丝粗肌丝细肌丝细肌丝 肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白细肌丝细肌丝横桥作用：横桥作用：与肌动蛋白结与肌动蛋白结合，扭动、解离、合，扭动、解离、复位、再结合复位、再结合.有有ATP酶活性酶活性肌凝蛋白肌凝蛋白粗肌粗肌丝肌管系肌管系统横横 管管终未池终未池三三联管管横横 管管纵 管管肌管系肌管系统作用作用横横管：管：传AP至肌至肌细胞深部胞深部纵管：管：贮存、存、释放、聚放、聚积钙三三联管：管：兴奋-收收缩耦耦联部位部位骨骼肌骨骼肌细胞的胞的结构构骨骼肌细胞骨骼肌细胞 /肌纤维肌纤维 肌原纤维肌原纤维 肌管系统肌管系统肌小肌小节肌肌丝粗肌粗肌丝、细肌肌丝横管横管纵管管三三联管管2、神、神经肌肉接肌肉接头处兴奋的的传递神神经肌肉接肌肉接头的的结构：构：接接头前膜前膜接接头间隙隙接接头后膜后膜神神经肌肉接肌肉接头兴奋传递过程程AP传到到轴突末梢突末梢钙通道开放，通道开放，钙内流内流，ACh释放放Ach 扩散散ACh与与终板膜化板膜化学学门控通道控通道结合合，通道通道开放开放钠内流内流为主主/钾外外流流为辅引起引起终板板电位位后者后者扩布使布使邻近近肌膜去极化达肌膜去极化达阈电位，引位，引发AP神神经肌肉接肌肉接头兴奋传递特点特点 单向性向性传递时间延延搁易受易受环境因素的影响境因素的影响3、兴奋收收缩耦耦联概念：概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩的机械变化的过程的机械变化的过程 电兴奋通通过横管横管传到肌到肌纤维深部深部三三联管管传递信息信息肌肌浆网网对钙的的释放和再放和再聚聚积Ca2+4、肌、肌丝滑行学滑行学说肌肌丝滑行滑行过程：程：终未未池池释放放钙，肌肌浆钙增多增多肌肌钙蛋白与蛋白与钙结合而合而变构，原肌构，原肌球球蛋白蛋白变构、解抑构、解抑横横桥与肌与肌动蛋白蛋白结合合并分解并分解ATP横横桥内扭、解离、复内扭、解离、复位、再位、再结合而不断循合而不断循环将将细肌肌丝拖向拖向M线肌小肌小节缩短（收短（收缩）钙泵将将钙泵入入终池池肌肌浆钙减少减少肌肌钙蛋白脱下蛋白脱下钙而而变构构原肌球蛋白原肌球蛋白变构并重建构并重建阻抑阻抑细肌肌丝滑回原位（舒滑回原位（舒张）骨骼肌收骨骼肌收缩过程程神神经肌肉接肌肉接头处兴奋传递兴奋收收缩耦耦联肌肌丝滑行滑行5、骨骼肌的收、骨骼肌的收缩形式形式等长收缩：只有张力增加而无长度改变的肌肉收缩形式。等长收缩：只有张力增加而无长度改变的肌肉收缩形式。等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。骨骼肌的收骨骼肌的收缩形式形式单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。骨骼肌的收骨骼肌的收缩形式形式复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。6、影响骨骼肌收影响骨骼肌收缩的主要因素的主要因素前负荷前负荷 ：肌肉收缩前就遇到的负荷。：肌肉收缩前就遇到的负荷。初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。前负荷对收缩的影响：前负荷对收缩的影响：在一定范围内，前负荷愈大，在一定范围内，前负荷愈大，初长度愈长，收缩力愈大；初长度愈长，收缩力愈大；最适初长度时，肌肉收缩能最适初长度时，肌肉收缩能使肌肉产生最大张力；使肌肉产生最大张力；前负荷过大，初长度过长，前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。收缩力降低。不同初长度时粗、细肌丝重合程度不同初长度时粗、细肌丝重合程度和产生张力的关系示意图和产生张力的关系示意图后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。后负荷对收缩的影响：后负荷对收缩的影响：先产生张力，后出现缩短，先产生张力，后出现缩短，缩短发生后张力不再增加缩短发生后张力不再增加后负荷愈大，张力愈大，缩后负荷愈大，张力愈大，缩短出现愈迟，缩短的初速度和总长短出现愈迟，缩短的初速度和总长度愈小度愈小 能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。收缩能力好收缩能力好 收缩效果好收缩效果好收缩能力差收缩能力差 收缩效果差收缩效果差心心 肌肌心肌收缩具有以下特点：心肌收缩具有以下特点：1.“全或无全或无”式收缩式收缩 2.对细胞外液对细胞外液Ca2+的依赖性的依赖性 3.心肌细胞能抵抗过度延伸的特性心肌细胞能抵抗过度延伸的特性复习题复习题1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意义。钾泵的作用及意义。2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。4.神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什么？么？5.试述骨骼肌神经试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。肌接头的兴奋传递过程及其特点。6.何谓兴奋何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？思思 考考 题题1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液K+浓度时，其静浓度时，其静息电位和动作电位有何变化？为什么？息电位和动作电位有何变化？为什么？2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓“全全”或或“无无”式的？式的？3.当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？可能有哪些原因？7626、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。卢梭27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。罗曼罗兰28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。孔子29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。达芬奇30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。叔本华谢谢！谢谢！