第三章第四节肌肉的收缩功能课件

第三章第四节肌肉的收缩功能 肌肉肌肉横纹肌横纹肌平滑肌平滑肌骨骼肌骨骼肌 心肌心肌一一.骨骼肌的收缩功能骨骼肌的收缩功能运动神经元兴奋运动神经元兴奋神经神经-肌接头肌接头骨骼肌细胞骨骼肌细胞兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联骨骼肌收缩骨骼肌收缩（一）神经（一）神经-肌接头的兴奋传递肌接头的兴奋传递1.1.神经神经-肌接头（肌接头（neuromuscular junctionneuromuscular junction）结构结构接头前膜接头前膜(prejunctional membrane):运动神经纤维末梢运动神经纤维末梢 （膨大，无髓鞘）（膨大，无髓鞘）接头间隙接头间隙(junctional cleft)接头后膜接头后膜(postjunctional membrane):对应的肌细胞膜，对应的肌细胞膜，又称终板（又称终板（end plate）Na+2.neuromuscular junction 的兴奋传递的兴奋传递 APAP达运动神经末梢达运动神经末梢前膜去极化前膜去极化前膜前膜CaCa2+2+通道开放通道开放,Ca2+Ca2+入前膜入前膜AChACh释放释放(量子化释放量子化释放)AChACh扩散至扩散至endplateendplateAChACh与与R R结合结合,K,K+、NaNa+通道开放通道开放 (化学门控化学门控)Endplate potentialEndplate potential（电紧张扩布电紧张扩布）终板终板附近肌膜上附近肌膜上电压门控电压门控NaNa+通道激活通道激活 APAch被胆碱酯酶水解，胆碱可被回收至前膜重复利用被胆碱酯酶水解，胆碱可被回收至前膜重复利用 量子释放量子释放（quantal releasequantal release）:微终板电位微终板电位（miniature end-plate potentialminiature end-plate potential）：）：去极化约去极化约0.4 mV/0.4 mV/囊泡囊泡终板电位终板电位（end-plate potential,EPPend-plate potential,EPP）1 1）定义定义 :终板膜终板膜上产生的局部去极化电位。可随上产生的局部去极化电位。可随 AChACh释放增加而产生等级性变化。释放增加而产生等级性变化。2 2）不表现不表现“全或无全或无”传导，只能在局部进行紧张性电扩传导，只能在局部进行紧张性电扩布布 3 3）一次神经冲动释放一次神经冲动释放AChACh所引起的所引起的EPPEPP大小超过引起肌细大小超过引起肌细胞胞APAP所需阈值所需阈值3434倍倍,可刺激可刺激周围周围具有具有电压门控电压门控NaNa+通道通道的的肌膜肌膜产生产生APAP，使神经冲动与肌细胞收缩保持，使神经冲动与肌细胞收缩保持1 1对对1 1。相关药物相关药物：新斯的明、有机磷农药新斯的明、有机磷农药:抑制胆碱酯酶；抑制胆碱酯酶；筒箭毒碱、筒箭毒碱、-银环蛇毒等：阻断胆碱银环蛇毒等：阻断胆碱N N受体。受体。（二）骨骼肌的收缩活动（二）骨骼肌的收缩活动1.1.骨骼肌的超微结构：骨骼肌的超微结构：肌原纤维（肌原纤维（myofibrilmyofibril）肌管系统（肌管系统（sarcobutubular systemsarcobutubular system）（1 1）肌原纤维的结构和分子构成：肌原纤维的结构和分子构成：粗肌丝和细肌丝及其排列：粗肌丝和细肌丝及其排列：肌原纤维肌原纤维 粗肌丝粗肌丝:（thick filament）细肌丝细肌丝（thin filament）肌球蛋白肌球蛋白（myosin）肌动蛋白（肌动蛋白（actin）:肌纤蛋白肌纤蛋白原肌凝蛋白（原肌凝蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（肌钙蛋白（troponin收缩收缩蛋白：蛋白：actin and myosin调节调节蛋白：蛋白：tropomyosin and troponin 肌纤维膜肌内膜肌束膜纤维束肌外膜肌腹肌小节：是肌肉收缩的基本功能单位。肌小节：是肌肉收缩的基本功能单位。两侧两侧1/2明带和中间部分的暗带，明带和中间部分的暗带，明带明带暗带暗带H带带M线线Z线线肌小节肌小节 M 线线 肌球蛋白（肌球蛋白（myosin）（2）肌管系统（）肌管系统（sarcotubular system）:w两两列肌纤蛋白的单体聚合成球状，形成细列肌纤蛋白的单体聚合成球状，形成细丝的主干，每一个单体上具有一个和肌凝丝的主干，每一个单体上具有一个和肌凝蛋白结合的位点。蛋白结合的位点。w肌纤蛋白和肌凝蛋白为收缩蛋白。肌纤蛋白和肌凝蛋白为收缩蛋白。w原肌凝蛋白在安静是疏松的附在肌纤蛋白原肌凝蛋白在安静是疏松的附在肌纤蛋白丝上，覆盖了其与肌凝蛋白结合的位点。丝上，覆盖了其与肌凝蛋白结合的位点。w肌钙蛋白有与肌钙蛋白有与Ca2+结合的作用，调节原肌结合的作用，调节原肌凝蛋白的变构，暴露肌纤蛋白的结合位点。凝蛋白的变构，暴露肌纤蛋白的结合位点。w肌钙蛋白和原肌凝蛋白为调节蛋白。肌钙蛋白和原肌凝蛋白为调节蛋白。（2）肌管系统（）肌管系统（sarcotubular system）:横管横管（transverse tubele）:T管（管（T tubule）,肌膜内陷而成，垂直肌膜内陷而成，垂直于肌原纤维于肌原纤维纵管纵管（longitudinal tubule）：肌质网（）：肌质网（sarcoplasmic reticulum,SR）,平行于肌原纤维，并包绕肌原纤维。又分为：平行于肌原纤维，并包绕肌原纤维。又分为：纵行肌质网（纵行肌质网（longitudinal SR,LSR）:连接肌质网（连接肌质网（junctional SR,JSR）：终池（）：终池（terminal cisterna）三联管三联管（triad）:T管管+两侧终池两侧终池w每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池，每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池，构成了三联管结构。构成了三联管结构。w肌管系统指包绕在每一条肌原纤维周围的肌管系统指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构，由来源和功能都不相同膜性囊管状结构，由来源和功能都不相同的两组独立的管道系统组成。的两组独立的管道系统组成。w横管系统或称横管系统或称T管：是由肌细胞的表面膜向管：是由肌细胞的表面膜向内凹入而形成，管腔通过肌膜凹入处的小内凹入而形成，管腔通过肌膜凹入处的小孔与细胞外液相通。孔与细胞外液相通。w纵管系统（纵管系统（L管）：肌浆网主要包绕每个肌管）：肌浆网主要包绕每个肌小节的中间部分，这是一些相互沟通的管小节的中间部分，这是一些相互沟通的管道，但是在接近肌小节两端的横管时管腔道，但是在接近肌小节两端的横管时管腔出现膨大，称为终末池。它使纵管以较大出现膨大，称为终末池。它使纵管以较大的面积和横管相靠近。的面积和横管相靠近。ryanodine 受体受体 2.2.骨骼肌细胞的收缩机制：肌丝滑动原理骨骼肌细胞的收缩机制：肌丝滑动原理横桥头具横桥头具ATPATP酶活性，肌肉舒张时，横桥（酶活性，肌肉舒张时，横桥（cross cross bridgebridge）结合的）结合的ATPATP被分解为被分解为ADP+PiADP+Pi，结合了，结合了ADP+PiADP+Pi的横桥处于高势能状态，它与细肌丝垂直，的横桥处于高势能状态，它与细肌丝垂直，与肌动蛋白有与肌动蛋白有高高亲和力，但无法结合（因结合位亲和力，但无法结合（因结合位点未暴露）。点未暴露）。肌浆内肌浆内CaCa2+2+，与肌钙蛋白结合，与肌钙蛋白结合原肌球蛋白构型改原肌球蛋白构型改变变解除位阻效应解除位阻效应处于高势能的横桥处于高势能的横桥（与（与ADP ADP 及磷酸基结合）及磷酸基结合）与肌动蛋与肌动蛋白结合，拖动肌动蛋白向白结合，拖动肌动蛋白向M M线方向扭动线方向扭动45 45（粗、细肌（粗、细肌丝相对滑行）（同时丝相对滑行）（同时ADP ADP 及磷酸基与横桥分离）及磷酸基与横桥分离）肌小肌小节变短节变短肌肉收缩肌肉收缩 ATP ATP结合到横桥头，使后者构象改变，与肌动蛋白亲结合到横桥头，使后者构象改变，与肌动蛋白亲和力和力而与之解离而与之解离 ATP ATP分解供能，使横桥（与分解供能，使横桥（与ADP ADP 及磷酸基结合）向及磷酸基结合）向Z Z线回位（恢复高势能状态）线回位（恢复高势能状态）ADPADP与横桥头解离，与横桥头解离，myosin myosin 再与再与tropomyosintropomyosin的新位的新位点结合点结合 横桥周期横桥周期 (cross-bridge cyclin)(cross-bridge cyclin)横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过程。程。周期的长短决定肌肉的缩短速度。周期的长短决定肌肉的缩短速度。横桥扭动的横桥扭动的2 2作用：作用：收缩肌肉；收缩肌肉；伸长桥臂，产生张力伸长桥臂，产生张力 胞浆中胞浆中Ca2+Ca2+浓度浓度，激活肌质网膜上的钙泵，激活肌质网膜上的钙泵后者分解后者分解ATPATP获得能量，将胞质中的获得能量，将胞质中的Ca2+Ca2+主动泵主动泵回肌质网内回肌质网内胞质中胞质中Ca2+Ca2+浓度降低，浓度降低，Ca2+Ca2+与与troponintroponin解离解离troponintroponin与与tropomyosintropomyosin恢复到安静状态，重新恢复到安静状态，重新形成位阻，阻断形成位阻，阻断myosinmyosin与与actinactin结合结合横桥周期停止，横桥周期停止，肌肉舒张肌肉舒张。（三）骨骼肌的兴奋（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联（收缩耦联（excitation-contraction coupling）AP AP 从肌膜传到从肌膜传到T T管管L-钙通道构象改变，激活钙通道构象改变，激活JSR膜上的膜上的ryanodine受体受体内钙释放后进入胞质，胞质内钙释放后进入胞质，胞质Ca2+浓度升高浓度升高与肌钙蛋白结合，原肌球蛋白构象改变，肌细胞机械收缩与肌钙蛋白结合，原肌球蛋白构象改变，肌细胞机械收缩耦联的关键物质耦联的关键物质Ca2+Ca2+耦联的关键结构耦联的关键结构三联管三联管 Ca2+骨骼肌细胞质内的钙绝大多数骨骼肌细胞质内的钙绝大多数(约约100%)源于源于JSR钙释放。钙释放。胞质中的胞质中的Ca2+由由0.1 M1-10 M 心肌细胞心肌细胞胞质内钙有胞质内钙有10%-20%经经L-钙通道路内流，钙通道路内流，80%-90%经经SR释放。释放。且后者依赖于前者才得以进行且后者依赖于前者才得以进行。钙触发的钙释放（钙触发的钙释放（calcium-induced Ca2+release）肌浆中肌浆中CaCa2 2 降低机制：降低机制：胞浆中胞浆中CaCa2+2+浓度升高浓度升高 激活肌质网上的激活肌质网上的CaCa2+2+泵泵 将胞浆中将胞浆中CaCa2+2+泵回肌质网泵回肌质网 胞浆中胞浆中CaCa2+2+浓度下降浓度下降 肌肌肉舒张肉舒张 （四）骨骼肌的收缩形式及影响收缩的因素（四）骨骼肌的收缩形式及影响收缩的因素1.1.收缩收缩形式形式：等长收缩（等长收缩（isometric contractionisometric contraction）等张收缩（等张收缩（isotonic contractionisotonic contraction）2.2.影响因素：影响因素：（1）前负荷（）前负荷（preload），初长度（），初长度（initial length）前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。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最适初长 度度(即即最适前负荷最适前负荷)，此状态下，此状态下，肌肉收缩产生的主动张力最大。肌肉收缩产生的主动张力最大。大于或小于最适初长度，肌肉收缩产生的张力均会下降。大于或小于最适初长度，肌肉收缩产生的张力均会下降。肌小节长度为肌小节长度为2.2m安静时肌节长度为安静时肌节长度为2.0 2.0 2.22.2m肌节长度肌节长度张力关系曲线张力关系曲线 最适初长度最适初长度 （optimal initial length initial length）肌肉收缩产生的肌肉收缩产生的张力大小张力大小由肌小节中由肌小节中与细肌丝接触的与细肌丝接触的横桥数目决定横桥数目决定：处于最适初长时，粗、细肌丝处于最：处于最适初长时，粗、细肌丝处于最佳重叠状态，所有横桥都能与细肌丝接触。佳重叠状态，所有横桥都能与细肌丝接触。骨骼肌的初长骨骼肌的初长已定，主要受后负荷影响；已定，主要受后负荷影响；心肌初长心肌初长则受主室充盈程度影响。则受主室充盈程度影响。前负荷前负荷初长度初长度肌小节长度肌小节长度粗细肌丝的粗细肌丝的重叠程度重叠程度发挥作用的发挥作用的横桥的数目横桥的数目产生张力的大小产生张力的大小最适前负荷最适前负荷最适初长度最适初长度肌小节肌小节2.2m2.2m粗细肌丝处于粗细肌丝处于最佳重叠程度最佳重叠程度发挥作用的发挥作用的横桥的数目最多横桥的数目最多产生张力的最大产生张力的最大（2 2）后负荷）后负荷（afterloadafterload）:定义定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。它。它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，是收缩的阻力是收缩的阻力是收缩的阻力是收缩的阻力 。研究方法研究方法：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系。后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系。图图A:不同后负荷对肌肉单收缩所产生的张力和缩短程度的影响不同后负荷对肌肉单收缩所产生的张力和缩短程度的影响总是张力产生在前，缩短产生在后；总是张力产生在前，缩短产生在后；后负荷愈大后负荷愈大产生的张力愈大产生的张力愈大,但缩短开始的时间但缩短开始的时间愈晚，缩短的初速度和缩短的总长度也愈愈晚，缩短的初速度和缩短的总长度也愈 小。小。随着后负荷增加随着后负荷增加收缩张力增加收缩张力增加,而缩短速度减小。而缩短速度减小。当后负荷增加到肌肉不能缩短时当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速度缩短速度=0),),可产生最大的可产生最大的张力张力(P0),此种收缩为此种收缩为等长收缩等长收缩;当张力当张力单收缩的时单收缩的时 程程)多个分离多个分离AP连续分离单收缩连续分离单收缩 incomplete tetanus：连续刺激频率增加：连续刺激频率增加后续刺激落在后续刺激落在前次收缩的舒张期前次收缩的舒张期发生的多次收缩的总和。发生的多次收缩的总和。tetanus：连续刺激频率再增加：连续刺激频率再增加后续刺激落在前次收缩后续刺激落在前次收缩的收缩期的收缩期发生的多次收缩的总和。发生的多次收缩的总和。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+浓度持续升高浓度持续升高 二二.平滑肌的收缩功能平滑肌的收缩功能1.1.平滑肌的分类：平滑肌的分类：单单位平滑肌单单位平滑肌（unitary smooth muscleunitary smooth muscle）：）：小血管、消化道、子宫、膀胱等中空器官。肌细胞间有小血管、消化道、子宫、膀胱等中空器官。肌细胞间有gap gap junctionjunction，多细胞协同功作，类似于心肌，所有肌纤维作为一个单位，多细胞协同功作，类似于心肌，所有肌纤维作为一个单位对刺激作出反应，所有细胞的电、机械活动近于同步。有少数细胞具对刺激作出反应，所有细胞的电、机械活动近于同步。有少数细胞具有自发性、节律性。牵张刺激能引发肌肉收缩反应。有自发性、节律性。牵张刺激能引发肌肉收缩反应。多单位平滑肌多单位平滑肌（multiunit smooth musclemultiunit smooth muscle）：）：虹膜、睫状肌、竖毛肌、输精管、大血管平滑肌等，无虹膜、睫状肌、竖毛肌、输精管、大血管平滑肌等，无gap gap junctionjunction，独立工作，无自律性，受自主神经支配。收缩强度取决于，独立工作，无自律性，受自主神经支配。收缩强度取决于参与的肌纤维数及刺激的频率。通常受牵张不产生肌肉收缩。参与的肌纤维数及刺激的频率。通常受牵张不产生肌肉收缩。单单-多单位之间多单位之间的平滑肌的平滑肌 2.2.各类平滑肌均具有：时相性收缩、紧张性收缩两方式。各类平滑肌均具有：时相性收缩、紧张性收缩两方式。3.3.平滑肌活动的神经调节：平滑肌活动的神经调节：骨骼肌收缩完全依赖于神经系统支配。骨骼肌收缩完全依赖于神经系统支配。平滑肌（主要是单单位平滑肌）具有自律性，外源性神经冲平滑肌（主要是单单位平滑肌）具有自律性，外源性神经冲动不是引发肌肉收缩的必要条件，仅具有调节兴奋性、影动不是引发肌肉收缩的必要条件，仅具有调节兴奋性、影响收缩强度和频率的作用。不具有自律性平滑肌则与骨骼响收缩强度和频率的作用。不具有自律性平滑肌则与骨骼肌相似。肌相似。支配平滑肌的神经纤维末梢形成曲张体，释放神经递质。支配平滑肌的神经纤维末梢形成曲张体，释放神经递质。2.2.结构特点：结构特点：细胞小，细长纺锤形。肌管系统不发达。粗、细肌丝比例细胞小，细长纺锤形。肌管系统不发达。粗、细肌丝比例可达可达=1:15=1:15（骨骼肌（骨骼肌=1:2=1:2）.有类似于有类似于Z Z盘的致密体，无肌盘的致密体，无肌钙蛋白（钙蛋白（troponintroponin）。）。3.3.收缩的启动因素收缩的启动因素：胞质胞质 Ca2+Ca2+来源有来源有3 3：APAP使肌膜电压门控使肌膜电压门控Ca2+channel Ca2+channel 开放；开放；配体门控配体门控Ca2+channel Ca2+channel 开放（膜受体开放（膜受体-G-G蛋白途径）；蛋白途径）；肌质网钙释放（膜受体肌质网钙释放（膜受体-G-G蛋白蛋白-PLC-IP3-ryanodine-PLC-IP3-ryanodine 受体受体途径）途径）4.4.平滑肌兴奋平滑肌兴奋-收缩耦联特点：收缩耦联特点：胞质内胞质内Ca2+Ca2+浓度浓度与钙调蛋白结合，激活肌球蛋白轻与钙调蛋白结合，激活肌球蛋白轻链激酶，后者使肌球蛋白磷酸化，与细肌丝结合产生收缩；链激酶，后者使肌球蛋白磷酸化，与细肌丝结合产生收缩；胞质内胞质内Ca2+Ca2+浓度浓度，肌球蛋白轻链磷酸酶使肌球蛋白去，肌球蛋白轻链磷酸酶使肌球蛋白去磷酸化，与横桥分离，肌肉舒张。磷酸化，与横桥分离，肌肉舒张。锁桥锁桥（latch-bridgelatch-bridge）:维持平滑肌一定水平的张力。维持平滑肌一定水平的张力。汇报结束谢谢大家!请各位批评指正