生理学：第二章 细胞的基本功能 (2)

第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能The basic functions of cellThe basic functions of cell本章重点讨论：本章重点讨论：1. 1.细胞膜结构和物质转运功能细胞膜结构和物质转运功能2.2.细胞的生物电活动细胞的生物电活动3. 3. 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能学习目标学习目标了解细胞膜的结构了解细胞膜的结构, ,掌握细胞膜的物质转运功能。掌握细胞膜的物质转运功能。 掌握静息电位和动作电位的概念掌握静息电位和动作电位的概念、形成条件形成条件、机制机制, ,兴奋性的周期性变化兴奋性的周期性变化, ,熟悉动作电位在同一细胞上的熟悉动作电位在同一细胞上的传导传导。 掌握骨骼肌兴奋收缩耦联掌握骨骼肌兴奋收缩耦联、肌肉收缩的原理；熟肌肉收缩的原理；熟悉影响肌肉收缩的因素悉影响肌肉收缩的因素; ;了解骨骼肌收缩的外部表现了解骨骼肌收缩的外部表现和力学分析。和力学分析。1. 细胞膜的结构和细胞膜的结构和物质转运功能物质转运功能The cell membrane & its transport 1 1）基架：液态脂质）基架：液态脂质( (双嗜分子）双分子层。双嗜分子）双分子层。 磷脂：磷脂：70%70%，胆固醇：，胆固醇：30% 30% 。 2 2）中间：镶嵌有不同分子结构和功能的蛋白）中间：镶嵌有不同分子结构和功能的蛋白质，其以质，其以-螺旋或球形结构形式存在。螺旋或球形结构形式存在。 3 3）外表面：糖脂或糖蛋白）外表面：糖脂或糖蛋白液态镶嵌模型(fluid mosaic model): 19721972年，年，SingerSinger和和NicolsonNicolson提出提出1细胞膜的结构细胞膜的结构Structure of the Cell Membrane液态镶嵌模型1细胞膜的结构细胞膜的结构Structure of the Cell Membrane化学组成：化学组成：三种三种 脂质双分子层：脂质双分子层：多多 （52%）特点：特点：熔点低，常温下呈液态熔点低，常温下呈液态磷酸磷酸+碱基碱基脂肪酸长烃链脂肪酸长烃链（ *熔点、胆固醇含量熔点、胆固醇含量决定决定C膜的流动性）膜的流动性）Composition of the cell membrane磷脂：磷脂：70%；胆固醇：；胆固醇：30% 膜蛋白：膜蛋白：较多（重量）较多（重量）40%表面蛋白表面蛋白 (peripheral protein) 20-30%20-30% 整合蛋白整合蛋白 (integral protein) 70-80%70-80%两种形式两种形式 糖类糖类： 较少（8%）主要为寡糖和多糖链成为抗原决定簇、受体可识别部分整合蛋白整合蛋白表面蛋白表面蛋白(载体或转运体、通道、离子泵载体或转运体、通道、离子泵)* *跨膜转运的方式：跨膜转运的方式： 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 主动转运主动转运 出胞和入胞出胞和入胞膜蛋白介导膜蛋白介导的跨膜转运的跨膜转运单纯扩散单纯扩散出胞和入胞出胞和入胞. . 单纯扩散单纯扩散（simple diffusion）扩散的原理：布郎运动扩散的原理：布郎运动 （图示）（图示） 扩散扩散：指溶质分子由高浓度处向低浓度处的运动指溶质分子由高浓度处向低浓度处的运动扩散通量：扩散通量：molcm2s决定因素：决定因素： 与该物质的浓度差成正与该物质的浓度差成正比，与其他溶质无关比，与其他溶质无关 1.1.* *概念：概念： 脂溶性脂溶性物质由细胞膜物质由细胞膜高高浓度一侧向浓度一侧向低低浓度一侧的浓度一侧的 净移动过程，称为单纯扩散。如：净移动过程，称为单纯扩散。如：O O2 2，COCO2 2。 2.2.决定因素：决定因素： 1 1）膜两侧该物质浓度差）膜两侧该物质浓度差 2 2）膜对该物质的通透性）膜对该物质的通透性 3.3. 转运的物质：转运的物质： O O2 2，COCO2 2，N N2 2，水，乙醇，尿素水，乙醇，尿素 水水( (还可通过水通道即水孔蛋白还可通过水通道即水孔蛋白aquaprinaquaprin来转运来转运) )4 4 特点：特点： 高浓度高浓度低浓度低浓度 不耗能不耗能OO2 2 o o OO2 2 i iCOCO2 2 i i COCO2 2 o o. .易化扩散易化扩散 * ： 大部分水溶性物质和所有离子，在膜蛋白质的协助下，由膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散，称为易化扩散。 特点：特点： 1）顺浓度差转运 2）选择性转运（膜蛋白质结构） 3）受膜两侧因素改变的调控膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运1. . 通道（通道（ion channel）介导的易化扩散）介导的易化扩散 由由离子通道离子通道（贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔（贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的，不能水解道的，不能水解ATPATP的膜蛋白）的膜蛋白）完成。完成。 转运带电离子转运带电离子(NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+) )NaNa+ +K K+ +胞内胞内胞外胞外1. 通道通道(channel)中介的易化扩散中介的易化扩散Facilitated diffusion via channelNaNa+ + o o NaNa+ + i iKK+ + i i KK+ + o o通道基本特征：通道基本特征：Na+通道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道、通道、Cl-通道通道1）离子选择性（）离子选择性（ion selectivity）2） 门控特性（门控特性（gating） 通道有通道有 A. 激活激活(activation):通道开放通道开放 B. 失活失活(inactivation)：通道关闭：通道关闭 C. 静息静息(resting) ：通道关闭：通道关闭(closing)图图2-2不同门控机制的离子通道不同门控机制的离子通道A. 电压门控通道电压门控通道(voltage gated)B. 化学化学门控通道门控通道 （chemical gated）C. 机械机械门控通道门控通道 (mechanically gated)通道开放通道开放离子进入膜内离子进入膜内神经递质神经递质（Ach）离子离子细胞外细胞外细胞内细胞内毛细胞离子通道及其作用示意图毛细胞离子通道及其作用示意图对血管壁的牵张刺激对血管壁的牵张刺激- -机械门控通道开放机械门控通道开放-CaCa2+2+内流内流-血管收缩血管收缩2. 载体载体(carrier)介导的的易化扩散介导的的易化扩散1）特点：）特点： 高度特异性高度特异性Vmaxsubstrateflux载体载体扩散扩散 竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition) 饱合现象饱合现象(saturation)1/2VmaxKm 是水溶性小分子物质经载体介导顺浓度梯度和(或)电位梯度进行的被动跨膜转运。2.2.经载体的易化扩散经载体的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier转运的物质：葡萄糖转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸、氨基酸(AA)等小分子亲水物质等小分子亲水物质active transport） 细胞直接利用分解细胞直接利用分解ATPATP产生的能量产生的能量, ,将离将离子逆浓度差进行跨膜转运的过程。子逆浓度差进行跨膜转运的过程。 * * 钠钠钾泵钾泵（* *钠泵）钠泵） 1) 1) 钠泵的本质钠泵的本质: : 钠钠钾依赖式钾依赖式ATPATP酶酶2 2）作用）作用: : 分解分解ATPATP供能，逆浓度差转运供能，逆浓度差转运NaNa+ +、K K+ +（泵入（泵入 2 2个个K K+ +、泵出、泵出3 3个个NaNa+ + ）1. 原发性主动转运（primary active transport）膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图钠泵的作用钠泵的作用： 钠泵活动造成的钠泵活动造成的膜内外膜内外NaNa+ +和和K K+ +的浓度差的浓度差， 是细胞是细胞生物电生物电活动产生的前提条件。活动产生的前提条件。 维持胞质渗透压和细胞维持胞质渗透压和细胞容积容积的相对稳定。的相对稳定。 NaNa+ +在膜两侧的在膜两侧的浓度差浓度差也是其它许多物质也是其它许多物质 继发性主动转运继发性主动转运的动力。的动力。 钠泵活动造成的细钠泵活动造成的细胞内高胞内高K K+ +是许多代谢是许多代谢 反应进行的必要条件。反应进行的必要条件。 钠泵活动是生电性的影响钠泵活动是生电性的影响膜电位膜电位的数值。的数值。3 3）钠泵活动的意义（）钠泵活动的意义（P P1717）4 4）钠泵抑制剂）钠泵抑制剂: :哇巴因哇巴因ouabainouabain 存在于肌细胞内的肌浆网膜上，将存在于肌细胞内的肌浆网膜上，将肌浆中的肌浆中的CaCa2+2+泵入肌浆网储存，与肌泵入肌浆网储存，与肌肉的舒张过程有关。肉的舒张过程有关。存在于胃粘膜壁细胞膜上，参与胃酸分泌存在于胃粘膜壁细胞膜上，参与胃酸分泌还可能存在于肾小管细胞的管腔膜上，分还可能存在于肾小管细胞的管腔膜上，分泌泌 H H+ + ，与酸碱平衡有关。，与酸碱平衡有关。2. 继发性主动转运(secondary active transport）1 1）特点：）特点： 间接耗能（钠泵间接耗能（钠泵势能储备）势能储备） 与膜中特殊蛋白质有关与膜中特殊蛋白质有关2 2）转运体）转运体（transportertransporter）：）： 同向转运体同向转运体 逆向转运体逆向转运体 1 1）逆浓度差；）逆浓度差； 2 2）耗能）耗能 泵泵Na+K+ATPADPNa+Na+细细胞胞G（四）出胞与入胞（四）出胞与入胞exocytosis and endocytosis膜泡运输膜泡运输 -膜包裹、膜融合、膜离断等过程1. 出胞出胞 (exocytosis)：指胞质内的大分子物质指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。 1）细胞）细胞的分泌活动 ；2）神经递质的释放膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运出胞出胞 分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体蛋白性分泌物蛋白性分泌物囊泡膜与质膜融合囊泡膜与质膜融合3. 入胞入胞(endocytosis)：大分子物质或物质团块大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。细胞的过程，包括吞噬和吞饮。如：白细胞吞如：白细胞吞噬细菌、异物等噬细菌、异物等（吞噬（吞噬phagocytosis、吞饮、吞饮pinocytosis）受体对物质的受体对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合= =复合物复合物表面的表面的“有被小窝有被小窝”移动移动“有被小窝有被小窝”处的膜凹陷处的膜凹陷吞食泡吞食泡吞食泡吞食泡与与胞内体胞内体相融合相融合入胞入胞 受体介导式入胞过程受体介导式入胞过程 转运方式转运方式 转运物质转运物质 顺逆差顺逆差 细胞是否耗能细胞是否耗能 单纯扩散单纯扩散 脂小分子脂小分子, ,水水 顺差顺差 不不 经通道易化扩散经通道易化扩散 带电离子带电离子 顺差顺差 不不 经载体易化扩散经载体易化扩散 水溶性分子水溶性分子 顺差顺差 不不 原发性主动转运原发性主动转运 离子离子 逆差逆差 耗能耗能 继发性主动转运继发性主动转运 葡萄糖等葡萄糖等 逆差逆差 靠他物势能差靠他物势能差 出胞与入胞出胞与入胞 大分子物质大分子物质 无关无关 细胞主动活动细胞主动活动 被动转运被动转运 膜膜 蛋蛋 白白 介介 导导课后复习题课后复习题1.1. 概念：单纯扩散易化扩散概念：单纯扩散易化扩散 主动转运钠主动转运钠- -钾泵钾泵2.2.细胞膜物质转运的方式有几种？细胞膜物质转运的方式有几种？ （概念、转运的物质、特点）（概念、转运的物质、特点）3.3.被动转运与主动转运有何区别？被动转运与主动转运有何区别？4. Na4. Na+ +-K-K+ +泵活动有何生理意义泵活动有何生理意义? ? 电电 生物电生物电 血流血流 300000Km/s 2-120m/s 1-20cm/s从脚尖到脑的痛信号-32ms从脑-到脚尖的激素信号-60s 以上 一切活细胞无论处于安静或活动状态都一切活细胞无论处于安静或活动状态都存在电的活动，这种电的活动称为存在电的活动，这种电的活动称为生物电生物电。不同形式的生物电现象不同形式的生物电现象： 肌电图、心电图、脑电图肌电图、心电图、脑电图静息电位的记录静息电位的记录4848岁女性患者，患有胰岛素依赖型糖尿病，伴高血压岁女性患者，患有胰岛素依赖型糖尿病，伴高血压症，医生同时给她使用胰岛素和普萘洛尔治疗。患者症，医生同时给她使用胰岛素和普萘洛尔治疗。患者近来感觉明显的肌肉无力。血液检查发现其近来感觉明显的肌肉无力。血液检查发现其血钾为血钾为6.5mmol/L6.5mmol/L（正常值是（正常值是4.5mmol/L4.5mmol/L）。医生决定）。医生决定减少其减少其服用普萘洛尔的剂量服用普萘洛尔的剂量并并增加了胰岛素的用量增加了胰岛素的用量。数日后，。数日后，血钾降至血钾降至4.7mmol/L4.7mmol/L，她的肌力也恢复正常。，她的肌力也恢复正常。诊断：高血钾性肌无力。诊断：高血钾性肌无力。问题与思考问题与思考1 1血钾的变化对细胞的兴奋性有何影响？血钾的变化对细胞的兴奋性有何影响？2 2试分析患者肌无力的原因？试分析患者肌无力的原因？3 3医生调整患者胰岛素的用量为何有利于改善肌无医生调整患者胰岛素的用量为何有利于改善肌无力的症状？力的症状？案例案例2-12 细胞的生物电活动细胞的生物电活动Bioelectrical phenomena of the cell一、一、细胞的跨膜电位细胞的跨膜电位二、二、膜电位的产生机制膜电位的产生机制三、三、局部电位及其特性局部电位及其特性四、四、兴奋在同一细胞上的传导机制兴奋在同一细胞上的传导机制五、五、细胞兴奋后其兴奋性的变化细胞兴奋后其兴奋性的变化 细胞的静息电位细胞的静息电位（Resting Potential,Resting Potential,RPRP） 1. 1. * *概念概念 静息时，存在于细胞膜两侧内负外正的电位差静息时，存在于细胞膜两侧内负外正的电位差 安静时安静时 静息电位静息电位 受刺激时受刺激时 动作电位动作电位表现形式：表现形式： 2.2.特点：特点：1 1）膜内膜外）膜内膜外2 2）为稳定的直流电）为稳定的直流电3.RP3.RP的数值的数值 ：不同组织细胞其数值不同不同组织细胞其数值不同 R0 mV-70 -90mV神经纤维神经纤维RP静息电位静息电位的测量的测量实验实验* *电生理学名词：电生理学名词：+神经纤维神经纤维 + + + + + + RP: -90mV-100mV-50mV1. 1.极极 化化(polarization): Rp时，膜两侧保持的内负外正状态时，膜两侧保持的内负外正状态2.2.除（去）极化除（去）极化(depolarization(depolarization）：）： 膜内电位（膜内电位（RPRP值）向负值减小的方向变化值）向负值减小的方向变化 * *电生理学名词：电生理学名词：+神经纤维神经纤维 + + + + + + RP: -90mV-100mV-50mV3.3.复极化复极化(repolarization(repolarization）：）： 膜去极后，向膜内负电位膜去极后，向膜内负电位（RPRP）恢复的过程恢复的过程4.4.超极化超极化(hyperpolarization(hyperpolarization）：）： 膜内电位（膜内电位（RpRp值值）向负值加大的方向变化）向负值加大的方向变化 细胞的细胞的动作电位动作电位 (Action Potential , AP) stimulatr0mV0mV神经纤维神经纤维AP 细胞兴奋的共有标志细胞兴奋的共有标志 指细胞受刺激时，在指细胞受刺激时，在RPRP基础上，膜电位基础上，膜电位产生的迅速可逆并可传播的电位波动。产生的迅速可逆并可传播的电位波动。 2. AP2. AP的波形及组成的波形及组成 1) 1) 锋电位（锋电位（spike potentialspike potential） 2) 后电位后电位负后电位负后电位 negative after-potential （去极化）（去极化）正后电位正后电位 positive after-potential （超极化）（超极化）1. 1. * *APAP的概念的概念时间（时间（ms）正后电位正后电位负后电位负后电位-70-550+35mV刺激伪迹刺激伪迹锋电位锋电位后电位后电位 时间（时间（ms）-70-550+35mV去极相去极相复极相复极相超射超射(overshoot）3. *AP的特征的特征 ：AP刺激刺激RS“全或无全或无” all or none：同一细胞，：同一细胞，APAP的幅度不随的幅度不随刺激强度和传导距离而发生改变的现象。刺激强度和传导距离而发生改变的现象。可传播性可传播性: :不减衰传导不减衰传导( (幅度波形不变幅度波形不变) ) 1.1.细胞膜对细胞膜对某种或某些离子某种或某些离子有通透性（通有通透性（通道开放）道开放） 2. 2. 跨膜的离子浓度差和电位差跨膜的离子浓度差和电位差 KK+ + i iKK+ + o o 3030倍倍 二、膜电位的产生机制二、膜电位的产生机制 电化学驱动力电化学驱动力(electrochemical driving force)NaNa+ + o oNaNa+ + i i 1010倍倍 = 60 log 离子平衡电位离子平衡电位可由可由Nernst 公式计算公式计算（mV）X+oX+iENa+=+50+70mvEK+=-90-100mv EX =RTZFlnX+oX+i计算后得出计算后得出 实际某些离子跨膜流动的电化学驱动力实际某些离子跨膜流动的电化学驱动力 电化学驱动力电化学驱动力=E Em- -E E离子离子 = *动力动力为负值时为负值时：推动正电荷流入胞推动正电荷流入胞( (内向内向 电流电流 inward current，如，如NaNa+ +,Ca,Ca2+2+内流内流) ) *动力动力为正值时为正值时：推动正电荷出胞推动正电荷出胞( (外向电外向电 流流outward current，如，如K K+ +外流外流,Cl,Cl- -内流内流) ) Na+=-130mV（安静时）（安静时） K+=+20mV （安静时）（安静时）RP条件下条件下，Na+受到很强的内向驱动力受到很强的内向驱动力 电化学驱动力电化学驱动力( (electrochemical driving force) ) 用用电压钳电压钳( (voltage clamp）, 固定膜电位固定膜电位, ,测量膜测量膜电流电流) )技术的研究结果表明技术的研究结果表明: : 动作电位期间，膜动作电位期间，膜G GNaNa首先增加，随即又衰减，首先增加，随即又衰减，在其衰减的同时在其衰减的同时G GK K增大。增大。 膜的离子通透性（膜的离子通透性（Gm）的变化与测定的变化与测定Gx=IxEm- ExGm变化的机制是离子通道的活动（变化的机制是离子通道的活动（P20P20） 膜片钳膜片钳(patch clamp):(patch clamp):钳制一小片膜，钳制一小片膜， 记录单个通道离子电流的技术。记录单个通道离子电流的技术。膜片钳技术膜片钳技术用膜片钳技术研究的结果说明用膜片钳技术研究的结果说明： 膜电导变化的实质是实质是膜上离膜电导变化的实质是实质是膜上离子通道随机开放和关闭的总和效应子通道随机开放和关闭的总和效应1. 1. K K+ +外流形成外流形成- -K K+ +平衡电位平衡电位 （ K+ equilibrium potential，Ek）+K+K+神经纤维神经纤维电势能电势能30K+1 K+ + + + + + +P -浓差势能浓差势能 静息电位的产生机制静息电位的产生机制1）K+外流动力外流动力-电化学驱动力电化学驱动力 C内外离子的浓度差：内外离子的浓度差：K+iK+o 30倍倍2）K+外流条件外流条件 静息时，静息时，C膜对膜对K+的通透性高（的通透性高（K+通道开放）通道开放） EK = 60 log K K+ +平衡电位平衡电位可由可由Nernst 公式计算公式计算2. 2.决定决定RPRP的因素的因素RP实测值略实测值略计算值。计算值。K+oK+i（mV）whywhy？1 1）跨膜）跨膜K K+ +浓差：浓差：2 2）膜对膜对K K+ +的通透性的通透性3 3）NaNa+ +-K-K+ +泵的活动水平泵的活动水平KK+ + o o RPRPRPRPRPRP1.AP期间的离子通道期间的离子通道 ion channels 活动：活动： NaNa+ +通道：通道特异性阻断剂通道：通道特异性阻断剂 河豚毒河豚毒(tetrodotoxin,(tetrodotoxin,TTXTTX) ) K K+ +通道：通道特异性阻断剂通道：通道特异性阻断剂 四乙铵四乙铵(tetraethylammonium,(tetraethylammonium,TEATEA) ) 膜片钳的实验研究表明，膜片钳的实验研究表明，APAP期间有期间有两种离子通道活动：两种离子通道活动： 动作电位的形成机制动作电位的形成机制2. Na 2. Na + +通道的失活和膜电位的复极通道的失活和膜电位的复极激活激活失活失活复活（静息）复活（静息）mmmhmmmhmmmh失活失活激活激活 兴奋性兴奋性 0 0 NaNa+ +通道渐恢复通道渐恢复 3. 3.超常期超常期( (相当于负后电位相当于负后电位) ) supranormal period 兴奋性兴奋性 正常正常 NaNa+ +通道恢复通道恢复 4. 4.低常期低常期( (相当于正后电位相当于正后电位) ) subnormal period 兴奋性兴奋性 正常正常 NaNa+ +通道渐静息通道渐静息绝对不应期的意义：绝对不应期的意义：使使ApAp不会重合不会重合其长短决定细胞兴奋的最高频率其长短决定细胞兴奋的最高频率例：绝对不应期例：绝对不应期 2 ms 兴奋的最高频率兴奋的最高频率?1000/2 =500 Hz课后复习题1. 试述RP、AP的概念、特点、形成机制及影响因素2. Ap是如何在同一细胞传导的？3. 名词： 兴奋性与兴奋兴奋性与兴奋 局部电位 极化与超极化 全或无现象全或无现象 神经冲动 阈值与阈电位4. Rp是形成的；Ap去极相是形成的，复极相是形成的C外液中钠浓度，Ap幅度C外液中钾离子浓度，Rp幅度 比正常兴奋性低, 但可引起更大振幅动作电位的是 A绝对不应期 B相对不应期 C超常期 D低常期下列有关局部兴奋的叙述下列有关局部兴奋的叙述, 错误的是错误的是A去极化反应随阈下刺激的强度增大而增大去极化反应随阈下刺激的强度增大而增大B可由产生部位向周围作短距离扩布可由产生部位向周围作短距离扩布C不表现不应期不表现不应期D不能引起时间性和空间性总合不能引起时间性和空间性总合动作电位动作电位:A可以局部电流的方式扩布可以局部电流的方式扩布B是可兴奋细胞具有的共同特征是可兴奋细胞具有的共同特征 C多个阈下刺激共同作用也不能引发多个阈下刺激共同作用也不能引发D具有全或无特性具有全或无特性E可以进行总合可以进行总合Muscle Contraction横纹肌横纹肌( (striated muscle)23岁女大学生，近来感觉岁女大学生，近来感觉全身乏力和易疲劳全身乏力和易疲劳，甚至，甚至梳头也感到吃力，不时有眼睑下垂，上楼梯时几次梳头也感到吃力，不时有眼睑下垂，上楼梯时几次跌倒在地，这些症状休息后可缓解。检查发现，血跌倒在地，这些症状休息后可缓解。检查发现，血中中抗胆碱能受体抗体数量增多抗胆碱能受体抗体数量增多，重复刺激运动神经，重复刺激运动神经元时骨骼肌的反应下降。元时骨骼肌的反应下降。使用新斯的明治疗后肌力使用新斯的明治疗后肌力恢复恢复。诊断：诊断：重症肌无力重症肌无力。问题与思考问题与思考1.神经神经-肌接头处的兴奋传递的过程及影响因素。肌接头处的兴奋传递的过程及影响因素。2.根据临床检查分析患者肌无力的原因。根据临床检查分析患者肌无力的原因。3.为什么新斯的明能恢复肌力？为什么新斯的明能恢复肌力？案例案例2-2Muscle Contraction一、一、神经神经肌接头处的兴奋传递肌接头处的兴奋传递二、二、骨骼肌的微细结构骨骼肌的微细结构三、三、骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的兴奋收缩耦联四、四、肌细胞的收缩过程肌细胞的收缩过程五、五、肌肉收缩的力学分析和影响因素肌肉收缩的力学分析和影响因素六、运动对机体功能活动的影响六、运动对机体功能活动的影响(自学自学)七、骨骼肌、心室肌的结构和功能特点七、骨骼肌、心室肌的结构和功能特点一、神经一、神经肌接头处的兴奋肌接头处的兴奋传递传递Neuromuscular transmission （一）神经（一）神经肌接头的结构肌接头的结构递质囊泡（递质囊泡（Ach）神经神经肌肉肌肉 接头接头运动终板膜运动终板膜肌小节肌小节接头间隙接头间隙接头前膜接头前膜运动运动N兴奋冲动传至神经末梢兴奋冲动传至神经末梢总和总和肌肌C膜膜AP接头前膜去极化接头前膜去极化Ca2+ 通道开放，通道开放，Ca2+进入神经末梢进入神经末梢囊泡与接头前膜融合囊泡与接头前膜融合,ACh量子式释放量子式释放ACh与后膜与后膜N2受体结合受体结合Na+内流内流*、K+外流外流后膜去极化后膜去极化(N-MN-M接头处的兴奋传递过程接头处的兴奋传递过程膜膜CaCa2 2通道开放，膜外通道开放，膜外CaCa2 2向膜内流动向膜内流动接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的囊泡中的AChACh释放释放( (量子释放量子释放) )AChACh与终板膜上的与终板膜上的N N2 2受体结合，受体结合，受体蛋白分子构型改变受体蛋白分子构型改变终板膜对终板膜对NaNa、K K ( (尤其是尤其是NaNa) )通透性通透性作用作用意义意义APAP在两个细胞之间的传递方式在两个细胞之间的传递方式APAP在同一细胞上的传导方式在同一细胞上的传导方式双向传导双向传导 迅迅 速速安全可靠安全可靠单向传递单向传递时间延搁时间延搁易受影响易受影响（局部电流）（局部电流）（电（电- -化学化学- -电）电）1 1）单向传递）单向传递2 2）化学性传递）化学性传递3 3）1:11:1传递传递4 4）时间延搁）时间延搁5 5）易受环境因素影响）易受环境因素影响美洲箭毒、美洲箭毒、a-银环蛇毒：竞争受体银环蛇毒：竞争受体肉毒杆菌：阻止递质释放肉毒杆菌：阻止递质释放有机磷农药：抑制胆碱酯酶有机磷农药：抑制胆碱酯酶肌痉挛肌痉挛肌松弛肌松弛重症肌无力重症肌无力:N:N受体减少或功能障碍受体减少或功能障碍肌无力综合症肌无力综合症:Ca:Ca2+2+通道破坏通道破坏肌肌松松弛弛二、骨骼肌的微细结构二、骨骼肌的微细结构（一）肌原纤维和肌小节（一）肌原纤维和肌小节肌纤维膜肌纤维膜肌细胞核肌细胞核终末池终末池肌原纤维肌原纤维线粒体线粒体三联管三联管T小管小管肌质网肌质网细胞液细胞液1.1.肌原纤维肌原纤维肌小节肌小节（肌肉收缩、舒张的最基本单位）（肌肉收缩、舒张的最基本单位）* *横桥的特性：横桥的特性： 具有具有ATPATP酶活性，供能酶活性，供能 与细肌丝可逆结合、向线摆动与细肌丝可逆结合、向线摆动长杆状主干长杆状主干球状部球状部横桥横桥2. 2. 肌丝的分子组成肌丝的分子组成tropomyosin）（actin）（troponin） 细肌丝细肌丝: 三种蛋白三种蛋白7:1:17:1:1 actin） tropomyosin） troponin）（收缩蛋白质）（收缩蛋白质）调节蛋白质调节蛋白质图图2-21 2-21 从肌丝的横断面上示意从肌丝的横断面上示意 CaCa2+2+ 激活收缩蛋白激活收缩蛋白：静息时，肌钙蛋白中的：静息时，肌钙蛋白中的 TnI 和和 TnT 使原肌球蛋白保持在遮盖肌动蛋白使原肌球蛋白保持在遮盖肌动蛋白结合位点的位置，结合位点的位置， TnC 与与 Ca2+ 的结合使肌钙蛋白构象改变，的结合使肌钙蛋白构象改变， TnI 与肌动蛋与肌动蛋白的结合松动，遂使原肌球蛋白向双螺旋的沟槽方向滑动，暴露了肌动蛋白的结合松动，遂使原肌球蛋白向双螺旋的沟槽方向滑动，暴露了肌动蛋白的结合位点（图中移除了横桥）；白的结合位点（图中移除了横桥）；：显示肌动蛋白的结合位点暴露后横桥与肌动蛋白的结合：显示肌动蛋白的结合位点暴露后横桥与肌动蛋白的结合有有L L型钙通道型钙通道有钙泵有钙泵有钙释放通道有钙释放通道肌管系统肌管系统按任意键飞入横桥摆动动画肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥摆动 横桥与结合位点结合，横桥与结合位点结合，分解分解ATPATP释放能量释放能量原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点暴露细肌丝上的结合位点CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变肌钙蛋白的构型改变终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆图 横桥扭动时产生张力和缩短的示意图（P27-28)1.1.兴奋收缩耦联兴奋收缩耦联 (excitation-contraction coupling) 把肌纤维兴奋和收缩连接起来的中介过程把肌纤维兴奋和收缩连接起来的中介过程. .基本过程基本过程3.关键部位及耦联因子：关键部位及耦联因子： 三联管、三联管、 Ca2+肌钙蛋白与Ca2+结合,肌肉收缩肌膜AP沿肌膜、T管膜传播激活JSR钙释放通道（RYR）Ca2+进入胞质1234胞质中Ca2+ 升高100倍激活LSR膜上的Ca2+泵Ca2+回收入肌质网肌浆中Ca2+ 降低肌肉舒张激活的L型钙通道激活激活L型钙通道型钙通道图2-19 横纹肌肌质网五、肌肉收缩的力学分析和影响因素五、肌肉收缩的力学分析和影响因素肌肉收缩效能肌肉收缩效能（performance contraction） 表现为收缩时产生的表现为收缩时产生的张力张力和（或）和（或）缩短缩短程程度，以及产生张力或缩短的度，以及产生张力或缩短的速度速度。收缩形式收缩形式1. 等长收缩等长收缩 (isometric contraction)肌肉收缩时，长度不变而张力增加肌肉收缩时，长度不变而张力增加意义意义：维持人体的位置和姿势：维持人体的位置和姿势2.2.等张收缩等张收缩 (isotonic contraction)肌肉收缩时，张力不变而长度缩短肌肉收缩时，张力不变而长度缩短 意义意义：作功：作功 在一定范围内前负荷在一定范围内前负荷肌张力肌张力 （最适（最适 optimal 初长度）初长度） 指产生最佳收缩效果的前负荷指产生最佳收缩效果的前负荷 肌张力肌张力（一）前负荷对肌肉收缩的影响（一）前负荷对肌肉收缩的影响1. *前负荷前负荷 （Preload）：）： 肌肉收缩前就承受的负荷，也称为肌肉收缩前就承受的负荷，也称为初长度（初长度（initial length） 主动张力主动张力正常工作范围正常工作范围肌肉初长度肌肉初长度张力张力12134主动张力主动张力 前负荷不变前负荷不变 后负荷后负荷 （最大张力）（最大张力）产生的张力产生的张力缩短延迟缩短延迟缩短速度缩短速度 收缩的阻力或作功对象收缩的阻力或作功对象1. *后负荷后负荷（Afterload ） 肌肉收缩开始时所承受的负荷肌肉收缩开始时所承受的负荷（二）后负荷对肌肉收缩的影响（二）后负荷对肌肉收缩的影响在后负荷下收缩在后负荷下收缩, ,产生的最大张力和产生的最大张力和收缩速度呈反变收缩速度呈反变后负荷后负荷=0=0时，产时，产生最大收缩速度生最大收缩速度主动张力最大时主动张力最大时, ,收缩速度收缩速度=0=0后负荷为最大张后负荷为最大张力的力的30%30%时时, , 肌肉的肌肉的输出功率最大输出功率最大指不依赖于负荷而决定肌肉收缩效能的指不依赖于负荷而决定肌肉收缩效能的肌肉内在特性。肌肉内在特性。2. 影响肌肉收缩能力的因素影响肌肉收缩能力的因素 降低降低 缺氧、酸中毒缺氧、酸中毒 能源物质能源物质 加强加强 钙离子、咖啡因钙离子、咖啡因 肾上腺素肾上腺素（三）肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响（三）肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响（四）（四） 收缩的总合收缩的总合1.1.单收缩（单收缩（single twich） 肌肉受到一次刺激引起的一次收缩和舒张肌肉受到一次刺激引起的一次收缩和舒张2.2.单收缩的复合单收缩的复合（强直收缩（强直收缩 tetanustetanus）(1) 概念概念 连续多个刺激引起肌肉的持续性收缩连续多个刺激引起肌肉的持续性收缩 (2) 类型类型 不完全强直收缩不完全强直收缩（incomplete tetanus） 完全强直收缩完全强直收缩（complete tetanus）单收缩与强直收缩单收缩与强直收缩单收缩单收缩 不完全强直收缩不完全强直收缩完全强直收缩完全强直收缩Why？. 名词解释名词解释 前负荷与后负荷前负荷与后负荷 兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联 等张收缩等张收缩 与等长收缩与等长收缩 肌肉收缩能力肌肉收缩能力 单收缩与强直收缩单收缩与强直收缩 终板电位终板电位 . 运动神经兴奋，是如何引起肌肉收缩的？运动神经兴奋，是如何引起肌肉收缩的？ （NM接头；接头；EC耦联；肌丝滑行）耦联；肌丝滑行）. 肌肉收缩时，肌肌肉收缩时，肌C中起收缩作用的蛋白质是中起收缩作用的蛋白质是 和 ；起调节作用的蛋白质是和 。 . 在神经肌接头，使在神经肌接头，使Ach水解的物质是水解的物质是； 能阻断神经肌接头兴奋传递的物质是神经肌接头兴奋传递的物质是。. 影响肌肉收缩的主要因素有那些？影响肌肉收缩的主要因素有那些？小结：1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种细胞膜的跨膜物质转运形式有几种,举例说明之。举例说明之。2.比较单纯扩散和易化扩散的异同点比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3.Na+-K+泵活动有何生理意义泵活动有何生理意义?4.简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。5.衡量组织兴奋性的指标有哪些衡量组织兴奋性的指标有哪些?6.神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化?机制机制何在何在?7.局部兴奋有何特点和意义局部兴奋有何特点和意义?8.比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位传比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位传导的异同点导的异同点?9.简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。10.简述骨骼肌的兴奋简述骨骼肌的兴奋收缩耦联过程。收缩耦联过程。 11.骨骼肌的收缩有哪些外部表现骨骼肌的收缩有哪些外部表现? 12.影响骨骼肌收缩的主要因素有哪些影响骨骼肌收缩的主要因素有哪些?13.以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成部分及其产生机制部分及其产生机制14.试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作电位有何区别电位有何区别?并分析其原因。并分析其原因。