1、 第四节第四节 肌细胞的收缩肌细胞的收缩 骨骼肌骨骼肌 横纹肌横纹肌 肌肉肌肉 （功能特性）功能特性） 心肌心肌(形态特点形态特点) 平滑肌平滑肌横纹肌横纹肌(一一) 神经神经-肌接头处兴奋的传递肌接头处兴奋的传递1.结构基础：结构基础： 接头前膜接头前膜电镜下神经电镜下神经-肌肉肌肉 接头间隙接头间隙 接头后膜接头后膜(终板膜终板膜)轴突末梢中含有许多轴突末梢中含有许多突触小泡内含大量的突触小泡内含大量的Ach终板膜上有终板膜上有N2型型ACh受体阳离子通道受体阳离子通道 （N2-ACh receptor cation channel） 乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶2.传递过程：传递过程：神经末
2、梢处神经冲动 接头前膜电压门控性前膜电压门控性Ca2+通道瞬间开放通道瞬间开放 膜对Ca2+通透性增加 Ca2+内流进入轴突末梢内流进入轴突末梢 触发突触小泡向前膜移动，突触小泡膜与轴突膜的融合，融合处出现裂口、释放递质释放递质ACh 接头间隙 ACh 扩散到后膜扩散到后膜(终板膜终板膜) N2型型ACh受体阳离受体阳离子通道子通道亚单位结合亚单位结合终板膜Na+ 、 K+ (以Na+为主，)通道开放，Na+内流内流(为主) K+外流后膜去极后膜去极化化, 为为终板电位终板电位(endplate potential, EPP)终板电位总和总和邻近肌膜的电压门控钠通道，肌膜肌膜去极到阈电位水平去
3、极到阈电位水平而产生动作电位。 ACh发挥作用后被接头间隙中的胆碱脂酶分解失活。发挥作用后被接头间隙中的胆碱脂酶分解失活。特点：特点：1.神经-肌肉接头处的信息传递通过“电电-化学化学-电电”的单向传递形式。的单向传递形式。 Ca2+的进入量决定着突触小泡释放的数目突触小泡释放的数目。 终板电位（终板电位（EPP）产生的关键因素产生的关键因素： ACh和和-亚单位结合后结构改变亚单位结合后结构改变导致Na+内流增加。2.兴奋传递是兴奋传递是1对对1的的。 终板膜本身没有电压门控钠通道，不产生动作电位。 每次神经冲动引起的ACh释放量足以使产生的终板电位总和达到邻近肌膜电压门控钠通道的阈电位水平
4、阈电位水平使肌细胞产生一次可沿整个肌细胞膜传导的动作电位。3. ACh合成部位与释放：合成部位与释放： 合成部位：合成部位：轴浆中 储存：储存： 突触小泡内 量子：量子： 每个突触小泡中储存的ACh量 （“小包”ACh），通常是相当恒定的, 称为一个量子的ACh。静息状态静息状态下下前膜自发释放1次ACh /min 终板膜电位微小变化。终板膜电位微小变化。量子释放量子释放(quantal release)： 由一个ACh量子为单位的释放称为量子释放微终板电位微终板电位（miniature endplate potential,MEPP） 一个ACh量子释放引起的终板膜电位变化。量子释放引起的终
5、板膜电位变化。 MEPP幅度平均幅度平均0.4mV。 当Ca2+内流进入轴突末梢时，大量的突触小泡几乎同步释放ACh，引起的MEPP发生叠加形成EPP，平均幅平均幅度度50mV。 产生一个正常的产生一个正常的EPP需释放需释放250个突触小泡。个突触小泡。MEPP和和EPP记录记录 影响神经影响神经-肌肉接头信息传递的因素肌肉接头信息传递的因素 药物：药物： 特异性阻断受体通道：特异性阻断受体通道： 筒箭毒、筒箭毒、-银环蛇毒银环蛇毒 非去极化肌松剂：非去极化肌松剂：卡肌宁卡肌宁(阿曲库铵）阿曲库铵） 胆碱酯酶抑制剂胆碱酯酶抑制剂: 新斯的明新斯的明 病理变化：病理变化： 重症肌无力重症肌无力
6、-自身免疫性抗体破环自身免疫性抗体破环终板膜受终板膜受体通道体通道 肌无力综合征的肌病自身免疫性抗体破环肌无力综合征的肌病自身免疫性抗体破环前膜前膜Ca2+通道通道 肉毒杆菌毒素肉毒杆菌毒素-抑制前膜释放抑制前膜释放ACh 有机磷农药中毒有机磷农药中毒-胆碱酯酶磷酰化胆碱酯酶磷酰化 胆碱酯酶失活胆碱酯酶失活 接头间隙接头间隙ACh (二二)横纹肌细胞的微细结构横纹肌细胞的微细结构肌原纤维和肌节肌原纤维和肌节: 每条肌原纤维每条肌原纤维(myofibril)的全长都呈现规则的明暗交替的全长都呈现规则的明暗交替, 分别为明带和暗带分别为明带和暗带;明带的中央有一条横向的暗线明带的中央有一条横向的暗
7、线,称为称为Z线。线。肌节肌节 ( sarcomere ) 肌肉进行收缩和舒张的最基本功能单位。基本功能单位。电镜下肌小节电镜下肌小节 明带中含有细肌丝; 暗带中含有粗肌丝; 粗细肌丝在空间上呈规则的排列。 细肌丝是粗细肌2倍 粗肌丝粗肌丝 肌球蛋白肌球蛋白(亦称肌凝蛋白，亦称肌凝蛋白，myosin )杆状部分由两条重链的尾部相互缠绕形成，头部由两杆状部分由两条重链的尾部相互缠绕形成，头部由两条重链的末端分别结合一对轻链。条重链的末端分别结合一对轻链。 tropomyosin）（actin）（troponin）细肌丝细肌丝: actin） tropomyosin） troponin）（收缩蛋白
8、质）（收缩蛋白质）调节蛋白质调节蛋白质肌管系统肌管系统 横管（横管（T管）管）肌管系统肌管系统 纵管（肌质网纵管（肌质网,SR） 在肌原纤维周围的在肌原纤维周围的SR也称为纵行肌质网也称为纵行肌质网（L SR ） L SR：有有Ca2+泵泵 Ca2+ SR连接内质网（连接内质网（JSR、终池）、终池）: SR末端膨大与末端膨大与T管膜接触管膜接触部分。部分。 JSR膜上有钙释放通道（膜上有钙释放通道（ryanodine受体，受体，RYR）。）。三联管：三联管： T管与两侧管与两侧终池（兴奋收缩终池（兴奋收缩-耦联过程）。耦联过程）。T管膜、肌膜有管膜、肌膜有L型钙通道。型钙通道。 肌管的作用肌
9、管的作用 横横 管：管：传动作电位至肌细胞深部传动作电位至肌细胞深部 纵纵 管：管：贮存、释放、聚积钙贮存、释放、聚积钙 三联管：三联管：兴奋兴奋- 收缩耦联部位收缩耦联部位(三三)横纹肌的收缩机制横纹肌的收缩机制肌丝滑行理论肌丝滑行理论(myofiament sliding theory) 直接证据：肌肉收缩时暗带长度不变，明带缩短，同时直接证据：肌肉收缩时暗带长度不变，明带缩短，同时H带相应变窄。带相应变窄。 主要内容：主要内容： 横纹肌的肌原纤维由粗、细两组走向平行的横纹肌的肌原纤维由粗、细两组走向平行的蛋白丝构成。肌肉运动时，缩短和伸长均通过蛋白丝构成。肌肉运动时，缩短和伸长均通过粗、
10、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生，肌丝粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生，肌丝本身的长度不变。本身的长度不变。 肌肉舒张状态，横桥-ATP被其头部的ATP酶分解，形成的ADP和无机磷酸仍留在头部，使横桥处于高势能状态，与细肌丝垂直，并对细肌丝肌动蛋白有高度亲和力2.肌肉收缩的过程肌肉收缩的过程 当肌质中当肌质中Ca2+浓度增浓度增高高;肌钙蛋白与肌钙蛋白与Ca2+结合结合后发生构像改变；后发生构像改变； 肌钙蛋白与肌动蛋白肌钙蛋白与肌动蛋白结合减弱，原肌球蛋白结合减弱，原肌球蛋白向肌动蛋白的双螺旋沟向肌动蛋白的双螺旋沟内移动内移动,暴露出肌动蛋白暴露出肌动蛋白的横桥结合位点；的横桥结合位点； 肌
11、动蛋白与横桥头部结合肌动蛋白与横桥头部结合,导致横桥头部构像导致横桥头部构像改变，头部向桥臂方向摆动，并托动细肌丝向改变，头部向桥臂方向摆动，并托动细肌丝向M线方向滑动，横桥头部贮存的能量转变为肌线方向滑动，横桥头部贮存的能量转变为肌丝滑动引起肌节缩短，同时横桥头部的丝滑动引起肌节缩短，同时横桥头部的ADP和和无机磷酸与之分离。无机磷酸与之分离。 ADP解离的位点上，横桥头部结合一个解离的位点上，横桥头部结合一个ATP分子后，横桥头部与肌动蛋白解离。分子后，横桥头部与肌动蛋白解离。 解离后的横桥头部迅速将其结合的解离后的横桥头部迅速将其结合的ATP分解分解为为ADP和无机磷酸，恢复垂直于细肌丝
12、的高势和无机磷酸，恢复垂直于细肌丝的高势能状态。横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位和能状态。横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位和新位点的再结合的过程，称为横桥周期。新位点的再结合的过程，称为横桥周期。横桥周期横桥周期(四四 ) 横纹肌细胞的兴奋横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联过程收缩耦联过程1.概念概念: 将膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维将膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维机械变化为基础的收缩过程联系起来的中机械变化为基础的收缩过程联系起来的中介机制称为兴奋介机制称为兴奋-收缩耦联收缩耦联(excitation-contraction coupling)。2.结构基础结构基础: 肌管系统肌管系统,关
13、键部位为三联管结构。关键部位为三联管结构。3. 兴奋兴奋-收缩耦联基本过程收缩耦联基本过程电兴奋通过横管(T管)系统传向肌细胞深处，激活激活T管膜和肌膜的管膜和肌膜的L型钙通道型钙通道（不开放）。三联管结构处的信息传递：L型钙通道变构，型钙通道变构，激活连接肌质网（junctional sarcoplasmic reticulum, JSR）膜上的ryanodine受体受体（RYR或称钙释放通道）开开放放，使JSR内的Ca2+释放入胞质释放入胞质。胞质内Ca2+浓度升高，肌钙蛋白与Ca2+结合引发肌肉收缩。胞质内Ca2+浓度升高，激活纵行肌质网（longitudinal sarcoplasmi
14、c reticulum,LSR）膜上的钙泵，将Ca2+回收入肌质网，肌肉舒张。Ca2+在兴奋在兴奋-收缩耦联过程中的关键作用收缩耦联过程中的关键作用 L L型钙通道引导骨骼肌型钙通道引导骨骼肌SRSR释放释放CaCa2+2+的的过程过程 中，中，作作为一个电位变化敏感信号转导分为一个电位变化敏感信号转导分 子，而不是作为离子通道发挥作用。子，而不是作为离子通道发挥作用。(五五)影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素肌肉收缩效能表现为：肌肉收缩效能表现为： 收缩时产生的收缩时产生的 张力或张力或/和长度缩短程度和长度缩短程度 张力或张力或/和长度缩短速度和长度缩短速度等张收缩等张收缩（
15、isotonic contraction） 肌肉作等张收缩时长度缩短肌肉作等张收缩时长度缩短,张力不变。张力不变。等长收缩等长收缩 （isometric contraction） 肌肉作等长收缩长度不变，张力增加。肌肉作等长收缩长度不变，张力增加。 根据肌肉的长度或张力变化分为两种形式：根据肌肉的长度或张力变化分为两种形式： 等张收缩等张收缩 实验条件下，肌肉一端固定，另一端处于游实验条件下，肌肉一端固定，另一端处于游离状态，当肌肉收缩时，肌节缩短，在肌肉离状态，当肌肉收缩时，肌节缩短，在肌肉缩短的整个过程中张力始终保持不变。缩短的整个过程中张力始终保持不变。等长收缩等长收缩 在实验条件下，将
16、肌肉的两端在实验条件下，将肌肉的两端固定，当肌肉收缩时长度不能固定，当肌肉收缩时长度不能缩短，而肌肉收缩过程中只有缩短，而肌肉收缩过程中只有张力升高。张力升高。 如体操中的如体操中的“十字支撑十字支撑” “ “直角支撑直角支撑” 武术中的站桩武术中的站桩 当屈肘举起一恒定负荷时肌肉收缩产生的当屈肘举起一恒定负荷时肌肉收缩产生的张力随关节角度而变化张力随关节角度而变化 l特点：特点：收缩时肌肉长度缩短、收缩时肌肉长度缩短、 起止点相互靠近，因而引起身体运动。起止点相互靠近，因而引起身体运动。概念：概念： 前负荷前负荷(preload): 在肌肉收缩之前所承受的负荷。决定初长度在肌肉收缩之前所承受
17、的负荷。决定初长度 初长度（初长度（initial length）: 肌肉收缩之前的长度。肌肉收缩之前的长度。 前负荷的不同，同一肌肉将在不同的初长前负荷的不同，同一肌肉将在不同的初长度条件下进行收缩。度条件下进行收缩。 初长度是前负荷的观测指标。初长度是前负荷的观测指标。1.前负荷前负荷(preload)： 实验装置使肌肉只产生张力实验装置使肌肉只产生张力. 可观察在不同的初长度时可观察在不同的初长度时, 同一肌肉产生的同一肌肉产生的张力张力. 绘制成长度绘制成长度-张力曲线。张力曲线。长度长度-张力曲线张力曲线测定等长收缩的张力的装置：测定等长收缩的张力的装置：测定不同肌肉长度对收缩张力的
18、影响测定不同肌肉长度对收缩张力的影响当把肌肉伸展到一定长度时，由于肌当把肌肉伸展到一定长度时，由于肌肉中结缔组织的回弹，会产生一定的肉中结缔组织的回弹，会产生一定的被动张力。被动张力。施加刺激，可记录到一个收缩后的张施加刺激，可记录到一个收缩后的张力力（总）（总） = = 被动张力被动张力 + + 主动张力主动张力肌肉固定于不同的初长度进行测量，肌肉固定于不同的初长度进行测量，可得到静息张力、总张力、肌肉长度可得到静息张力、总张力、肌肉长度的关系曲线。的关系曲线。主动张力曲线中，随前负荷主动张力曲线中，随前负荷的增加，收缩时产生的主动的增加，收缩时产生的主动张力先随之加大，达到一最张力先随之加
19、大，达到一最大值后又逐渐减小直到大值后又逐渐减小直到 0 值值. 存在最适前负荷和相应的最存在最适前负荷和相应的最适初长度适初长度. 最适初长度下产生最大张力最适初长度下产生最大张力. 长度长度-张力曲线与肌节长度的变化有关张力曲线与肌节长度的变化有关在一定范围内，在一定范围内，前负荷越大，前负荷越大，初长度越长，粗细肌丝的初长度越长，粗细肌丝的有效重叠越多，肌肉收缩有效重叠越多，肌肉收缩越强。越强。粗肌丝上的每个横桥都有与粗肌丝上的每个横桥都有与细肌丝相互作用的位置，细肌丝相互作用的位置，因而出现最佳收缩效果。因而出现最佳收缩效果。当肌肉收缩达到最大时所对当肌肉收缩达到最大时所对应的为应的为
20、最适前负荷最适前负荷和和最适最适初长度初长度 主主动动张张力力 最适初长度最适初长度 骨骼肌在体内所处的自然长度，大致相当于它们骨骼肌在体内所处的自然长度，大致相当于它们的的最适初长度最适初长度 粗肌丝的长度是粗肌丝的长度是1.5m1.5m，在，在M M线两侧各线两侧各0.1m0.1m的范的范围内没有横桥围内没有横桥, , 因此在因此在M M线两侧有横桥的粗肌丝长线两侧有横桥的粗肌丝长度各为度各为0.65m0.65m，这样当每侧细肌丝伸入暗带，这样当每侧细肌丝伸入暗带0.65m ,0.65m ,每个肌小节的长度每个肌小节的长度2.02.02.2m2.2m。 减少前负荷减少前负荷使肌小节长度小于
21、使肌小节长度小于2.2m2.2m， 增加前负荷增加前负荷大于最适前负荷使肌小节的长度将大大于最适前负荷使肌小节的长度将大于于2.2m2.2m。 前负荷对肌肉收缩的影响前负荷对肌肉收缩的影响 1 1、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； 2 2、最适初长度时，、最适初长度时， 肌肉收缩能使肌肉产生最大张力；肌肉收缩能使肌肉产生最大张力； 3 3、前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。、前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。2.后负荷后负荷(after-load):肌肉在收缩过程中所承受的负荷。肌肉在收缩过程中所承受的负荷。 * *张
22、力张力- -速度曲线：速度曲线： 前负荷固定不变条件下前负荷固定不变条件下, 给予不给予不同后负荷同后负荷, 通过刺激观察肌肉张通过刺激观察肌肉张力和缩短的时间、程度力和缩短的时间、程度. 后负荷影响后负荷影响 1. 先产生张力，后出现缩短，缩短发生后先产生张力，后出现缩短，缩短发生后 张力不再增加。张力不再增加。 2. 后负荷愈大，在克服后负荷阻力后肌肉后负荷愈大，在克服后负荷阻力后肌肉 收缩的张力愈大，缩短出现时间也越收缩的张力愈大，缩短出现时间也越晚， 缩短的初速度和总长度愈小缩短的初速度和总长度愈小 。 等长收缩等长收缩(isometric contraction):后负荷如果超过肌肉
23、收缩所能产生的最大张后负荷如果超过肌肉收缩所能产生的最大张力，肌肉收缩时不再表现缩短，这种不出力，肌肉收缩时不再表现缩短，这种不出现肌肉长度变短而只有张力增加的收缩过现肌肉长度变短而只有张力增加的收缩过程。程。 等张收缩等张收缩(isotonic contraction)：收缩时止发生肌肉缩短而张力保持不变。收缩时止发生肌肉缩短而张力保持不变。 在后负荷下收缩在后负荷下收缩, ,产产生的最大张力和收缩生的最大张力和收缩速度呈反变速度呈反变后负荷后负荷=0=0时，产生时，产生最大收缩速度最大收缩速度主动张力最大时主动张力最大时, ,收收缩速度缩速度=0=0后负荷为最大张力后负荷为最大张力的的30
24、%30%时时, , 肌肉的输出肌肉的输出功率最大功率最大曲线曲线2后负荷后负荷(主动张力主动张力) 缩短速度（缩短速度（V）曲线曲线1输出功率输出功率 张力张力-速度曲线速度曲线 张力大小张力大小：取决于活化的横桥数目；取决于活化的横桥数目； 收缩速度收缩速度：取决于能量释放速率和肌球蛋取决于能量释放速率和肌球蛋白白ATPATP酶活性，与活化的横桥数目无关。酶活性，与活化的横桥数目无关。 3.肌肉的收缩能力肌肉的收缩能力(contractility)1）概念：）概念： 指与负荷无关的，决定肌肉收缩效能的内在特性。指与负荷无关的，决定肌肉收缩效能的内在特性。 收缩所产生的张力收缩所产生的张力 影
25、响肌肉收缩的效率：影响肌肉收缩的效率： 缩短时的程度缩短时的程度 速度速度 胞质内胞质内CaCa2+2+的水平的水平 内在特性内在特性主要取决于：主要取决于： 肌球蛋白的肌球蛋白的ATPATP酶活性。酶活性。神经系统调节：神经系统调节：参与肌肉收缩的的运动单位的数量参与肌肉收缩的的运动单位的数量 肌肉收缩的的频率肌肉收缩的的频率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、肾上腺素钙离子、咖啡因、肾上腺素 4.收缩的总和收缩的总和 包括运动单位数量、频率效应的总和。包括运动单位数量、频率效应的总和。 在神
26、经系统调节下，快速调节收缩的强度。在神经系统调节下，快速调节收缩的强度。一个脊髓前角运动神经元及其轴突分支所一个脊髓前角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维，总称为一个支配的全部肌纤维，总称为一个运动单位运动单位。 弱收缩时，弱收缩时，小运动单位收缩；收缩强度小运动单位收缩；收缩强度增加时，随之更多的、更大的运动单位增加时，随之更多的、更大的运动单位参加收缩，产生的张力也随之增加。参加收缩，产生的张力也随之增加。 舒张时，舒张时，首先最大的运动单位停止收缩，首先最大的运动单位停止收缩，最后才是小运动单位。这种调节收缩强最后才是小运动单位。这种调节收缩强度的方式也称为大小原则。度的方式也称为
27、大小原则。(2)运动神经元发放冲动频率与骨骼肌收缩运动神经元发放冲动频率与骨骼肌收缩形式形式 单收缩单收缩(single twitch) ： 骨骼肌受到一次短促刺激骨骼肌受到一次短促刺激,可产生一次动作电可产生一次动作电位位,随后会出现一次机械收缩随后会出现一次机械收缩.称为单收缩。称为单收缩。 分为三个时期分为三个时期 潜伏期潜伏期 收缩期收缩期 舒张期舒张期在一次单收缩中动作电位时程近在一次单收缩中动作电位时程近12ms（相（相当于绝对不应期），而收缩过程可达几十当于绝对不应期），而收缩过程可达几十或几百毫秒，因而在收缩过程中有可能接或几百毫秒，因而在收缩过程中有可能接受新的刺激，发生新的
28、兴奋和收缩。受新的刺激，发生新的兴奋和收缩。 剌激频率较高时,剌激间隔时间短于单个单收缩持续的时间,肌肉发生收缩复合,称为复称为复合收缩合收缩。 肌肉发生复合收缩时,出现了收缩形式的复合,但引起收缩的动作电位仍是独立存在的。 复合收缩复合收缩 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。 不完全强直收缩不完全强直收缩(incomplete tetanus):(incomplete tetanus):每次新的收缩都与前次尚未结束的收缩过程每次新的收缩都与前次尚未结束的收缩过程的舒张期发生总和的舒张期发生总和, ,表现为锯齿形的收缩曲表现为锯齿形的收缩曲线。线。 完全强直收缩完全强直收缩(complete tetanus):(complete tetanus): 提高剌激频率时提高剌激频率时, ,使总和过程发生在前一次收使总和过程发生在前一次收缩的收缩期缩的收缩期, ,表现为会出现完全强直收缩。表现为会出现完全强直收缩。在等长收缩条件下，强直收缩的张力比单在等长收缩条件下，强直收缩的张力比单收缩强收缩强3434倍。倍。
