動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮專家講座

第四章肌肉興奮與收縮4.1骨骼肌結(jié)構(gòu)與肌原纖維亞細(xì)微結(jié)構(gòu)骨骼?。菏苘|體神經(jīng)系統(tǒng)控制。(40-50%體重)平滑?。河蓛?nèi)臟神經(jīng)系統(tǒng)控制，受激素影響，與調(diào)整體內(nèi)環(huán)境相關(guān)。心?。菏軆?nèi)臟神經(jīng)系統(tǒng)、激素影響。一、肌肉分類動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第1頁二、骨骼肌結(jié)構(gòu)：

由大量肌原纖維組成和豐富肌管系統(tǒng)（圖1）

肌纖維

(musclefiber)

肌原纖維（myofibril）：直徑1-2微米，貫通整個肌纖維。暗帶（A帶）：固定、靜止

粗肌絲（thickmyofilament）：肌球蛋白（myosin）

明帶（I帶）：長度可變

細(xì)肌絲(thinmyofilament)：60%肌動蛋白（actin）

1、結(jié)構(gòu)：動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第2頁M線：暗帶中間橫向暗線（是成束粗肌絲固定在一定位置

某種結(jié)構(gòu)）。

Z線：明帶中央橫向暗線

肌小節(jié)(sarcomere):位于兩條Z線之間區(qū)域，是肌肉收

縮和舒張最基本單位。

肌小節(jié)=1/2I+A+1/2I動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第3頁2、粗肌絲分子組成：（圖2）粗肌絲：肌球蛋白（myosin）組成，包含頭部、頸部與尾部橫橋（crossbridge）：（圖）①橫橋與細(xì)肌絲上肌動蛋白分子呈可逆結(jié)合，向M線方向扭動；（圖）②具ATP分解酶活性myosin三種主要功效：①分子聚合成粗肌絲；②含有ATP酶活性；③與actin結(jié)合動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第4頁3、細(xì)肌絲分子結(jié)構(gòu)肌動蛋白（actin）占60%

：單體呈球狀（G-actin)，在細(xì)肌絲中聚合成雙螺旋(F-actin)，成為細(xì)肌絲之主干（圖）原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)：由兩條平行多肽鏈形成α-螺旋構(gòu)型,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)絲,調(diào)整肌動蛋白與肌球蛋白頭部結(jié)合。（圖）

肌鈣蛋白(troponin，Tn)：為復(fù)合物，包含三個亞基：

TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特異與Ca2+結(jié)合;TnT(與原肌球蛋白結(jié)合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)。（圖）動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第5頁4.2肌肉收縮肌絲滑行學(xué)說：肌肉縮短是細(xì)肌絲在粗肌絲之間相對滑行結(jié)果：即肌小節(jié)縮短時，粗、細(xì)肌絲長度都不變，只是細(xì)肌絲向粗肌絲中心滑行，逐步靠近，直到相遇，甚至重合；當(dāng)肌肉舒張或被牽張時，粗細(xì)肌絲之間重合降低。證據(jù)：粗細(xì)肌絲重合程度與肌小節(jié)收縮所產(chǎn)生張力相關(guān)。（圖3）橫橋循環(huán)（圖）：橫橋與肌動蛋白結(jié)合、轉(zhuǎn)動、解離和再結(jié)合過程。ATP鈣離子動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第6頁1、靜息時，含有ATP酶活性橫橋分解ATP，形成橫橋-ADP-Pi復(fù)合物，并處于儲能狀態(tài)。此時橫橋?qū)ctin有很高親和力，但因?yàn)樵∏虻鞍姿幬恢梅恋K橫橋與actin結(jié)合。（圖）2、當(dāng)肌細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度升高到10-7摩以上時，肌鈣蛋白結(jié)合Ca2+并引發(fā)肌鈣蛋白構(gòu)象改變，由此造成原肌球蛋白雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)而離開原位，暴露出actin與橫橋結(jié)合部位。橫橋與肌動蛋白結(jié)合。3、與肌動蛋白結(jié)合引發(fā)橫橋構(gòu)象發(fā)生改變，造成橫橋頭部向臂部方向轉(zhuǎn)動，并拉動細(xì)肌絲向肌小節(jié)中心方向滑行。(圖4-10)4、橫橋轉(zhuǎn)動后，結(jié)合ADP和Pi與之分離?？粘鑫稽c(diǎn)與另一分子ATP結(jié)合。由此使橫橋?qū)ctin親和力下降，從而與其解離。肌絲滑行基本過程動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第7頁在橫橋與肌動蛋白結(jié)合、轉(zhuǎn)動、解離和再結(jié)合、再轉(zhuǎn)動組成橫橋循環(huán)過程中，使細(xì)肌絲不停向暗帶中央移動；與此相伴隨是ATP分解消耗和化學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換，完成了肌肉收縮。（圖）5、新ATP分子分解，橫橋重新處于儲能狀態(tài)。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第8頁肌漿鈣升高與肌鈣蛋白結(jié)合構(gòu)象改變原肌球蛋白構(gòu)象改變橫橋頭部附著與肌動蛋白絲引發(fā)肌球蛋白頭部轉(zhuǎn)動牽伸橫橋連接張力傳遞給粗肌絲滑行運(yùn)動橫橋連接處張力消失ATP附著于頭部肌動蛋白與橫橋分離ATP水解，能量儲存于頭部頭部重新附著于肌動蛋白絲重復(fù)結(jié)合擺動分離肌肉收縮（圖4-10）動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第9頁

橫管(T)：肌膜在Z線內(nèi)凹形成，并圍繞肌原纖維。

肌管系統(tǒng)：（圖5）縱管(L)：每一肌小節(jié)有一個肌質(zhì)網(wǎng)，在Z線附近管腔變寬，相互吻合成終末池。4.3興奮收縮耦聯(lián)(excitation-contractioncoupling):

由肌膜上動作電位觸發(fā)肌纖維收縮一系列過程。三聯(lián)體（圖）：分屬兩個肌節(jié)相鄰兩個終池，其中間隔以橫管形成。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第10頁興奮--收縮耦聯(lián)步驟（圖）1、電興奮經(jīng)過橫管系統(tǒng)傳向肌細(xì)胞深處2、三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處信息傳遞

（圖）

當(dāng)肌細(xì)胞膜出現(xiàn)動作電位（AP）時，AP可經(jīng)過橫管系統(tǒng)直接擴(kuò)布到肌細(xì)胞內(nèi)部，深入到三聯(lián)管終末池近旁；

骨骼肌細(xì)胞三聯(lián)管處肌質(zhì)網(wǎng)膜上Ryanodine受體（RyR）與橫管膜上二氫吡啶受體(dihydropyridinereceptor,DHPRs)直接接觸,興奮信號經(jīng)過蛋白相互作用,最終傳遞給RyR,促使其打開并釋放Ca2+,造成肌質(zhì)中Ca2+濃度比靜息時升高100倍以上，引發(fā)肌肉收縮。Ryanodine受體(RyR)二氫吡啶受體(dihydropyridinereceptor,DHPR)動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第11頁3、肌質(zhì)網(wǎng)對鈣離子儲存、釋放、再聚積，以及其造成肌肉收縮與舒張

肌質(zhì)網(wǎng)上鈣泵將Ca2+由肌質(zhì)運(yùn)回肌質(zhì)網(wǎng)中，使肌質(zhì)中Ca2+濃度降低到興奮前水平，最終造成肌肉舒張。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第12頁4.5肌肉收縮1、肌肉等張收縮（isotoniccontraction）：收縮時張力不發(fā)生改變,長度發(fā)生改變。

2、等長收縮（isometriccontraction）：張力改變，而長度不變收縮。（圖）最適初長度：肌肉在此長度下收縮，所表現(xiàn)效果最好，即產(chǎn)生最大張力。3、張力與肌肉長度關(guān)系：

最適初長度恰好是使肌小節(jié)保持在2.0~2.2μm負(fù)荷，這時粗細(xì)肌絲處于最理想重合狀態(tài)，因而能表現(xiàn)出最好收縮效果。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第13頁4.6刺激強(qiáng)度、頻率與肌肉收縮關(guān)系運(yùn)動單位：（motorunit）一個運(yùn)動神經(jīng)及其傳出纖維所支配全部肌纖維。

單收縮：整塊骨骼肌或單個肌纖維受到一次短促刺激，產(chǎn)生一次動作電位，出現(xiàn)一次機(jī)械收縮。

潛伏期：施加單刺激到肌肉開始收縮。收縮期：從肌肉開始收縮到收縮最高點(diǎn)。舒張期：從收縮最高點(diǎn)到肌肉恢復(fù)靜息狀態(tài)。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第14頁頻率與收縮關(guān)系（圖）不完全強(qiáng)直收縮：頻率增加到一定程度，在前一次收縮舒張期基礎(chǔ)上開始后一次收縮，描記到一個鋸齒形收縮曲線。

完全強(qiáng)直收縮：快速重復(fù)刺激引發(fā)前一次收縮收縮期基礎(chǔ)上，開始下一次收縮，各次收縮張力或長度融合而疊加起來，鋸齒形消失，肌肉維持在穩(wěn)定收縮狀態(tài)。（圖）

臨界融合頻率：產(chǎn)生完全強(qiáng)直收縮所需最低刺激頻率。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第15頁4.8肌肉能量轉(zhuǎn)換一.肌肉疲勞（musclefatigue）二.肌肉收縮可不需要氧，但肌肉疲勞后恢復(fù)必須有氧。（圖）三.肌肉收縮時提供ATP路徑。（圖4-27）

1.磷酸肌酸（creatinephosphate，CP）

CP+ADP←→C+ATP2.糖酵解：產(chǎn)物—乳酸

3.氧化磷酸化●激烈運(yùn)動把細(xì)胞中儲存肌糖原消耗完●激烈運(yùn)動中，ATP分解速度超出了糖酵解提供ATP速度疲勞動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第16頁4.9平滑肌結(jié)構(gòu)與機(jī)能特點(diǎn)1、一單位平滑?。▋?nèi)臟平滑?。┨攸c(diǎn)：①細(xì)胞之間有縫隙連接②具自律性③對所受被動牽拉敏感一、平滑肌類型（圖）

2、多單位平滑?、偌?xì)胞無直接聯(lián)絡(luò)；②收縮受神經(jīng)電信號控制?？扇O化，但普通不產(chǎn)生AP，但可引發(fā)肌肉收縮；③不因牽拉而產(chǎn)生張力。動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第17頁二、平滑肌神經(jīng)肌肉接點(diǎn)1、支配平滑肌神經(jīng)是內(nèi)臟神經(jīng)系統(tǒng)交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)。2、內(nèi)臟神經(jīng)末梢有一串軸突膨大區(qū)，即膨體，內(nèi)含遞質(zhì)。（圖）3、神經(jīng)末梢與平滑肌之間距離較遠(yuǎn)，20nm到幾微米?！衿交§o息電位：-50~-60mV?！窠狱c(diǎn)電位（junctionpotential）

50ms潛伏期，50ms上升期，400-1000ms下降期?！耖撾娢唬?30~-35mV動物生理學(xué)肌肉的興奮和收縮第18頁基本電節(jié)律去極化達(dá)閾值產(chǎn)生AP引發(fā)肌肉收縮三、平滑肌動作電位●起搏細(xì)胞四、鈣離子作用2、多單位平滑肌普通不產(chǎn)生動作電位1、一單位平滑肌動作電位有兩種類型：

①峰電位（圖）、②有平臺動作電位（圖）1、由鈉、鈣離子內(nèi)流引發(fā)動作電位2、鈣離子內(nèi)流深入引發(fā)收縮鈣與調(diào)鈣蛋白（calmodulin）結(jié)合●牽伸是一單位平滑肌有效刺激。動物生理學(xué)肌肉的興