神经肌肉课件

1、1 第一节 细胞的跨膜物质转运和信号转导 细胞是人体的最基本结构单位。体内所有的生 理功能和生化反应都是在细胞及其产物的物质基础 上进行的。 核核 核仁核仁 核浆核浆 胞浆胞浆 核膜核膜 细胞膜细胞膜 2 一）膜的化学组成和分子结构 l脂质双分子层 磷脂70%三磷酸肌醇二酰甘油 胆固醇30% 少量鞘脂 l膜蛋白 酶蛋白、转运蛋白、受体蛋白 表面蛋白质 整合蛋白质：载体、通道、离子泵等 l糖类糖蛋白、脂蛋白 3 膜的流态镶嵌模型 磷脂磷脂 胆固醇胆固醇 整合蛋白整合蛋白 糖蛋白糖蛋白 糖脂糖脂 亲水基团亲水基团 疏水基团疏水基团 磷脂磷脂 糖链糖链 4 （一）单纯扩散 （二）膜蛋白介导的跨膜转运

2、 .经载体易化扩散 .经通道易化扩散 .原发性主动转运 .继发性主动转运 （三）出胞与入胞 被动转运 主动转运 被动转运 5 多细胞生物体具备完善的信号转导系统以协调其正常 的生理功能。 细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、激素、 细胞因子等。 跨膜信号转导主要涉及：胞外信号的识别与结合、信 号转导、胞内效应等三个环节。 跨膜信号转导方式大体有以下三类： 1.G蛋白偶联受体介导的信号转导 2.离子通道介导的信号转导 3.酶偶联受体介导的信号转导 6 离子通道介导的信号转导 如：N型Ach化学门控通道 化学性胞外信号(Ach) Ach + 受体=复合体 终板膜变构=离子通道开放 Na+内流

3、终板膜电位 骨骼肌收缩 7 通道蛋白如Na+通道、K+通道 （机械门控通道）（机械门控通道） 8 刺激刺激 神经兴奋神经兴奋 传导传导 传递传递 肌肉兴奋肌肉兴奋 收缩收缩 兴奋性兴奋性 接受刺激产生反应的能力接受刺激产生反应的能力 反应反应 强强 弱弱 抑制（抑制（inhibitioninhibition） 弱弱 强强 兴奋（兴奋（excitationexcitation） 兴奋：细胞对刺激产生反应的过程。兴奋：细胞对刺激产生反应的过程。 可兴奋细胞：可兴奋细胞： 神经细胞神经细胞 肌肉细胞肌肉细胞 腺细胞腺细胞 9 一 神经和骨骼肌细胞的生物电现 象 恩格斯在恩格斯在100100多年前就指

4、出：多年前就指出：“地球上几乎没有地球上几乎没有 一种变化发生而不同时显示出电的变化一种变化发生而不同时显示出电的变化”。人体及。人体及 生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种 电活动称为电活动称为生物电现象生物电现象（bioelectricitybioelectricity）。）。 细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应 用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是 这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。 10

5、l刺激三要素刺激三要素 强度强度 时间时间 强度时间变化率强度时间变化率 阈强度阈强度：引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。：引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。 l阈上刺激阈上刺激：大于阈强度的刺激：大于阈强度的刺激 l阈刺激阈刺激：阈强度的刺激：阈强度的刺激 l阈下刺激阈下刺激：小于阈强度的刺激：小于阈强度的刺激 11 1937年年, Hodgkin 玻璃微电极玻璃微电极d=100um 材料：枪乌贼巨轴突材料：枪乌贼巨轴突 (d=1mm,L=10cm) 12 刺激神经纤维，产生快速电位反转刺激神经纤维，产生快速电位反转 动作电位动作电位 历时历时1 ms膜外膜外K+， 膜内膜内Na+膜外膜

6、外Na+， 膜内膜内Cl-膜外膜外K+，膜内，膜内Na+膜外膜外Na+， 膜内膜内Cl-膜外膜外Cl- 2.细胞膜受刺激后，细胞膜细胞膜受刺激后，细胞膜Na+通道开放，对通道开放，对Na+具有通透性。具有通透性。 膜两侧膜两侧Na+浓度差浓度差促使促使Na+扩散的扩散的动力动力，但随着，但随着K+的不断的不断 扩散，扩散， 膜两侧不断加大的膜两侧不断加大的电位差电位差Na+继续扩散的继续扩散的阻力阻力， 当动力和阻力达到动态平衡时，当动力和阻力达到动态平衡时， Na+的净扩散通量零，的净扩散通量零， 此时，膜两侧的平衡电位称此时，膜两侧的平衡电位称Na+的平衡电位的平衡电位， 即动作即动作电位

7、的超射值。电位的超射值。 19 Nernst 公式公式 ENa= 59.5 Log Na+ o/Na+ i (mV) 理论值理论值 35mV， 相当于超射值相当于超射值 证明：证明： 改变细胞外液中的改变细胞外液中的Na+浓度浓度 1 Na+ o 正常正常 2 Na+ o 降低降低 3 Na+ o 恢复正常恢复正常 通道阻断剂河豚毒通道阻断剂河豚毒(TTX) 电压钳或膜片钳电压钳或膜片钳 20 阈电位阈电位 ( (707050 mv)50 mv) 重新定义重新定义阈刺激阈刺激 细胞膜受刺激细胞膜受刺激 少量少量NaNa+ +缓慢内流，使膜电位下降缓慢内流，使膜电位下降达到阈电位达到阈电位 Na

8、Na+ + 大量快速内流，直至大量快速内流，直至NaNa+ +平衡电位平衡电位 钠通道开放快，失活也快，因此称作钠通道开放快，失活也快，因此称作快通道快通道。 去极化后，去极化后，NaNa+ +通道失活，通道失活，K K+ +通道开放，通道开放，K K+ +顺着浓度差，电位差大量顺着浓度差，电位差大量 快速外流，细胞膜电位又恢复到静息状态。快速外流，细胞膜电位又恢复到静息状态。（复极化过程）（复极化过程） Na+Na+i i、K+K+O O 激活激活Na+Na+K+K+泵活动泵活动 21 细胞受到刺激细胞受到刺激 细胞膜上少量细胞膜上少量Na+通道激活而开放通道激活而开放 Na+顺浓度差少量内

9、流顺浓度差少量内流膜去极化膜去极化膜内外电位差膜内外电位差 当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放通道大量开放 Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 Na+i、K+O激活激活Na+K+泵泵 AP的产生机制的产生机制: 膜内负电位减小到零并变为正电位（膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）上升支） Na+通道关闭通道关闭Na+内流停止，内流停止，K+通道激活而开放通道激活而开放 K顺浓度差和膜内正电位的吸引顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流迅速外流 膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（水平（AP

10、下降支）下降支） Na+泵出、泵出、K+泵回，泵回，离子恢复到兴奋前水平离子恢复到兴奋前水平后电位后电位 22 结论：结论：AP的上升支由的上升支由Na 内流形成， 内流形成， 下降支是下降支是K 外流形成的， 外流形成的， 后电位是后电位是Na K 泵活动引起的。 泵活动引起的。 AP的产生不消耗能量，的产生不消耗能量， AP的恢复消耗能量（的恢复消耗能量（Na K 泵的活动）。 泵的活动）。 AP=Na 的平衡电位。 的平衡电位。 证明：证明：Nernst公式的计算公式的计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算达到的超射值（正电位值）相当于计算 所得的所得的ENa值。值。 应用应用Na

11、 通道特异性阻断剂河豚毒后， 通道特异性阻断剂河豚毒后， 内向电流全部消失（内向电流全部消失（AP消失）。消失）。 23 1.1.全或无性，同一细胞上全或无性，同一细胞上APAP大小不随刺激强度大小不随刺激强度 和传导距离而改变。和传导距离而改变。 2.2.动作电位不会发生融合动作电位不会发生融合 3.3.传导的非递减性传导的非递减性 动作电位的意义动作电位的意义 APAP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志 24 25 阈下刺激阈下刺激 NaNa+ +通道少量开放通道少量开放 少量少量NaNa+ +内流内流 受刺激的局部出现一个较受刺激的局部出现一个较 小的去极化，即小的去极化，即局

12、部反应局部反应 或或局部兴奋局部兴奋。 26 局部反应特点：局部反应特点： 不具不具“全或无全或无”特征，幅值随刺激强度的增大特征，幅值随刺激强度的增大 而增大。而增大。 电紧张扩布，其幅值随着传播距离的增加而减电紧张扩布，其幅值随着传播距离的增加而减 小小 可以叠加、总和：时间性和空间性总和。可以叠加、总和：时间性和空间性总和。 27 相关概念相关概念 阈电位阈电位:引发引发AP的临界膜电位数值。的临界膜电位数值。 局部电位局部电位:低于阈电位的去极化电位。低于阈电位的去极化电位。 后电位后电位：锋电位下降支最后恢复到：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，水平以前， 一种时间较长、波动较小的

13、电位变化过程。一种时间较长、波动较小的电位变化过程。 包括：负后电位包括：负后电位=去极化后电位，去极化后电位， 正后电位正后电位=超去极化后电位。超去极化后电位。 28 以局部电流形式传导以局部电流形式传导 跳跃式传导跳跃式传导 29 30 接头前膜接头前膜： 囊泡内含囊泡内含 ACh,并以囊泡为单并以囊泡为单 位释放位释放ACh（称量子释放）。（称量子释放）。 接头间隙接头间隙：约：约50-60nm。 接头后膜（终板膜）接头后膜（终板膜）： 皱褶，增厚；皱褶，增厚； 存在存在ACh受体（受体（N2受体），受体）， 与与ACh发生特异性结合；发生特异性结合； 无电压性门控性钠通道（对无电压性

14、门控性钠通道（对 电不敏感，对化学物质敏感；电不敏感，对化学物质敏感； 存在大量胆碱酯酶。存在大量胆碱酯酶。 的结构的结构 31 二二 神经肌肉接头处的兴奋传递过程神经肌肉接头处的兴奋传递过程 神经冲动传到轴突末稍神经冲动传到轴突末稍 末梢膜末梢膜Ca2 通道开放， 通道开放，Ca2 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ACh释放释放(量子释放量子释放) ACh与终板膜上的与终板膜上的Ach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Na 、 、K (尤其是 尤其是Na )通透性 通透性

15、终板膜去极化终板膜去极化 终板电位（终板电位（EPP） EPP电紧张性扩布至邻近肌膜电紧张性扩布至邻近肌膜 肌膜去极化达到阈电位肌膜去极化达到阈电位 爆发肌细胞膜动作电位爆发肌细胞膜动作电位 肌肉兴奋收缩肌肉兴奋收缩 银环蛇毒、筒箭毒银环蛇毒、筒箭毒 阻阻 断断 Ach受体通道亚单位 Ach 胆碱脂酶胆碱脂酶 乙酸乙酸+胆碱胆碱 32 EPP的特征的特征：类似于局部电位，无：类似于局部电位，无“全或无全或无” 现象；无不应期；有总和现象；现象；无不应期；有总和现象；EPP的大小的大小 与与Ach释放量呈正相关。释放量呈正相关。 化学传递的特征化学传递的特征 单向传递单向传递 有突触延搁有突触延

16、搁 0.5ms 高敏感性高敏感性 化学物质、物理因素化学物质、物理因素 易疲劳易疲劳 33 影响神经肌肉接头处兴奋传递的因素影响神经肌肉接头处兴奋传递的因素 Ca2+ ：Mg2+有竞争作用有竞争作用 阻断阻断ACh受体受体：箭毒和：箭毒和银环蛇毒，肌松剂银环蛇毒，肌松剂 抑制胆碱酯酶活性抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。：有机磷农药，新斯的明。 自身免疫性疾病自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏：重症肌无力（抗体破坏ACh 受体），受体）， 肌无力综合征（抗体破坏肌无力综合征（抗体破坏N末梢末梢Ca2+ 通道）。通道）。 接头前膜接头前膜Ach释放释放：肉毒杆菌中毒。：肉毒杆菌中毒。 3

17、4 一一 肌肉收缩的机械变化肌肉收缩的机械变化 等张收缩：等张收缩：肌肉收缩时肌肉收缩时, ,只有长度缩短而张力不只有长度缩短而张力不 变的收缩变的收缩, ,称为等张收缩。称为等张收缩。 等长收缩：等长收缩：肌肉收缩时肌肉收缩时, , 长度不变只有张力增加长度不变只有张力增加 的收缩的收缩, ,称为等长收缩。称为等长收缩。 如如 引体向上包括以上两种收缩引体向上包括以上两种收缩 前负荷：前负荷：收缩前已有负荷牵拉（初长度增加）收缩前已有负荷牵拉（初长度增加） 后负荷：后负荷：收缩开始才受到负荷牵拉（初长度不变）收缩开始才受到负荷牵拉（初长度不变） 35 l单收缩单收缩 潜伏期潜伏期 10ms

18、收缩期收缩期 50ms 舒张期舒张期 60ms 阈强度阈强度 运动单位运动单位 最大刺激最大刺激 36 强直收缩强直收缩 不完成强直收缩不完成强直收缩 完成强直收缩完成强直收缩 临界融和频率临界融和频率 问题：为什么肌肉收缩可以总和，而问题：为什么肌肉收缩可以总和，而 肌细胞动作电位不能总和？肌细胞动作电位不能总和？ 刺激间隔时间刺激间隔时间收缩期收缩期 收缩期收缩期刺激间隔时间刺激间隔时间舒张期舒张期 37 (I带) A带 38 粗肌丝：粗肌丝： 肌凝蛋白（肌球蛋白）肌凝蛋白（肌球蛋白） 头部有一膨大部头部有一膨大部横桥横桥 横横 桥桥 1.可与细肌丝肌纤蛋白可逆性可与细肌丝肌纤蛋白可逆性

19、结合结合 2. 具具ATP酶活性酶活性，释放能量分，释放能量分 解解ATP 提供横桥扭动（肌丝提供横桥扭动（肌丝 滑行）和作功的能量。滑行）和作功的能量。 39 细肌丝细肌丝 肌动蛋白肌动蛋白（actin)：表面有与横桥结合的位点，静息：表面有与横桥结合的位点，静息 时时 被原肌球蛋白掩盖被原肌球蛋白掩盖 原肌球（凝）蛋白原肌球（凝）蛋白：在肌纤蛋白与横桥之间阻碍二者相：在肌纤蛋白与横桥之间阻碍二者相 互结合互结合 肌钙蛋白肌钙蛋白：有：有3个亚单位个亚单位 T亚单位：附着作用亚单位：附着作用 C亚单位：与亚单位：与Ca+有亲和力有亲和力 I亚单位：传递信息给原亚单位：传递信息给原 肌凝蛋白肌

20、凝蛋白 40 肌小节缩短肌小节缩短=肌细胞收缩肌细胞收缩 牵拉细肌丝朝肌小节中央滑行牵拉细肌丝朝肌小节中央滑行 横桥摆动横桥摆动 横桥与肌动蛋白结合位点结合，横桥与肌动蛋白结合位点结合， 分解分解ATP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 Ca2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 肌钙蛋白的构型肌钙蛋白的构型 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Ca2+进入肌浆进入肌浆 41 结构基础结构基础肌管系统肌管系统 横管（横管（T管）管） 肌膜内凹而成与肌原纤维相垂直肌膜内凹而成与肌原纤维相垂直 作用作用：将肌细胞膜的兴奋

21、沿：将肌细胞膜的兴奋沿T管膜迅速传入细胞内部；管膜迅速传入细胞内部； 纵管（纵管（L管）管）即肌浆网即肌浆网 与肌小节走向平行，包绕肌原纤与肌小节走向平行，包绕肌原纤 维的管道。维的管道。 作用作用：Ca2+的储存、释放与再积聚。的储存、释放与再积聚。 终池终池：L管在靠近管在靠近T管处膨大而成。管处膨大而成。 三联管：三联管：两侧终池之间的横管构成。两侧终池之间的横管构成。 作用作用：肌细胞膜电变化和细胞内收缩过程耦联起来的关肌细胞膜电变化和细胞内收缩过程耦联起来的关 键部位键部位 42 43 44 45 兴奋收缩耦联：兴奋收缩耦联：肌膜兴奋的电变化为肌丝滑行机械变肌膜兴奋的电变化为肌丝滑行

22、机械变 化的中介过程。化的中介过程。 三个步骤：三个步骤： AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌 节附近；节附近； 三联管处的信息传递；三联管处的信息传递； 肌浆网（纵管系统）中肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放和摄取。的释放和摄取。 Ca2+的摄取的摄取Ca2+泵（泵（ Ca2+-Mg2+ ATP 酶酶) Ca2+是兴奋收缩的耦联因子是兴奋收缩的耦联因子 三联管是兴奋收缩耦联的结构基础三联管是兴奋收缩耦联的结构基础 46 运动神经冲动传至末梢运动神经冲动传至末梢 N末梢对末梢对Ca2+通透性增加通透性增加 Ca2+内流入内流入N末梢内末梢内 接头前膜内囊泡接