第三章-神经和肌肉的一般生理

第三章、神经和肌肉的一般生理(Generalfunctionofneuromuscular)目标与要求

掌握:刺激、兴奋、刺激阈和兴奋性的概念；静息电位和动作电位的概念及产生机制；神经肌肉接头处的兴奋传递；

熟悉:兴奋在同一细胞上的传播;

骨骼肌的特性和骨骼肌的肌肉收缩；

了解:细胞膜受体的概念；兴奋的引起和阈电位。

学时：8（时）重点和难点重点：细胞的跨膜静息电位和动作电位及它们的产生机制，兴奋在同一细胞上的传导机制。肌丝滑行基本过程，兴奋收缩耦联，前负荷、后负荷和肌肉收缩能力收缩的影响。难点：跨膜静息电位和动作电位的产生机制；兴奋在同一细胞上的传导机制。等长收缩、等张收缩、强直收缩。

第一节概述（略）

第二节神经的兴奋与传导

一、刺激(stimulation)和反应(response)

二、兴奋(excitation)和兴奋性(excitability)

活组织因受外界刺激而发生的反应→兴奋可兴奋组织产生动作电位的能力或特性→兴奋性

三、引起兴奋的主要条件（一）组织的机能状态（二）刺激(factor)的特征1、

刺激的强度：阈强度(thresholdintensity)：刚能引起组织的兴奋顶强度：刺激强度增加到一定水平后，兴奋不在加强2、

刺激的时间：强度不变的情况下，需要一定的刺激时间3、

强度变化率：强度是急剧上升的，就可引起组织兴奋（三）兴奋性的指标（1）阈强度兴奋性∝1/阈强度（2）时值兴奋性∝1/时值

四、神经和肌肉的生物电现象（一）生物电的发现

2000年以前人们就知道尼罗河中有一种鱼，可以对水中的鱼或动物加以震击，造成麻痹，当时人们不知道为什么？大约距现在的200年，人们才知道，它有专门的放电器官（肌细胞），每个肌细胞就是一个放电单位，一个放电器官大约有5000—6000个肌细胞，所以串联起来总电压可达600伏，从而震击水中的动物和人使之麻痹1、对生物电的认识在学术上有一场争论：资料1:1786—1794年，伽发利（意大利的医生和物理学家）用两种金属把所制配的蛙的坐骨神经腓肠肌连接而成，结果观察到了肌肉产生抖动（认为可以放电）后来伏打指出伽发利的解释是错误（原因：金属与潮湿的组织接触，金属与液体之间会出现电位差，是一种物理现象。Calvani答复伏打的指责，把一条蛙的N直接与蛙肌接触，观察到了肌肉的收缩现象，这是生理科学史上最值得注意的事件之一。。

资料2:20世纪初,W.艾因特霍芬用灵敏的弦线电流计，直接测量到微弱的生物电流。1922年，H.S.加瑟和J.埃夫兰格首先用阴极射线示波器研究神经动作电位，提出问题：奠定了什么？现代电生理学的技术基础。资料3：1939年，A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎将微电极插入枪乌贼大神经，直接测出了神经纤维膜内外的电位差。这一技术上的革新，提出问题：推动了什么？电生理学理论的发展。心电图，脑电图就是对自体器官电位变化的记录，因此，了解生物电现象对了解许多生理活动的本质是极其重要的。分析Hodgkin和katz电压钳实验,引领学生学习下列知识.

静息电位(restingpotential)

定义；细胞在没有受到外来刺激时，即处于静息状态下的细胞膜内外侧所存在的电位差。极化状态：外正内负1.静息电位的离子机制（1）与静息电位有关的离子Na+,cl-,k+,A-(2)Na+,cl-,k+,A-细胞膜内外的分布情况。（3）细胞膜对这些离子是具有选择通透性的。（4）静息电位是k+的平衡电位。

（二）、静息电位和动作电位

动作电位(actionpotential)

定义；细胞兴奋产生的电位变化

极化状态倒转：外负内正

1.动作电位的离子机制（1）足量刺激（化学-电机制）在细胞膜的特定部位改变静息电位。（2）细胞受刺激时，膜对Na+通透性增加。（3）Na+快速移入细胞内。（4）当Na+进入移入细胞内时，膜电位达到0（细胞膜局部去极化），

（5）Na+继续移入细胞内，细胞膜内正离子多于细胞膜外（反极化）

（6）反激化使受刺激的局部细胞膜与相临区域形成电流循环。

（7）在受刺激的局部区域的细胞膜对Na+的通透性降低，而对k+的通透性增高。（8）k+迅速外移，细胞膜外的阳离子分布重新多于细胞膜内（复极化）。（9）Na+-k+泵转移Na+出细胞外，k+进入细胞内（这种电位变化继续发生在下一部位）。

方法:利用全细胞膜片钳技电压术分析了HEK293细胞内源性电压门控钾通道的电生理特性.结果在HEK293细胞上去极化电压从-60mV开始可触发1个外向电流.-60mV的电压梯度将达到100000V/cm,那么高的梯度对离子通道的启闭产生影响,引入宏观和微观的电变化有何不同?2.电压门控离子通道

（三）生物电的应用

人体任何一个细微的活动都与生物电有关。外界的刺激、心脏跳动、肌肉收缩、眼睛开闭、大脑思维等，都伴随着生物电的产生和变化。人体某一部位受到刺激后，感觉器官就会产生兴奋。兴奋沿着传入神经传到大脑，大脑便根据兴奋传来的信息做出反应，发出指令。然后传出神经将大脑的指令传给相关的效应器官，它会根据指令完成相应的动作。这一过程传递的信息——兴奋，就是生物电。也就是说，感官和大脑之间的“刺激反应”主要是通过生物电的传导来实现的。

心脏跳动时会产生1~2毫伏的电压，眼睛开闭产生5~6毫伏的电压，读书或思考问题时大脑产生0.2~1毫伏的电压。正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等的生物电变化都是很有规律的。因此，将患者的心电图、肌电图、视网膜电图、脑电图等与健康人作比较，就可以发现疾病所在。

首先，生物电在医学上已广为应用，拯救成千上成的人生命。大家知道，医学常用测心电图的办法判别心脏病，用脑电图来诊断脑疾病。因为，正常人心脏和脑细胞显示正常的生物电图案，相反，异常或老化的心脏和脑细胞则出现反常的图像。医生可根据异常程度来判断病情。生物电也应用于断肢再生。1958年美国纽约州贝克医师发现生物有损伤电流，它就是一种生物电。贝克医师将一只蝾螈的腿切去，发现伤口颤抖，用电流计一测，竟有十亿分之三安培电流，于是他模拟各种生物损伤电流来使生物受伤加快愈合。目前，这种损伤电流已应用到人体再植上。再次，生物电对揭开神经传导的奥秘也作出了积极的贡献。神经传导之快，选择性之高，都令人咋舌。现在探明许多神经功能与生物电的传递反应有关。人们可以预言，生物电在21世纪——生物学世纪中，将发挥更大的作用。(三）神经细胞兴奋性的变化1.动作电位的时相：峰电位；负后电位；正后电位等不同时相组成2.兴奋后兴奋性的变化

:绝对不应期,相对不应期,超常期,低常期3.总和:时间总和；空间总和。

五、神经冲动的传导（一）、神经传导的一般特征（1）

生理完整性（2）

双向传导（3）

不衰减传导（4）

绝缘性传导（5）

神经传导的相对不疲劳性（二）、神经冲动在同一细胞中的传导

当神经纤维某一点受到刺激，其传导的机制如下：静息时（外正，内负）中部发生兴奋，产生动作电位由于兴奋部位的反极化，于是邻近的未兴奋部位之间出现电位差，引起电荷的移动。在膜外，电流从静息区流向兴奋区，在膜内，则相反，这种局部电流就够成了对邻近膜的刺激，这种刺激可以使邻近的部位兴奋，依此类推，冲动不断向前推进（就好象火焰沿导火线蔓延一样）无髓神经纤维的轴突的局部电流是连续而均匀的。有髓神经纤维的局部电流从一个郎飞氏结跳跃到邻近的一个郎飞氏结（ranviernode）。（三）、神经纤维的传导速度1、单向和双向的动作电位2、神经纤维的传导速度(1)神经纤维传导兴奋的速度直径

直径大传导快有无髓鞘有髓比无髓快温度高则快（一定范围内）(2)神经纤维的分类

根据电生理学的特性分类

(3).根据纤维直径的大小及来源分类纤维来源能直径速度分类1Ⅰ肌梭腱器官传入12~2270~120AαⅡ肤机械R传入5~1225~70AβⅢ肤痛温肌深压R传入2~510~25AδⅣ无髓痛温机械R传入0.1~1.31C第三节神经元的功能联系及活动突触概念的产生突触概念的演化突触的类型化学突触传递信息的过程

一中枢突触（synapse）的传递

(一)、突触的结构<<P61>>

突触:一个神经元的轴突末梢与其他神经元细胞体或突起相接触，此接触部位称突触（二）、突触的连接形式和分类

1.

按接触部位分

a:轴突—树突型突触

b:轴突——胞体型突触

c:轴突——轴突型突触

2.按联系方式分：包围式（使兴奋易于总和），依旁式（起易化作用）

按功能分：兴奋性突触和抑制性突触突触结构:①突触前膜②突触间隙③突触后膜

经典突触分类：1.轴-体2.轴-树3.轴-轴（三）电-化学-电的传递过程PostsynapticpotentialActionpotentialNeurotransmitter二、突触后神经元的电活动变化突触后电位(1).兴奋性突触后电位：

后膜的膜电位在递质作用下发生去极化改变,使该突触后神经元对其它刺激的兴奋性升高，这种电位变化称为兴奋性突触后电位。(excitatorypostsynapticpotential,EPSP)(2).抑制性突触后电位

后膜的膜电位在递质作用下发生超极化改变,使该突触后神经元对其它刺激的兴奋性下降，这种电位变化称为抑制性突触后电位。(inhibitorypostsynapticpotential,IPSP)突触后电位的产生过程突触前轴突末梢的AP突触小泡中递质释放递质与突触后膜受体结合突触后膜离子通道开放Na+(主)

K+通透性↑Cl-(主)

K+通透性↑Ca2+内流：降低轴浆粘度和消除突触前膜内的负电位IPSPEPSP兴奋性递质抑制性递质

三、兴奋由神经向肌肉的传递（一）、神经—肌肉接头（neuromuscularjunction）的兴奋传递过程一个神经元的轴突连同它的分支末梢和所支配的肌纤维组成一个运动单位，一快肌肉有许多个运动单位。

运动神经末梢去极化↓

Ca2+进入神经膜兴奋—分泌藕联↓

Ach的释放神经分泌接头传递↓R-Ach的形成化学接受↓↓终板电位兴奋—收缩偶联↓肌膜的锋电位————→肌肉的收缩（二）、影响神经—肌肉接头传递的因素肌肉松弛剂：箭毒，三碘季铵酚接头传递障碍药物（依色林，新斯的明）Ach在运动终板聚积，肌肉挛缩（敌白虫，乐果，敌敌畏等）[教学内容]

（三）骨骼肌的收缩[教学目标]1、掌握：骨骼肌细胞的微细结构

2、理解:骨骼肌细胞收缩的机制

3、了解：骨骼肌细胞兴奋收缩藕联[教学要点]

[重点]肌原纤维肌小节肌管系统粗、细肌丝的分子组成

[难点]粗、细肌丝的排列与相互作用横桥的特性钙离子与肌钙蛋白的作用[教学过程]

人体各种形式的运动，主要是靠一些肌细胞的收缩活动来完成的

[探究的过程]坐骨神经-腓肠肌实验、骨骼肌的单收缩与强直收缩实验

1、借肌肉的收缩活动，实现器官和整体的运动

一、骨骼肌细胞的结构特点

大量的肌原纤维：无数的粗肌丝和细肌丝组成。肌管系统—肌质网：与肌原纤维平行的小管，肌质网末端膨大部分称侧囊（终池），有贮存，释放，聚集Ca2+的作用。横管系统：在Z线位置横绕肌原纤维的管系，称T小管。三联体：每一T小管和两侧的终池。是肌细胞互通信息的部位。肌小节：每一个A带的中间部分和两侧各1/2的I带，组成一个肌节。1、骨骼肌的微细结构肌原纤维：粗肌丝（thickmyofilaments）和细肌丝（thin-myofilaments）（1）粗丝的分子组成（肌球蛋白（myosin）的单体组成）一条粗丝约有200—300个肌球蛋白分子

头：生物活性物质ATP酶活性中心①

肌球蛋白分子杆：组成粗肌丝的主杆杆的一些向一端，另一些向另外一端，形成了粗细的主杆，头部则有规律地从主干上伸出——→横桥（能伸能屈）只能向M线方向屈。（2）细丝的分子组成

肌动蛋白（actin）：分子呈球形，有能和横桥结合的位点，组成细丝的主干。原肌球蛋白：细长，头尾相连，与细丝主干并行。

肌钙蛋白：一定的间隔附于原肌凝蛋白上。

T：与原肌球蛋白结合的T亚单位。

C：与Ca2+结合的C亚单位。

I：抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合I亚单位。二、骨骼肌收缩的机制（原理）

早期关于肌肉的收缩（肌丝的纽屈）五十年代（肌丝滑行学说）[赫克斯利]

六十年代形成一套系统的理论

70—80年代，由于电子显微镜的发展，得到了进一步的证实和发展，得到广泛承认的。目前：形成肌丝滑行理论（slid-ingfilamenttheory）。1、肌丝滑行理论（slindingtheory）（1）

形态学观察的证据a.

肌节是肌f收缩的功能单位，相邻的Z线靠近，即肌节缩短b.

暗带的长度不变c.

细丝的长度不变d.

明带缩短e.

H区变笮由上述形态与观察推知，两侧的细丝向肌节中滑行，而导致肌节缩短，引起肌肉的收缩——→肌丝滑行理论。（2）

横桥的活动与肌肉的收缩横桥交替地附着在肌动蛋白丝上，然后滑向肌小节中心。（3）、Ca2+在肌肉收缩中的作用肌细胞内Ca2+低于10-7摩尔/升时，肌肉不能收缩，调节蛋白在横桥与肌动蛋白之间，阻碍它们两者之间的结合。肌细胞内Ca2+高于10-7摩尔/升时，导致原肌球蛋白的构象发生改变。暴露出肌动蛋白与横桥结合的位点。出现两者的结合。在横桥与肌动蛋白的结合、拖动、解离的横桥循环过程中，使肌丝不断向暗带中央移动。三、兴奋收缩的耦联（excitaion—contrationcoupling）收缩是肌肉受到刺激—发生兴奋而引起的，兴奋是肌膜上的电位变化，收缩是肌f内部收缩蛋白的变化兴奋导致以收缩的联系：

Ca2+

骨骼肌细胞兴奋-------------------------》肌细胞收缩{机械变化}

兴奋------收缩藕联1、兴奋通过横管系统传向肌细胞深部，横管系统是兴奋收缩耦联的一个重要环节。2、横管的电变化转变为肌质网的侧束释放钙。3、肌质网对Ca2+的回摄与释放。

目前认为在肌质网膜存在一种特殊的转运Pro钙泵，钙泵是一种ATP酶，已被提起，它占肌质网总量Pro的6%，在Ca2+-Mg2+存在的情况下，钙泵分解ATP而获得能量，逆着浓度把Ca2+由肌浆运到肌质网，肌浆中的Ca2+浓度降低，使原来和肌钙蛋白结合的Ca2+重新解离，于是肌纤蛋白和肌凝蛋白横桥间的相互作用被抑制，出现肌肉的舒张。(一)

神经递质与调质

1.神经递质的标准:

以往：一N元只能释放一种递质=Dale’s原则。近来：一N元内可存在二种或二种以上的递质=共存。3.神经递质的共存：

⑴突触前神经元内具有合成神经递质的物质及酶系统，能够合成该递质。⑵递质贮存于突触小泡，冲动到达时能释放入突触间隙。⑶能与突触后膜受体结合发挥特定的生理作用。⑷存在能使该递质失活的酶或其它环节（如重摄取）。⑸用递质拟似剂或受体阻断剂能加强或阻断递质的作用。

四、神经递质和受体2.神经调质(neuromodulator)→modulation

4.神经递质和调质的分类分类家族成员胆碱类乙酰胆碱胺类多巴胺、NE、5—HT、组胺氨基酸类谷氨酸、门冬氨酸、甘氨酸、GABA肽类下丘脑调节肽、ADH、催产素、阿片肽、脑-肠肽、AⅡ、心房钠尿肽等嘌呤类腺苷、ATP气体NO、CO脂类PG类5.递质的代谢(合成、贮存、释放、降解、再摄取、再合成等)(二)受体(receptor)激动剂(agonist)：能与受体发生特异性结合并产生生物效应的化学物质。拮抗剂(antagonist)：能与受体发生特异性结合不产生生物效应的化学物质。配体2.受体与配体结合的特性：特异性；饱和性；可逆性。1.概念：胆碱能受体(N、M)肾上腺素能受体(α、β)5-HT受体、氨基酸类受体等与离子通道偶联受体激活G蛋白和蛋白激酶途径受体注：各类受体有亚型3.分类：分布部位分：突触前受体、突触后受体生物效应分：结合递质分：(三)主要的递质、受体系统递质受体第二信使拮抗剂通道效应受体主要分布ACh所有自主N节神经元的突触后膜；神经-肌肉接头的运动终板膜上；大多数副交感神经节后纤维，少数交感节后纤维（引起汗腺分泌和骨骼肌血管舒张的的舒血管纤维）所支配的效应器细胞膜上。筒箭毒十烃季铵↑Na+和其他小离子阿托品筒箭毒六烃季铵M2(心)↑Ca2+↑IP3/DG↓cAMP↑IP3/DG↓cAMP↓K+N1（肌肉型烟碱受体）N2（N元型烟碱受体）M1M4(腺体)M3↑IP3/DGM5递质受体第二信使拮抗剂通道效应受体主要分布AdrNA外周：多数交感N节后纤维末稍到达的效应器细胞膜上；中枢：低位脑干及上行投射到皮层、边缘前脑、下丘脑以及下行到达脊髓后角、侧角、前角的纤维的突触后膜上。α1多巴胺β1(心)β2↑IP3/DG↓cAMP↑IP3/DG↑cAMP↑cAMP↓K+酚妥拉明酚妥拉明育亨宾心得宁阿提洛尔丁氧胺D1，D5D2，D3，D4↓cAMP↑K+↓Ca2+黑质-纹状体、结节-漏斗、中脑边缘系统。5-HT中缝核内及上行投射到纹状体、下丘脑等以及下行到脊髓背角、侧角、前角。5-HT15-HT2↓cAMP↓K+↑K+↑K+↓Ca2+α2（突触前膜小肠）5-HT3-7↑Na+等(一)反射与反射弧

1.反射(reflex):在CNS参与下，机体对内外环境刺激的规律性应答反应。2.分类：感受器→传入N→中枢→传出N→效应器(reflexarc)是反射的结构基础核基本单位。3.反射弧:条件反射非条件反射五、神经反射活动的特征4.反射过程：

N反射特点:

快、短、准适宜刺激感受器传入神经反射中枢传出神经效应器内分泌腺效应器N-体液反射特点：慢、广、久激素血液+APAP⑴单向传递：突触前N元→突触后N元。⑵突触延搁：需时0.3～0.5ms/个突触。⑶总和:时间总和和空间总和。⑷兴奋节律的改变:⑹易疲劳性：⑸对内环境变化