肌肉的收缩功能

关于肌肉的收缩功能第1页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌肉横纹肌平滑肌骨骼肌

心肌第2页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三一.骨骼肌的收缩功能运动神经元兴奋神经-肌接头骨骼肌细胞兴奋-收缩耦联骨骼肌收缩第3页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

（一）神经-肌接头的兴奋传递1.神经-肌接头（neuromuscularjunction）结构接头前膜(prejunctionalmembrane):运动神经纤维末梢（膨大，无髓鞘）接头间隙(junctionalcleft)接头后膜(postjunctionalmembrane)

:对应的肌细胞膜，又称终板（endplate）第4页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第5页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

Na+2.neuromuscularjunction的兴奋传递第6页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

AP达运动神经末梢前膜去极化↓前膜Ca2+通道开放,

Ca2+入前膜↓ACh释放(量子化释放)↓ACh扩散至endplateACh与R结合,K+、Na+通道开放(化学门控)↓Endplatepotential（电紧张扩布）↓终板附近肌膜上电压门控Na+通道激活↓APAch被胆碱酯酶水解，胆碱可被回收至前膜重复利用第7页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

量子释放（quantalrelease）:微终板电位（miniatureend-platepotential）：

去极化约0.4mV/囊泡终板电位（end-platepotential,EPP）

1）定义:终板膜上产生的局部去极化电位。可随ACh释放增加而产生等级性变化。

2）不表现“全或无”传导，只能在局部进行紧张性电扩布

3）一次神经冲动释放ACh所引起的EPP大小超过引起肌细胞AP所需阈值3~4倍,可刺激周围具有电压门控Na+通道的肌膜产生AP，使神经冲动与肌细胞收缩保持1对1。第8页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

相关药物：新斯的明、有机磷农药:抑制胆碱酯酶；筒箭毒碱、α-银环蛇毒等：阻断胆碱N受体。第9页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三（二）骨骼肌的收缩活动1.骨骼肌的超微结构：肌原纤维（myofibril）肌管系统（sarcobutubularsystem）（1）肌原纤维的结构和分子构成：粗肌丝和细肌丝及其排列：第10页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌原纤维

粗肌丝:（thickfilament）细肌丝（thinfilament）肌球蛋白（myosin）

肌动蛋白（actin）:肌纤蛋白原肌凝蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（troponin收缩蛋白：actinandmyosin调节蛋白：tropomyosinandtroponin第11页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌纤维膜肌内膜肌束膜纤维束肌外膜肌腹第12页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三肌小节：是肌肉收缩的基本功能单位。两侧1/2明带和中间部分的暗带，第13页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

明带暗带H带M线Z线肌小节第14页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

M线第15页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌球蛋白（myosin）第16页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第17页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三（2）肌管系统（sarcotubularsystem）:两列肌纤蛋白的单体聚合成球状，形成细丝的主干，每一个单体上具有一个和肌凝蛋白结合的位点。肌纤蛋白和肌凝蛋白为收缩蛋白。原肌凝蛋白在安静是疏松的附在肌纤蛋白丝上，覆盖了其与肌凝蛋白结合的位点。肌钙蛋白有与Ca2+结合的作用，调节原肌凝蛋白的变构，暴露肌纤蛋白的结合位点。肌钙蛋白和原肌凝蛋白为调节蛋白。第18页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

（2）肌管系统（sarcotubularsystem）:横管（transversetubele）:T管（Ttubule）,肌膜内陷而成，垂直于肌原纤维纵管（longitudinaltubule）：肌质网（sarcoplasmicreticulum,SR）,平行于肌原纤维，并包绕肌原纤维。又分为：纵行肌质网（longitudinalSR,LSR）:连接肌质网（junctionalSR,JSR）：终池（terminalcisterna）三联管（triad）:T管+两侧终池第19页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池，构成了三联管结构。肌管系统指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构，由来源和功能都不相同的两组独立的管道系统组成。横管系统或称T管：是由肌细胞的表面膜向内凹入而形成，管腔通过肌膜凹入处的小孔与细胞外液相通。纵管系统（L管）：肌浆网主要包绕每个肌小节的中间部分，这是一些相互沟通的管道，但是在接近肌小节两端的横管时管腔出现膨大，称为终末池。它使纵管以较大的面积和横管相靠近。第20页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第21页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第22页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

ryanodine受体第23页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

2.骨骼肌细胞的收缩机制：肌丝滑动原理横桥头具ATP酶活性，肌肉舒张时，横桥（crossbridge）结合的ATP被分解为ADP+Pi，结合了ADP+Pi的横桥处于高势能状态，它与细肌丝垂直，与肌动蛋白有高亲和力，但无法结合（因结合位点未暴露）。第24页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌浆内Ca2+↑，与肌钙蛋白结合→原肌球蛋白构型改变→解除位阻效应→处于高势能的横桥（与ADP及磷酸基结合）与肌动蛋白结合，拖动肌动蛋白向M线方向扭动45°（粗、细肌丝相对滑行）（同时ADP及磷酸基与横桥分离）→肌小节变短→肌肉收缩→ATP结合到横桥头，使后者构象改变，与肌动蛋白亲和力↓而与之解离→ATP分解供能，使横桥（与ADP及磷酸基结合）向Z线回位（恢复高势能状态）→ADP与横桥头解离，myosin再与tropomyosin的新位点结合第25页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

横桥周期

(cross-bridgecyclin)——横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过程。周期的长短决定肌肉的缩短速度。横桥扭动的2作用：收缩肌肉；伸长桥臂，产生张力第26页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第27页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

胞浆中Ca2+浓度↑，激活肌质网膜上的钙泵→后者分解ATP获得能量，将胞质中的Ca2+主动泵回肌质网内→胞质中Ca2+浓度降低，Ca2+与troponin解离→troponin与tropomyosin恢复到安静状态，重新形成位阻，阻断myosin与actin结合→横桥周期停止，肌肉舒张。第28页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联（excitation-contractioncoupling）AP从肌膜传到T管L-钙通道构象改变，激活JSR膜上的ryanodine受体内钙释放后进入胞质，胞质Ca2+浓度升高与肌钙蛋白结合，原肌球蛋白构象改变，肌细胞机械收缩耦联的关键物质——Ca2+

耦联的关键结构——三联管第29页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

Ca2+骨骼肌细胞质内的钙绝大多数(约100%)源于JSR钙释放。胞质中的Ca2+由0.1μM→1-10μM第30页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

心肌细胞胞质内钙有10%-20%经L-钙通道路内流，80%-90%经SR释放。且后者依赖于前者才得以进行。钙触发的钙释放（calcium-inducedCa2+release）——第31页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

肌浆中[Ca2＋]降低机制：

胞浆中Ca2+

浓度升高激活肌质网上的Ca2+泵将胞浆中Ca2+泵回肌质网胞浆中Ca2+

浓度下降肌肉舒张

第32页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三（四）骨骼肌的收缩形式及影响收缩的因素收缩形式：等长收缩（isometriccontraction）等张收缩（isotoniccontraction）第33页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

2.影响因素：（1）前负荷（preload），初长度（initiallength）前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。第34页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

从长度—张力曲线可看出：①肌肉收缩存在一个最适初长度(即最适前负荷)，此状态下，肌肉收缩产生的主动张力最大。

②大于或小于最适初长度，肌肉收缩产生的张力均会下降。肌小节长度为2.2μm第35页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三安静时肌节长度为2.0~2.2μm肌节长度—张力关系曲线第36页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

最适初长度（optimalinitiallength）肌肉收缩产生的张力大小由肌小节中与细肌丝接触的横桥数目决定：处于最适初长时，粗、细肌丝处于最佳重叠状态，所有横桥都能与细肌丝接触。骨骼肌的初长已定，主要受后负荷影响；心肌初长则受主室充盈程度影响。第37页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

前负荷↓初长度↓肌小节长度↓粗细肌丝的重叠程度↓发挥作用的横桥的数目↓产生张力的大小最适前负荷↓最适初长度↓肌小节2.2μm↓粗细肌丝处于最佳重叠程度↓发挥作用的横桥的数目最多↓产生张力的最大第38页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

（2）后负荷（afterload）:定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，是收缩的阻力。研究方法：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系。第39页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

图A:不同后负荷对肌肉单收缩所产生的张力和缩短程度的影响①总是张力产生在前，缩短产生在后；

②后负荷愈大→产生的张力愈大,但缩短开始的时间愈晚，缩短的初速度和缩短的总长度也愈小。第40页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

①随着后负荷增加→收缩张力增加,而缩短速度减小。②当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速度=0),可产生最大的张力(P0),此种收缩为等长收缩;当张力<P0时,肌肉收缩既产生张力,又出现缩短且每次收缩开始后,张力即不再增加,直至收缩完成(等张收缩)。

③当后负荷=0时，肌肉缩短可达最大缩短速度(Vmax)。第41页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

横桥摆动及与细动蛋白解离快，所以速度快。瞬间处于产生、维持张力状态的横桥少。横桥摆动速度缓慢，横桥周期长，瞬间处于产生、维持张力状态的横桥多。*肌肉收缩的缩短速度:取决于横桥周期的长短；

*肌肉收缩的收缩张力：取决于每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥的数目。第42页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

（3）肌肉的收缩能力（contractility）:——与负荷无关、决定骨肉收缩的效能的内在特性。取决于胞质中Ca2+水平；MyosinATP酶的活性；相关功能蛋白的表达水平。第43页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三兴奋收缩耦联过程蛋白质或横桥功能特性缺氧酸中毒能源缺乏Ca2＋咖啡因肾上腺素提高收缩效果降低收缩效果第44页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三（五）单收缩和肌肉收缩的总和刺激形式不同，表现为：单收缩、收缩的总和。单收缩（twitch）：单一刺激引起的骨骼肌一次快速的收缩。张力与刺激强度有关。第45页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

2.收缩的总和（summation）:运动单位(motorunit):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。不同运动单位所包含的肌纤维数不同,可以从几根到上千根。第46页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

大小原则(sizeprinciple):收缩时:弱收缩时,小运动单位先参与；随着收缩的增强,会有多个和大的运动单位参与。舒张时:共处五项原则最大运动单位先停止放电、收缩,最后才是小运动单位停止活动。第47页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

刺激频率改变时收缩的总和：单收缩（twitch）不完全强直收缩（incompletetetanus）完全强直收缩（completetetanus）连续刺激的频率低(间隔>单收缩的时程)→多个分离AP→连续分离单收缩第48页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

incompletetetanus：连续刺激频率增加→后续刺激落在前次收缩的舒张期→发生的多次收缩的总和。tetanus：连续刺激频率再增加→后续刺激落在前次收缩的收缩期→发生的多次收缩的总和。第49页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

强直收缩张力远大于单收缩的张力原因：胞质内Ca2+浓度持续升高第50页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三

第51页，讲稿共55页，2023年5月2日，星期三二.平滑肌的收缩功能1.平滑肌的分类：单单位平滑肌（unitarysmoothmuscle）：小血管、消化道、子宫、膀胱等中空器官。肌细胞间有gap