动物生理学课件：第2、3、4、5章 神经与肌肉生理学

第二章神经肌肉的一般生理学本章主要讨论以下几个大问题

第一节细胞膜的跨膜物质转运和信号的传递功能

第二节

神经肌肉的兴奋和兴奋性

第三节

神经冲动的产生和传导

第四节

兴奋由神经向肌肉的传递

第五节肌肉的收缩

第一节细胞的跨膜物质转运和信号传递功能一、细胞膜的结构模式

1895年，人们发现甲基脲（脂溶性）很容易穿过细胞膜，因此推测细胞膜的组成与脂有关。1925年，Donman发现，细胞膜具有双分子层结构。细胞膜与细胞内细胞器的膜具有同样的结构形式，故称单位膜。1952年，在电镜下观察呈“双轨”结构形式，总厚度为7~10nm。

1972年，Singer等人提出细胞膜的“液态镶嵌模型”。

细胞膜的液态镶嵌模型

质脂双层分子：构成膜的基本骨架，呈液晶状，具有流动性。

蛋白质：内在蛋白质：镶嵌于膜中，是细胞膜上的受体、酶和离子通道等。细胞膜的各种功能，主要取决于蛋白质。表在蛋白质：存在于细胞膜的内侧，使膜变形。

糖链：只存在于膜的外表面，成为细胞的“标志”，并结合特殊的化学物质，从而发挥生理功能。

细胞膜的特点

A.细胞膜中的分子具有侧向流动性。B.结构上内、外侧不对称性。同时决定了细胞膜在功能上内、外侧也是不对称的。二、细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜是一个有选择性通透的半透膜。由于被转运物质的特性不同，主要有以下四种转运方式：1、单纯扩散2、易化扩散3、主动转运4、出胞入胞作用（一）脂溶性小分子物质——单纯扩散

单纯扩散：

脂溶性的小分子物质定向从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，这种纯物理学的被动扩散叫做单纯扩散。扩散的难易程度通常用通透性来表示。扩散速率∝A·T(C1－C2)/r·d

其中，A：扩散面积；T：温度；C1－C2

:浓度差；r：分子半径；d：扩散距离。

影响通透性的因素：主要是膜两侧的浓度差；·其次还有物质的脂溶性大小、温度、分子量的大小、电场力等。在机体中，如CO2、O2等，均为单纯扩散。（二）非脂溶性小分子物质——易化扩散

易化扩散（facilitateddiffusion）：非脂溶性小分子物质，借助膜蛋白质的帮助而实现的被动扩散。

如Na+、Ca2+等。

根据帮助转运的蛋白质的活动方式不同，可分为载体介导和通道介导两种转运形式：

1、由载体介导的易化扩散

载体（carrier）是镶嵌于细胞膜中的蛋白质，上面存在着特异性的结合点结合某种物质，然后引起分子构形发生改变，将物质转运到膜的另一侧再分离开，本身的分子构形然后再复原。

载体是以其专门转运的物质来命名的，如葡萄糖载体等。

载体转运的特点：

A.特异性

B.饱和性

C.竞争性抑制

2、由通道介导的易化扩散通道（channel）是细胞膜中的蛋白质分子内部形成的一种水相小孔道。一般呈关闭状态，可因刺激而被激活开放。

刺激

↓准备状态（关闭）

失活状态（关闭）激活状态（开放）

控制通道开放或关闭的机制，称为门控。离子通道（ionchannel）的分子结构模式图

ionchannel可以开放也可以关闭，这两种状态间的转换只需1ms。ionchannel也有一定的选择性,某一种通道允许某种离子通过，但专一性不如carrier高。Ionchannel根据开关的原理不同分为三类：电压门控通道votagegated,化学门控通道chemicallygated,机械门控通道mechanicallygated

单纯扩散和易化扩散转运物质，都不需要外界提供能量（但是并不是不涉及能量问题），它们是顺着物质本身的浓度差进行的，因此都属于被动转运。以下两种转运方式都需要消耗外界提供的能量，因此属于主动转运。

（三）小分子物质逆着本身浓度差——主动转运

主动转运（activetransport）：是指细胞膜消耗能能量逆着浓度差，将某种物质从浓度（或者电位）低的一侧移向浓度（或者电位）高的一侧的转运。主动转运消耗的能量来自细胞代谢产生的ATP。

帮助主动转运的是细胞膜中的蛋白质。专门转运某种离子的物质是镶嵌在细胞中的膜蛋白质，因此被形象地称为“离子泵”。钠－钾泵

钠—钾泵：又称为钠—钾依赖ATP酶，它普遍存在于动物的各种细胞膜上，也是目前研究最多的一种离子泵。当细胞内液的Na+浓度升高、细胞外液K+浓度升高时，在Mg2+的参与下，它可以分解ATP，每分解一个ATP分子，可以向细胞外液泵出3个Na+，与此同时向细胞内液摄入2个K+。钠－钾泵由于向膜两测转运的电荷数量不等，因此是一种生电泵。转运模式：钠泵在膜内结合钠离子→酶被激活→泵蛋白磷酸化→构像改变，将钠离子转出膜外→对钾离子的亲和力提高，从膜外结合钾离子→泵蛋白脱磷酸化→构象复原→将钾离子转运入模内。

如此反复转运。由于细胞膜上钠—钾泵的存在，所以正常动物神经和肌肉细胞的内液中，K+的浓度高于细胞外液30~40倍；细胞外液中的Na+浓度高于细胞内液10~15倍（详见P20.表2-1）。

钠—钾泵目前已经被提纯，分子量大约为25万，当被装配到人工细胞膜中时，仍然具有转运Na+和K+的能力。钠—钾泵大约消耗细胞代谢能量的20~30%。

钠—钾泵的工作为细胞建立了一种势能储备，是神经和肌肉细胞具有兴奋性的基础。

（四）大分子团块物质的转运——入胞和出胞作用这种方式转运的是固态或液态的物质团块，是一种更加复杂的主动转运方式。

入胞（endocytosis）：被转运的物质首先要被细胞膜上的受体所辨认，然后发生特异性结合，通过膜下陷形成囊泡进入细胞内部。譬如白细胞吞噬细菌，就是这样的过程。

吞噬：固态物质。

吞饮：液态物质。

出胞（exocytosis）：将细胞内的物质转运到细胞的外部。被转运的物质首先被单位膜所包裹形成囊泡，然后与细胞膜接触、融合、破裂，最后将物质排出细胞。

神经递质的释放过程就是一种出胞过程。三、细胞膜的信号传递功能许多信息化学物质（如激素）多是首先通细胞膜上的特殊蛋白质——受体（receptor）结合，从而把信息传递到细胞的内部，再引起细胞发生生理功能变化的。这就是跨膜信号传递的过程。

能够感受某种特殊信息化学物质的细胞，称为该物质的靶细胞。

能够被靶细胞受体识别、结合的特殊化学物质，称为信号或配体。

根据受体的不同，跨膜信号传递可以分为以下两种：（一）自身带有离子通道的受体

根据通道被激活的方式不同，又可分为两种：

1、化学门控通道（chemicallygatedchannel）

这种离子通道与受体相关联，当配体与受体结合以后，可以使离子通道激活、开放；当配体与受体脱离以后，通道则关闭。

基本模式：

配体+受体→离子通道开放→离子跨膜流动→信号传入细胞化学门控通道一般都是以激活它们的化学信号来命名的，如Ach（Acetylcholine）通道等。如，烟碱型Ach受体，结合Ach以后，使通道开放，引起Na+、K+的易化扩散，使细胞的膜电位发生改变。2、电压门控通道（voltagegatedchannel）

当膜电位去极化达到一定水平时，通道的闸门被打开，从而实现离子的跨通道的扩散转运。

现已发现，至少有3种Na+通道、5种K+通道和3种Ca2+通道属于电压门控通道。

基本模式：

膜去极化达临界值→离子通道开放→离子跨膜流动→完成信号传递过程

（二）与G蛋白偶联的受体

下图：由膜受体-G蛋白-效应酶组成的跨膜信号传递系统

某些含氮类激素作用于靶细胞膜上的受体发挥生理作用时，是通过改变细胞内cAMP的含量实现的。因此，激素被称为第一信使，而cAMP被称为第二信使。近年来大研究发现，从第一信使将信使的作用传递给第二信使时，中间有三种蛋白质参与了这个过程。它们分别是：

受体蛋白、G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）和膜效应酶，过程如下：激素与膜受体结合↓激活

G蛋白使G蛋白的α亚单位分离↓激活①离子通道使膜的离子通透性发生改变（效应）②效应器酶↓第二信使前体—→第二信使（如cAMP、三磷酸肌醇IP3↓二酰基甘油DG等）蛋白激酶及其它（效应）（三）原癌基因作为第三信使跨膜传递信号

第二信使→激活细胞的即时反应↓同时激活

DNA结合蛋白（即即刻早期基因——第三信使，如原癌基因，）↓进入细胞核内启动基因表达↓生成新的蛋白质→对细胞的结构和功能产生长时程的影响

Fos蛋白是其中一种，上述第二信使在引起可兴奋细胞发生反应的同时，均可激活这些基因，在细胞质中合成蛋白，回到核内激发另一些基因的表达，导致细胞长时程的适应性改变。所以称之为第三信使。原癌基因被病毒转导后可变成有致癌活性的病毒癌基因，使动物发生肿瘤。第二节神经肌肉的兴奋和兴奋性一、可兴奋组织的刺激与反应神经、肌肉和腺体属于可兴奋组织。研究神经肌肉的兴奋生理一般使用蛙的坐骨神经腓肠肌标本。

（一）刺激刺激：是一种信息，是指能够引起细胞和组织发生反应的环境因素变化。

直接刺激肌肉引起肌肉收缩，这种刺激属于直接刺激。

如果刺激作用于神经引起肌肉收缩活动，对于肌肉属于间接刺激。刺激的种类是多种多样的：物理刺激、化学刺激、生物刺激等。在进行实验研究时，大多采用电刺激。

优点：细胞适于接受；细胞适宜接受；对组织无损伤；刺激参数容易精确定量控制。

（二）反应、兴奋和兴奋性

1、反应：没有刺激就没有反应。反应是机体对有效刺激的必然应答。

反应的类型：

A、快反应：如神经冲动，在数ms之内就发生。

B、慢反应：如缺氧刺激骨髓造血，则需要数天。2、兴奋兴奋是活组织对有效刺激的反应表现。冲动：在神经和肌肉，受到有效刺激以后，可以产生一种快速的、可以沿着细胞膜传导的电脉冲，称为冲动。

能够对刺激产生电脉冲的组织，叫做可兴奋组织。

生理学上把活组织对刺激产生电冲动的反应表现，叫做兴奋。3、兴奋性

兴奋性：

可兴奋组织对刺激发生反应的能力。

（三）引起反应的主要条件

活组织之所以产生兴奋，取决于两个方面：

内因：本身具有兴奋性（机能状态）；

外因：受到有效刺激。

1、组织的机能状态一般说，活组织都具有兴奋性。但是，兴奋性是可变的，有时候活组织也有可能暂时丧失兴奋能力（兴奋性）。组织受到刺激以后，不外乎两种最基本的表现形式：有时候表现为兴奋：有时候表现为抑制。

2、刺激的特征即使组织具有兴奋性，也不是任何的刺激都能够使组织发生反应的。也就是说，对刺激有一定的限制条件。

A、适宜刺激：

某种组织，只对某一种能量形式的刺激比较敏感，这种刺激就是这种组织的适宜刺激。如视觉感受细胞的适宜刺激是光。声波刺激就是它的非适宜刺激。实际上适宜刺激是对刺激的一种“质”的要求。电刺激对可兴奋组织来说，都是适宜刺激。B、刺激强度：

这是对刺激的一种“量”的要求。

阈刺激（强度）：引起组织兴奋的最小刺激（强度）。

阈值（threshold）：

阈强度时的刺激数值。

阈下刺激：强度低于阈值的刺激。阈下刺激不能引起组织产生兴奋。

阈上刺激：强度高于阈值的刺激。

最大刺激和特大刺激：

阈值是衡量组织兴奋性高低重要指标。阈值低的组织兴奋性高；反之兴奋性低。

组织兴奋性与阈值关系：兴奋性=1／阈值C、刺激作用时间：

如果一个刺激作用于组织的持续时间过短促，无论刺激强度多么大也不能引起组织兴奋。实际上这是一种时间阈值。临床上采用高强度、高频率的电理疗，只能使组织产生热效应。在实验室内，常采用方波电刺激。方波的宽度就是刺激的作用时间。

D、刺激强度变化率：

是指单位时间内刺激强度的变化量。快速的强度变化容易引起组织兴奋；过于缓慢的强度变化不能引起兴奋。

譬如：打针时，快进针、慢推药，则不感到疼痛。

时值和强度-时间曲线

强度时间曲线上的每一点，都是一定刺激强度下的时间阈值，或者说是一定作用时间下的强度阈值。当刺激作用时间足够长时，引起组织兴奋所需要的最小刺激强度叫作基强度；二倍基强度下的时间阈值称为时值。曲线表明：刺激作用时间再长，组织兴奋时也需要一定的刺激强度；刺激强度再大，组织兴奋也需要一定的作用时间。当组织的兴奋性发生改变以后，曲线将发生位移。

（四）可兴奋组织的兴奋性

1、兴奋期间的兴奋性变化

A、绝对不应期兴奋性由原来正常的100%降低为0。在哺乳动物的神经一般为0.3ms。

B、相对不应期此期组织的兴奋性低于正常，需要原来的阈上刺激才能引起组织兴奋。这段时间大约持续3ms。

C、超常期此期组织的兴奋性高于正常，原来的阈下刺激就可引起组织兴奋。这段时间大约持续2ms。

D、低常期此期组织的兴奋性又低于正常。一般持续70~80ms。

绝对不应期时间的长短决定了神经在单位时间内产生兴奋的最高次数。兴奋性变化周期图

2、阈下刺激的作用单个阈下刺激虽然不能引起组织兴奋，但是可以提高组织的兴奋性。

阈下总和：相继多个阈下刺激可以引起组织产生一次兴奋的现象，叫做阈下总和。

3、电紧张

电紧张：使用直流电通电或断电刺激组织，也可使组织的兴奋性发生变化得现象，叫做电紧张。

阴极电紧张：通电时，阴极下方组织的兴奋性增高。

阳极电紧张：通电时，阳极下方组织的兴奋性降低。

断电时，电极下方组织的兴奋性变化正好相反，分别称为阴极后压抑和阳极后加强。在持续通电期间，没有刺激强度的变化，不产生刺激效应。

电刺激的极性法则：

用直流电进行刺激组织，通电时，兴奋发生在阴极；

断电时，兴奋发生在阳极；

通电刺激强度大于断电刺激；

持续通电期间没有强度变化率，不形成刺激。二、神经肌肉细胞具有跨膜电位

（一）生物电现象

生物在生命活动的过程中所表现出的电现象，称为生物电（Bioelectricity）。

专门从生物电角度研究生命活动规律的生理学，叫做电生理学（Electrophysiology）。

电生理学是伴随着现代电子科学同步发展起来的。（二）损伤电位（injurypotential）

膜表面没有电位差;受损伤部位电位低、带负电。

细胞完好部位与损伤部位之间的电位差叫做损伤电位。

受损伤部位的液体实际上是细胞内液。损伤电位就是存在于细胞膜两侧的跨膜电位。（三）静息电位

说明：静息状态细胞带电；外正内负。

细胞在未受刺激的静息状态下，膜两侧存在外正内负的电位差称为静息电位（RestingpotentialRP.）。静息电位与损伤电位是一致的，都是测定的细胞内、外液之间的电位差。在神经和肌肉，静息电位一般为-70~-90mv之间。红细胞的静息电位为-10mv。

细胞外正内负的两极对峙状态叫做极化（polarization）。

细胞死亡以后，极化状态消失，静息电位为0。

（四）动作电位细胞在受一个有效刺激以后，在静息电位的基础上，会发生上述所记录到的快速电变化图形。

膜内电位迅速上升，静息电位减小并取消的过程，叫做去极化（除极化

depolarization）。

膜电位极性反倒为外负内正的极化状态叫做反极化。

膜电位极性反倒、电位超出0电位的部分叫做超射（overshot）。一般超射到+40mv。

膜电位向静息电位方向恢复的过程，叫复极化（repolarization）。

细胞受到刺激兴奋时所产生的这种短暂的、可以沿着细胞膜快速传导的电位波动，叫做动作电位（actionpotential,AP.）。

动作电位是细胞兴奋的标志。三、锋电位是兴奋过程的必然表现

锋电位

动作电位：负后电位

后电位

正后电位

锋电位（spikepotential）：指细胞膜快速去极、快速复极的电变化所形成的尖峰图形。一般历时为0.5ms。锋电位是动作电位的最主要成分，是兴奋的必然表现，是刺激的信息单位，是通常所说的冲动。

一般常说的动作电位，主要就是指锋电位。动作电位的特点：

锋电位以“全或无”方式产生：给与阈下刺激，细胞不产生锋电位，这就是“无”；只要使达到阈刺激，锋电位就以最大的幅度来反应，不因刺激强度增大而使幅度再增大，这就是“全”。锋电位可以沿着细胞膜以脉冲方式传导。

后电位（afterpotential）：是指复极后期持续的、微小电位波动。一般历时数十ms。

后电位与细胞兴奋以后兴奋性的恢复有关。电位不稳定，受细胞代谢的影响较大。

负后电位：幅度相当于锋电位的5%，持续12~20ms。

CO2可使其增大并延长，B、C类纤维没有负后电位。

正后电位：幅度相当于锋电位的0.2%，持续70ms以上。

增大刺激频率持续刺激可使其增大。

超极化：膜电位比静息电位加大的状态。

细胞在产生动作电位期间，其兴奋性是不一样的。锋电位的时间大致与绝对不应期相当；负后电位的前半期与相对不应期相当；后半期与超常期相当；而正后电位时期相当于低常期。

第三节神经冲动的产生和传导

刺激作用于可兴奋细胞，可使细胞由原来的静息电位转变为动作电位。动作电位作为一种信息，是可以沿着细胞膜快速传导的。一、静息电位和动作电位的产生原理

静息电位的产生是以细胞膜的选择性通透和膜两侧离子的不均匀分布为基础的。

1、静息电位主要决定于K+的平衡电位

形成静息电位的原因主要有两点：细胞膜的选择通透性和细胞内外离子分布不均匀。

细胞膜的选择性通透

正常细胞膜在静息状态下，对Na+、Cl-、Ca2+和A-等都不通透，只有对K+比较自由通透。

膜两侧的正常离子分布示意图

钠泵等离子泵的活动造成膜两侧离子分布的不均匀钠通道、钾通道和细胞膜的极化状态

由于细胞膜对K+比较自由通透，细胞内的A-比较高但又不能出来，所以只能吸引大量的K+与期相伴随；Na泵活动的结果，也使得大量的K+进入细胞内部。细胞内部的K+于是就开始向细胞外扩散。从而造成细胞外正内负。

当化学浓度促使K+向外扩的力量与阻止K+向外扩散的力量达到相同时，K+向外的净扩散停止，这时膜电位也达到最大值。这个时候的电位差称为K+平衡电位。

这是一种电－化平衡。按照Nernst公式计算，可算出K+的平衡电位值：

Ek=RT/nF×ln[k]0／[k]i

式中R为气体常数（8.31焦耳/度），T为绝对温度（273℃），n为离子化合价，F为法拉第常数（96500库仑），ln【自然对数，相当于2.3log(常用对数)】。

在室温27度时，Ek=60log[k]0／[k]i(mv)

即：10（100）倍的浓度差可形成60（120）mv的电位差。以细胞内液K+浓度高于细胞外液40倍计算，其平衡电位大约为80mv多，与实际测定的数值十分接近。

当降低细胞外液的K+浓度时，K+向细胞外扩散量增多，细胞的静息电位增大；当增高细胞外液的K+浓度时，K+向细胞外扩散量减少，细胞的静息电位减小。这充分证明了，所谓细胞的静息电位，主要决定于K+的平衡电位。

（二）动作电位的形成原理将神经置于无Na+溶液中，细胞的静息电位不受影响，但刺激神经则不出现动作电位；随着细胞外液中Na+浓度的升高，动作电位的幅度也随之增大【参见P26上图】。

说明动作电位是膜对Na+通透性增高、Na+内流形成的。改变细胞外钠离子浓度对动作电位的影响钠通道开放与去极化在动作电位的不同时期，细胞膜对离子的通透性

动作电位的去极化锋值

原来，刺激可以打开细胞膜上的Na+通道，使细胞膜对Na+的电导在0.5ms内就上升500倍。大量的Na+内流使得膜内的电位迅速升高，发生去极化、乃至反极化，直至达到Na+的平衡电位为止。所以，动作电位的去极相是Na+的内流的结果，其峰值接近于Na+的平衡电位。

动作电位复极化的形成

稍稍后于Na+电导的增大，细胞膜对K+的通透性进一步增大，电导增大。K+迅速外流，使细胞膜内的电位下降、复极化到静息电位水平。所以，动作电位的复极相是K+外流的结果。

应该补充说明的是，Na+和Cl-的内流对静息电位也有一定的影响。在神经元轴突末梢，Ca2+的内流也参与了动作电位的去极相，但是对神经动作电位的幅度影响不大。

（三）测定通道电流的电压钳技术和膜片钳技术

Hodgkin等人在20世纪50年代发明了电压钳技术，将膜电压钳制在某个固定水平，测定此时膜离子通道电流。后来，他们还用河豚毒素（TTX）阻断Na+通道（电导）、用四乙胺（TEA）阻断K+通道（电导），分别测定了不同的离子电流。

Neher等人在1976年创立了膜片钳技术（patchclamp），测定了单个离子通道的电流，发现了通道的“三态”、以“全或无”方式开关、不同通道开放时间不等等许多离子通道的重要活动特征。二、神经冲动的产生和传导（一）阈下外向电流引起电紧张性局部反应根据刺激的极性法则，通电时，阴极膜电位去极化、产生外向电流，兴奋发生在阴极；断电时，发生反向的电流，阳极产生外向电流，兴奋发生在阳极。

正极

负极内向电流外向电流神经纤维阈下刺激所引起的膜电位变化，通称为电紧张电位。

阈下刺激使离子跨膜流动所引起的膜电位变化，叫做局部反应（localrespones）电位。特点：1、与刺激强度成正比。

2、局部、不可传导，且幅度随距离而衰减、随时间而消失。

3、可以累加、总和。

由于是阈下刺激，打开的Na+通道数量少，少量的Na+内流被K+的外流很快就抵消了，所以不产生动作电位。

（二）局部反应电位增大至阈电位水平时爆发动作电位随着刺激强度的增大，局部反应电位增大、细胞去极化达到一定水平时，便会爆发一个动作电位。能够使膜电位去极化产生动作电位的那个临界膜电位水平，我们称之为阈电位（thresholdpotential）。一般小于静息电位10~20mv左右。阈电位就是阈刺激使细胞去极化达到的膜电位水平，就是使细胞膜上的电压门控Na+通道打开的临界膜电位水平。膜电位去极化，使膜的兴奋性增高。

膜电位超极化，使膜的兴奋性降低，发生抑制。正反馈产生动作电位的过程

+

Na+电导↑刺激

膜去极化+

+Na+内流↑（三）动作电位的传导

动作电位一经爆发，作为某种信息单位，就会沿着细胞膜向远处传播扩布。

传导：动作电位沿着细胞膜传播扩布的过程叫做传导。

传递：信息跨越细胞传播的过程，叫做传递。

动作电位在神经纤维上的传导速度，最快达120m/s，最慢的还不到1m/s。

1、动作电位传导的一般特征

A.生理完整性麻醉等可使机能改变，产生传导阻滞。

B.双向传导顺向冲动、逆向冲动。

C.非递减性指传导速度和电位的幅度。

D.绝缘性信号不串线，但对邻近纤维有电紧张影响。

E.相对不疲劳性2、动作电位传导的机制

无髓神经纤维——局部环路电流学说

很类似导火索的燃烧时自己放出的热量，足以使邻近未燃烧的部位达到燃烧点。

动作电位的幅度大约为120mv，其强度足以使邻近的未兴奋膜去极化20mv，达到其阈电位水平。动作电位的幅值与该神经纤维的刺激阈值的比值，叫做安全系数。一般神经纤维的安全系数都在5－10之间，足以保证兴奋在神经纤维上顺利传导。

无髓神经纤维的直径越是粗大，其电阻就越小，传速也就越快。

有髓神经纤维——跳跃式传导有髓神经纤维——跳跃式传导

示意图

有髓神经纤维的兴奋只能发生在郎飞氏结上，不可能逐膜形成局部环路电流，只能在朗飞氏结之间形成远距离的局部环路电流。因此兴奋是跨越髓鞘在结间跳跃着传导的。

优点：速度快；节省能量；节省空间。

动作电位的波长=传导速度×锋电位的时程譬如：10000cm/1000ms×1ms=10cm

锋电位在神经纤维上不是以一个兴奋点逐结传导、而是以兴奋段（区）跨结传导的。三、神经干的复合动作电位关于神经动作电位的许多特点，都是在神经纤维束上，从细胞表面上进行记录的。这样记录出来的是神经干的复合动作电位。

复合动作电位记录的是细胞膜表面两点之间的电位差，它与记录细胞膜内外之间的电位差有所不同。

（一）神经干包含各类显示不同动作电位的神经纤维

1、

各类神经纤维的刺激阈值是不同的①不符合“全或无”。所以，在一定刺激强度范围内，动作电位的幅度是不同的。能够使神经干中所有纤维都兴奋的刺激强度称为最大刺激。

②因为是记录的多根神经纤维动作电位的总和，所以，神经纤维数量越多，记录到的动作电位幅度就越大。

2、不同纤维的传导速度是不同的当将引导电极与刺激电极之间的距离加大时，可以将不同传导速度的神经纤维区分开。

（二）神经纤维可根据其电生理特性或纤维直径进行分类1、根据电生理特性分类

2、根据纤维直径分类

粗纤维：阈值低、传导速度快、动作电位的幅值大、易被压迫和缺氧所阻断。

细纤维：阈值高、传导速度慢、动作电位的幅值小、易被麻醉药所阻断。

（二）复合神经干动作电位可因记录方法不同而显示双相或单相两种形式

12

兴奋区

刺激电极引导电极

神经干双相动作电位形成原理

实际上在神经干上，记录出的双相动作电位图形是不对称的。

上相是记录电极1记录的；下相是记录电极2记录的。2、单相动作电位

从两个引导电极之间阻断兴奋的传导，即可记录出单相的动作电位（原来的下相消失）。单相动作电位的幅度和时程都要稍微大一些。想一想，这是为什么？第四节兴奋由神经向肌肉的传递

神经冲动作为一种信息单位传到运动神经末梢以后，大约经过0.5~1ms以后，骨骼肌细胞膜上也发生了动作电位。

神经与肌肉两种细胞之间，并没有原生质的直接联系。兴奋信号是如何传过去的呢？

神经末梢和肌细胞密切接触、能够传递信息的这个特殊部位，叫做神经肌肉接头。实际上也属于一种化学性突触。一、神经肌肉接头属于化学性突触（一）神经肌肉接头的超微结构

接支配骨骼肌活动的神经元是位于中枢神经系统内部的α神经元。一个α神经元及其末梢分支所支配的全部肌纤维称为一个运动单位（motorunit）。

运动单位的大小不一，最多可支配2000多条肌纤维。运动单位示意图

神经肌肉接头的结构

突触前膜：为α神经元的轴突末梢，内含大量的突触囊泡，直径大约为50nm，里面有大量的乙酰胆碱（acetylcholine，Ach）。

突触后膜：是与突触前膜相对应的肌细胞膜部分，又称为运动终板膜，向肌浆中下陷，形成许多的皱襞（次级突触间隙）开口于突触间隙，内有间隙基质，含有唾液酸和糖蛋白。

突触间隙：是突触前后膜之间的间隙，宽20－50nm。

神经肌肉接头的结构图示（二）神经肌肉接头传递的特征

1、单向传递2、突触延搁（synapticdelay）是说神经肌肉接头传递兴奋速度缓慢，花费时间较长。一般耗时0.5ms以上；青蛙达3~4ms。3、容易受理化因素影响，易疲劳。二、神经肌肉接头的电—化—电传递过程

（一）终板电位是介于神经冲动和肌锋电位的中间过程

终板电位（endo-platepotential，EPP）：是终板膜上产生的一种局部去极化的电位。

特点：1、局部去极化电位。

2、不符合“全或无”的特点。与刺激强度成正比。

3、没有不应期。

4、具有总和现象。可叠加到阈电位水平产生肌动作电位。（二）终板电位是由乙酰胆碱作用于终板膜而产生的1、证据

（1）在支配骨骼肌的运动神经元内含有合成Ach的原料和酶。有大量的Ach贮存于突触的囊泡内。（2）将Ach注射到神经肌肉接头处可以引起肌肉收缩。（3）用箭毒处理后的神经肌肉接头，刺激神经不再引起肌肉收缩，但在灌流液中发现有Ach。箭毒是Ach受体的阻断挤。（4）将少量的Ach作用于终板膜，可以记录到终板电位；作用于终板膜以外的区域则不能。这说明终板膜上存在着Ach受体。（5）终板膜上存在着AchE，使用AchE的抑制剂新斯的明或毒扁豆碱（依色林，eserine），或可以使终板电位的时间显著延长。由此可见，很可能是这样的：神经冲动促使突触前末梢释放Ach，作用于终板膜上，与终板膜上的Ach受体结合，导致终板电位的产生，然后再被AchE水解灭活。

2、Ach的释放过程

当支配肌肉的神经纤维末梢传来动作电位时，末梢膜去极化导致Ca2+通道的开放，Ca2+内流使浓度增加近10000倍，激活了钙依赖蛋白激酶，促使突触囊泡向突触前膜移动，以出胞的方式释放Ach到突触间隙。

Ca2+在神经纤维兴奋和神经递质的Ach的分泌过程中起着一种中介桥梁作用。这个中介过程叫做兴奋—分泌偶联(excitation-secretioncoupling)。

证据：将神经肌肉接头置于无Ca2+的溶液中，再刺激神经，神经末梢则不再释放Ach。伴随着细胞外液中Ca2+浓度的升高，刺激神经引起Ach的释放逐渐增多。3、终板电位的产生

被释放的Ach通过扩散到达终板膜上，与终板膜上的Ach受体结合，打开了终板膜上的Na+通道，Na+内流导致终板电位的产生。

终板膜上的Ach受体属于N型受体，它与Na+通道相关联，由5个亚单位构成，其中的α亚单位上存在着结合Ach的位点。

终板电位是局部的、不可传导，只能以电紧张的方式扩布到终板膜周围的肌细胞膜。一旦增大到肌细胞膜的阈电位水平，就会使终板膜周围的肌细胞膜产生动作电位。

箭毒可与Ach的N型受体结合，但不能使通道开放。所以它是AchN型受体的阻断剂。临床上，箭毒常被作为肌松剂使用。4、Ach的灭活

当Ach发挥了信息刺激作用以后，在2ms之内就被终板膜上的AchE所分解，变成乙酸和胆碱。胆碱又被前膜重新摄回，成为再次合成Ach的原料。只有极为少量的Ach扩散到终板膜之外的区域。

Ach的及时灭活，保证了兴奋由神经向肌肉的忠实传递，保证了神经冲动与肌肉冲动的1：1的对应关系。如果用抗胆碱酯酶物质，如毒扁豆碱、新斯的明等处理神经肌肉接头，单个电刺激就可以导致肌肉的持续痉挛。由于Ach在突出间隙积累，使肌细胞膜持续处于去极化状态，使兴奋传递发生阻滞，称为去极化阻滞。有机磷农药的毒理作用就在于此。（三）递质的量子释放

如果把微电极插入到终板膜附近，在不给于任何刺激的情况下，可以记录到一种自发的、大约0.5mv的微小去极化电位，大约为1c/s，这种电位被称为微小终板电位（miniatureend-platepotential，mEPP）。

mEPP被证明也是由Ach作用于终板膜引起的。通过计算统计，如果是单个Ach分子作用于终板膜上，只能产生0.3μv的电位幅度。0.5mv的“噪声”大约需要上万个Ach分子的同步“轰击”。根据对突触小泡的测量，推断可以容纳1万个Ach分子。也就是说，一个小泡的Ach分子数量，正好可以产生一个mEPP。递质是以一个突触小泡作为基本单位来释放的，Katz等人将这样一个突触小泡的递质称为一个单位量子（quantum）。以突触小泡作为基本单位释放递质叫做量子释放。

mEPP的产生，可能是突触前膜内的递质“过剩”，小泡与前膜随机融合破裂释放Ach形成的。当神经冲动到达神经末梢时，可以使大约200~300个突触小泡同时释放，从而产生数十毫伏的终板电位，足以达到肌细胞膜兴奋的阈值。第五节肌肉的收缩

一、骨骼肌纤维肌原纤维和肌管系统的构成一个骨骼肌细胞长达数mm甚至数十cm，为纤维状，故称为肌纤维。其内部纵行排列着大量的肌原纤维，每一条肌原纤维又被肌管所围绕。

（一）肌原纤维由高度有序列的粗肌丝和细肌丝构成

肌原纤维直径为1~2μm，纵贯肌纤维的全长。成千条的肌原纤维有高度有序的肌微丝构成。每一条肌原纤维都重复性地出现明暗交替的横纹。横纹与肌小节

横纹的暗带称为A带，暗带的中央部分着色较淡，叫做H带，H带的正中央是一条较深色的间线，叫M线。在M线上附着着粗肌丝，所谓A带的长度，实际上就是粗肌丝的长度。在相邻两A带之间为较为透亮的明带，又叫I带。I带的正中央是一条着色较深的Z线，将I带分为两半。I带上附着着细肌丝，一直延伸到H带的边缘。

肌小节

从一个Z线到另一个Z线，即一个A带与其两侧的各1/2个I带，构成一个肌小节。肌小节长约2.5μm，M线是肌小节的正中线。肌小节示意图在横断面上，粗细肌丝之间的相互关系肌小节与粗细肌丝（二）肌原纤维为膜状微管结构所环绕

在每一条Z线处，肌细胞膜都下陷到细胞的深处环绕着每一根肌原纤维的Z线，这个小管因与肌纤维的长轴相垂直，故称为T管或横管。横管与细胞外液相沟通。（有的动物的横管位于明带和暗带交界处）在横管的两侧，各有一纵管，纵管实际上是肌细胞内的滑面内质网，其两端膨大，叫做终池。在正常情况下，肌细胞内部钙离子的90%以上都存在于终池内。表明纵管的膜上存在着钙泵。横管与其两侧的纵管终池形成三联体。三联体在将肌肉的兴奋电信号转变为肌肉收缩信号的过程中起着重要的作用。肌管系统的立体模式图二、肌肉收缩是Ca2+触发肌丝滑行的结果

（一）Ca2+是骨骼肌兴奋—收缩的偶联因子

肌肉在收缩以前，首先要发生电兴奋。肌膜的电变化和肌小节机械缩短之间的中介过程称为兴奋—收缩偶联（excitation-contractioncoupling)。钙离子是中介因子。1、兴奋通过横管传导到肌细胞深部

使用甘油阻断横管的兴奋传导，可是兴奋与收缩脱偶联。

2、横管的电变化导致终池释放Ca2+

当肌兴奋的电信号传导到横管以后，可使终池膜上的钙通道开放，从而使肌浆中的[Ca2+]↑100多倍，从静息时的10-7mol/L上升到10-5mol/L。

导致终池释放Ca2+的机制目前上不完全清楚。可能是电兴奋通过横管时，使得肌浆中的三磷酸肌醇（IP3）生成增多，三磷酸肌醇（IP3）促使Ca2+通道开放，使Ca2+扩散到肌浆中。钙离子在兴奋－收缩耦联中的作用（二）肌原纤维为膜状微管结构所环绕

肌浆中的[Ca2+]↑，一方面激发了肌丝的滑行收缩，同时也激活了纵管膜上的钙泵（Ca2+—Mg2+依赖式ATP酶），钙泵消耗ATP将Ca2+重新泵回纵管内部。伴随着肌浆中[Ca2+]↓，肌肉开始舒张。钙泵蛋白占纵管膜蛋白质的60%，已经被提纯。（二）两种肌微丝所含蛋白质的不同分子特性是肌丝滑行的分子基础

头，组成粗肌丝后称为横桥

杆150nm42.9nm横桥,朝向Z线方向

相邻的一对横桥，位相扭动60度。

60度角

横桥的特性：

A.具有ATP酶的活性，可结合ATP水解ATP，释放能量。

B.拉动细肌丝向着M线方向摆动。

细肌丝由三种蛋白质组成。

A.肌动蛋白（肌纤蛋白，actin）占60%。单体呈球状，聚合成双螺旋结构，是细肌丝的主干。上面每隔一段距离就有一个与横桥结合的位点。正常情况下被掩盖着。B.原肌凝蛋白为丝状，位于肌动蛋白双螺旋的沟内，处于横桥与肌动蛋白之间，掩盖着横桥的结合位点。C.肌钙蛋白是钙离子的受体含有T、I、C三个亚单位：C亚单位带负电荷，可与Ca2+结合。T亚单位将整个肌钙蛋白结合在原肌凝蛋白上。I亚单位的作用是将C亚单位结合Ca2+的信号传给原肌凝蛋白，引起它的变形。

（三）肌丝滑行导致肌小节缩短

1、主要证据

A.粗细肌丝之间的几何构形表明在收缩时它们之间要相互作用。

B.肌肉收缩时，暗带的长度没有改变，说明粗肌丝没有发生卷曲变化。

C.拉长肌丝，H带的长度也增长。暗带的长度不变。这表明，肌收缩是粗细肌丝互相穿插滑行造成的。2、肌肉收缩是一个去抑制的过程

①横桥头部具有ATP酶的活性，在肌肉处于舒张状态时，横桥结合的ATP被分解，但是分解产物ADP和无机磷酸仍留在头部，此时横桥处于高势能状态，其方位与细肌丝垂直，并对细肌丝中的肌动（纤）蛋白具有高度亲和力，但是不能与肌动（纤）蛋白结合，原因是肌丝上的肌钙蛋白与原肌球（凝）蛋白的复合物掩盖着肌动（纤）蛋白上的活化位点。

②当骨骼肌的肌浆中Ca2+浓度升高以后（一般要升高100倍以上），肌钙蛋白与Ca2+结合并发生构象变化，导致肌钙蛋白与肌动（纤）蛋白的结合减弱，使原肌球（凝）蛋白向肌动（纤）蛋白双螺旋沟槽的深部移动，从而暴露出肌动（纤）蛋白的活化点，使肌球（凝）蛋白头部与肌动（纤）蛋白结合。③肌动（纤）蛋白与横桥头部的结合造成横桥头部构象的改变，使其头部向桥臂方向摆动45o，并拖动细肌丝向M线方向滑动，从而将横桥头部贮存的能量（来自ATP的分解）转变为克服负荷的张力和（或）肌丝滑动引起的肌小节缩短。在横桥头部发生变构和摆动的同时，ATP和无机磷酸便与之分离。④在ATP解离的位点，横桥头部结合一个ATP分子，结合ATP后，横桥头部对肌动（纤）蛋白的亲和力明显降低，因此使它与肌动（纤）蛋白解离。⑤解离后的横桥头部迅速将与其结合的ATP分解为ADP和无机磷酸，并恢复垂直于细肌丝的高势能状态。如果此时胞浆中的Ca2+浓度较高，横桥头部便又可与下一个新的肌动（纤）蛋白活化位点结合，重复上述的收缩过程。当肌浆中的Ca2+浓度降低到静息水平后，肌钙蛋白与原肌球（凝）蛋白的复合物则恢复原来的构象，竖起的横桥头部则不能与肌动（纤）蛋白上新的结合位点结合，于是肌肉进入舒张状态。我们把上述横桥与肌动（纤）蛋白结合、摆动、复位和再结合的过程，称为横桥周期（cross-bridgecycling）。很显然，横桥周期的长短决定着肌肉的缩短速度。

可见，粗细及丝之间的正常关系时刻都处于一种待收缩状态；当去除了横桥与细肌丝结合位点之间的抑制因素以后，肌肉便开始收缩。去除抑制因素的关键就是钙离子。

当肌浆中Ca2+浓度升高，引发粗、细肌丝穿插滑行做出收缩的同时，肌浆中较高浓度的Ca2+就激活了纵管膜上的钙泵。钙泵转运消耗ATP，将肌浆中的Ca2+迅速重新泵回纵管的终池内部，当肌浆中的Ca2+浓度下降到静息水平，则肌钙蛋白与Ca2+解离，肌钙蛋白与原肌球（凝）蛋白的复合物恢复原来的构象，竖起的横桥头部便不能与肌动（纤）蛋白上新的位点结合，肌肉依靠其本身的弹性重新恢复原来的长度，进入舒张状态。

三、多种影响因素导致肌肉收缩的不同外在表现（一）肌肉收缩的基本形式

1、等张收缩只有收缩长度的变化，而无张力改变的收缩。如将手中的提物提高。

2、等长收缩只有收缩张力的变化，没有长度改变的收缩。如使劲握拳。在体正常情况下，肌肉的收缩都是两者不同程度的复合。（二）肌肉收缩具有空间和时间总和的特性

1、单收缩给肌肉一个刺激使肌肉产生一次收缩活动。分为潜伏期（10ms）、收缩期（50ms）和舒张期（60ms）三个时期。整个单收缩时程历时110ms。

电刺激神经肌肉标本，可发生随刺激强度逐渐增大收缩的反应产生阶梯效应，是由于不同运动单位的兴奋性不同造成的。这可以看作是兴奋的运动单位增多，产生的空间总和效应。骨骼肌的单收缩曲线（M）

E为肌细胞膜的动作电位2、总和与不完全强直收缩

如果后一个刺激落到前一刺激产生的收缩曲线的舒张期内，可使两次收缩曲线发生重叠，这是肌肉收缩的时间总和效应。如此多个重复刺激可形成不完全强直收缩，收缩的波峰是分离的、发生部分融合的收缩。3、如果后一个刺激都落在前一刺激产生的收缩曲线的收缩