《神经肌肉一般生理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《神经肌肉一般生理.ppt（221页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第二章,细胞膜的基本功能和神经肌肉的一般生理特性,绍兴文理学院生命科学学院潘伟槐,要点,膜的物质转运 静息电位和动作电位及其形成机理 兴奋的传导(传递) 骨骼肌的超微结构及收缩,2020/10/30,2,细胞膜的结构 细胞膜的物质转动功能 细胞膜的跨膜信号传导 神经肌肉的兴奋和兴奋性 细胞生物电现象 骨骼肌细胞的兴奋和收缩功能,2020/10/30,3,细胞膜的结构Fundamental structure of Cell membrane,2020/10/30,4,细胞学说Cell theory,英国人Robert Hooke(1635-1703)于300多年前用放大镜观察软木塞薄片，首次描
2、述了细胞壁构成的小室，称为“cell”,2020/10/30,5,1838-1839年德国学者Schleiden(施来登1804-1881)和Schwann(施旺1810-1882)创立“细胞学说”,细胞是一切植物和动物的结构、功能和发生的基本单位,2020/10/30,6,细胞膜Cell membrane,细胞膜结构的研究 19世纪中叶，K.W.Nageli根据实验提出质膜的概念,1895年E.Overton发现脂溶性物质易透过细胞膜，证明细胞膜含质膜(磷脂或胆固醇),水溶性和脂溶性物质透过细胞膜的能力不同,2020/10/30,7,1925年E.Gorter和F.Grendel首先提出了膜
3、结构模型，即脂双层模型(lipid-bilayer model),亲水性极性基团(磷酸和碱基),疏水性非极性基团(长烃链),Gorter Na+o Na+i7-10 所有这些使膜二侧带电性不同,2020/10/30,103,2020/10/30,104,2020/10/30,105,平衡电位(Equilibrium Potentials),假设仅一种离子（如K+ ）可通过膜扩散产生的理论电位值 电位差（Potential difference） 在膜二侧电荷的大小差异，也就是膜二侧电位高低,电位差抵消推动扩散的浓度梯度，使某种离子的跨膜净移动为零,2020/10/30,106,假如K+是仅有的
4、一种扩散离子，按照膜内比膜外高20-40倍计数，电位差Ex为-75 -93mv，即K+平衡电位(K+ Equilibrium Potentials) 可达到 90 mV,南斯特平衡(Nernst Equation),2020/10/30,107,2020/10/30,108,静息膜电位(RMP,Resting Membrane Potential),RMP比Ek小，因为其它离子尤其是Na+同时能进入细胞内 低速率的Na+内流和K+外流同时进行,膜电位 (Vm, Membrane Potential),2020/10/30,109,Resting Membrane Potential(RP) -
5、 65 mV.,2020/10/30,110,AP的形成,刺激引起去极化（depolarization ）到阈电位(TP,threshold Potential) 电压门控Na+打开 (VG,Voltage gated) 内向的电化学梯度(electrochemical gradients) 正反馈过程,2020/10/30,111,电压门控K+通道打开 外向的电化学梯度 负反馈过程 膜电位的变化就产生动作电位,2020/10/30,112,Hodgkin cycle 当细胞膜受到刺激后开始去极化(Depolarization)，引起Na+通道开放，钠电导增加，Na+流入膜内，使膜内正电荷增加
6、(去极化)，这一过程又能促进膜Na+通道开放，进一步加速膜去极化过程，如此循环使Na+流入膜内的速度增加，完成膜去极化。这是一种去极化，Na+通道开放增加(钠电导增加)，Na+内流，促进去极化的正反馈过程，也称Hodgkin cycle,2020/10/30,113,2020/10/30,114,Na+扩散增加产生AP 稍后K+扩散增加,2020/10/30,115,AP完成，Na+/K+泵排出Na+泵入 动作电位具有“全或无”（All or none）现象 当刺激达到阈电位时就产生 最大的电位变化 强度编码（Coding for Intensity） 通过增加的频率编码刺激强度,2020/1
7、0/30,116,AP形成的相关事件,阈电位 (TP,Threshold Potential),能使膜上Na+通道突然开放的临界膜电位值称为阈值膜电位，简称阈电位 阈电位的特性是引起膜上Na+通道的激活对膜去极化的正反馈 外加刺激使膜发生去极化，当静息电位值减少到某个临界值(阈电位)时，膜才会突然出现锋电位上升支(Hodgkin cycle)，它已不依赖于原来刺激的强度,2020/10/30,117,电压门控Na+和K+通道,膜片箝(patch clamp)方法的建立为这些通道研究提供了技术上的支撑 Na+通道是膜中的内在蛋白，中央为亲水性孔道，有m门和h门,2020/10/30,118,离子
8、通道的活动 静息状态resting state: m关h开 激活状态active state: 全开 失活状态inactive state: m开h关 复活Recovery: 离子通道从失活到静息状态的过程 未激活状态Deactive state: m关,2020/10/30,119,兴奋性与Na+通道活性状态的关系 绝对不应期与Na+通道的性状：Na+通道失活 相对不应期与Na+通道的性状：部分复活 超常期的机制：Na+通道备用，膜电位与阈电位较近 低常期的机制：Na+通道备用，膜电位与阈电位较远 静息期与Na+通道的性状：备用(关闭),2020/10/30,120,Na+通道有电压感受器，
9、能被去极化所激活(开放) Na+通道对离子有高度的选择通透性，但并不是只对Na+具通透性 河豚毒素(tetrodotoxin,TTX)可选择性地阻断Na+通道，一个TTX分子可阻断一个Na+通道,2020/10/30,121,2020/10/30,122,2020/10/30,123,K+通道在去极化时也被激活，其活性缓慢增加，所以是一种延迟激活，并且随复极化而失活，这个过程是负反馈。这种K+通道不同于膜上形成静息电位的K+通道,2020/10/30,124,K+通道可被四乙胺(tetraethyl ammonium, TEA)阻断 普鲁卡因是Na+、K+通道二类通道的共同阻断剂,2020/1
10、0/30,125,2020/10/30,126,2020/10/30,127,局部反应(兴奋) (Local response),细胞受阈下刺激时，少量通道开放，少量Na+内流造成去极化和电刺激本身形成的去极化型电紧张电位叠加起来，在受刺激的局部膜上出现轻度的达不到阈电位水平的去极化 局部兴奋的特征 电紧张性扩布(electrotonic propagation) 无 “全或无”现象 可以叠加或总和，时间性总和、空间性总和,2020/10/30,128,2020/10/30,129,局部兴奋,动作电位的锋电位,2020/10/30,130,局部反应与AP的区别,2020/10/30,131,神
11、经干的复合动作电位(compound action potential),实验装置,神经屏蔽合,2020/10/30,132,实验中所测得的双相动作电位常见形态,不对称： 第一相历时短， 强度大 第二相历时长， 强度小,结果,2020/10/30,133,成因分析,2020/10/30,134,2020/10/30,135,神经干复合动作电位的多锋现象,神经干有很多种不同的神经纤维 不同的神经纤维数量、传导兴奋的速度均不同。,2020/10/30,136,传导的一般性质,动作电位的传导Conduction of AP (local circuit theory),2020/10/30,137,
12、一个动作电位不可能传遍整个轴突 每个动作电位作为一个刺激，刺激其相邻的下一个区域产生一个新的动作电位（通过电压门控通道）,2020/10/30,138,无髓鞘轴突的传导,兴奋和未兴奋区域膜内、膜外均存在电位差，局部电流 内流的Na+引起相邻膜去极化，传导动作电位 传导速度慢,2020/10/30,139,有髓鞘轴突（Myelinated Axon）的传导,髓鞘(Myelin)能阻断Na+和K+通过细胞膜 仅郎飞氏节(Nodes of Ranvier)部位有Na+和K+电压门控通道，这儿能发生去极化产生AP 踊跃式传导(Saltatory conduction,leaps) 传导速度快,2020
13、/10/30,140,2020/10/30,141,2020/10/30,142,神经传导的一般特征,生理完整性 包括结构和功能的完整性 绝缘性 神经干中有许多纤维，有传入、传出，互相不干扰 双向性和单向性 刺激纤维可双向传导，在体内单向传导 相对不易皮劳性 与突触比较很不易皮劳 非衰减性,2020/10/30,143,神经肌肉接点(neuromuscular junction)的结构 接点是神经肌肉发生接触的部位，能将神经纤维的冲动传递到肌纤维上的特殊结构 主要结构包括终板(或突触)前膜、终(板)膜(突触后膜)及突触间隙三个部分组成,兴奋的传递transmission of excitati
14、on,2020/10/30,144,2020/10/30,145,2020/10/30,146,2020/10/30,147,Synaptic cleft (100-500),2020/10/30,148,(100-500 ),2020/10/30,149,接点的传递过程,AP传导到末梢，末梢去极化引起末梢膜上Ca2+通道开放,Ca2+进入末梢，降低轴浆的粘度，消除前膜内的负电性，突触小泡向前膜移动并与前膜融合，突触小泡释放Ach到间隙(兴奋-分泌耦联excitation-secretion coupling),Ach在间隙扩散,2020/10/30,150,Ach与终板膜上受体通道结合，通道
15、开放，Na+、K+的通透性增加，正离子循电化学梯度流经通道，产生突触后电流，终板膜静息电位减小，即去极化，产生EPP(End plate potential，终板电位),EPP超过阈电位，引发肌膜AP,间隙内有胆碱酯酶(AchE)能很快分解Ach，使其失活，解除对受体通道的结合，保证一次冲动使肌肉收缩一次(1:1)，同时也为下一次冲动的传递作好准备,2020/10/30,151,传递过程相关因素探讨,兴奋-分泌耦联(excitation-secretion coupling) 神经末梢的兴奋从动作电位，经过一定的机制转换为物质分泌的过程 Ca2+：胞外低Ca2+浓度可阻碍Ach释放，Mg2+对
16、Ca2+有拮抗作用可减少Ach释放,2020/10/30,152,量子释放(quantum release)：突触小泡释放Ach是以囊泡为单位(称一个量子)释放，每冲动约释放有200-300个。在神经纤维无冲动传到末梢时，突触小泡自发地随机释放Ach,2020/10/30,153,受体通道分子 Ach的受体和通道是膜上的同一蛋白质分子(属N2)，由四个亚单位(、)构成的五聚体。每个分子上有二个Ach受体位点，位于上 竞争性阻滞：箭毒、三碘季胺酚、-银环蛇毒素具争夺受体的作用，为阻断剂，可阻滞接头传递,2020/10/30,154,2020/10/30,155,这种通道是一种化学门控通道，当结合
17、了Ach后即能使通道打开，打开后对Na+、K+具有相同的通透性，但膜电位的不同使对Na+、K+有不同的流量，在静息电位水平(Vm=Vk)Na+内流大于K+外流膜去极化，去极化后，当Vm=VNa时，K+外流大于Na+内流，在某一中间水平时(约-15mv)膜净电流=0，这时的膜电位称为逆转电位(reversal potential),2020/10/30,156,Ligand-Operated ACh Channels,2020/10/30,157,2020/10/30,158,终板电位(End plate potential，EPP) 在冲动的作用下，突触小泡释放Ach后在终板膜上的电位降低，这
18、种电位仅限于终板膜区，而随传播距离而很快衰减，不具“All or None”现象 在神经纤维无冲动传到末梢时，突触小泡自发地随机释放Ach，引起终板膜电位改变，这种电位称小终板电位(miniature endplate potential, MEPP)，但不能引发肌膜AP,2020/10/30,159,2020/10/30,160,2020/10/30,161,乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase，AchE) Ach在传递冲动后应及时清除才能保证正常不断传递，间隙内有胆碱酯酶(AchE)能在2ms内将其水解掉 毒扁豆碱可增强兴奋传递，因为其可阻止Ach被水解(是AchE的抑制
19、剂),2020/10/30,162,AChE:失活Ach，防止持续刺激,2020/10/30,163,依色林、新斯的明等使胆碱酯酶不能分解Ach，有机磷农药如敌百虫、乐果、敌敌畏对该酶有抑制作用，从而引起中毒症状，造成肌肉挛缩。解毒药物有解磷定等，可恢复胆碱酯酶活性。尼古丁(nicotine)也有增加兴奋作用 滕西隆能专一保护Ach不被胆碱酯酶水解,2020/10/30,164,传递的特点 单向性传递 时间延搁0.5-1.0ms 易感性 易受化学物质或其它因素的影响 易疲劳性,2020/10/30,165,骨骼肌细胞的兴奋和收缩Excitation and contraction of ske
20、letal muscle Cells(SMC),2020/10/30,166,2020/10/30,167,肌原纤维(myofibril)与肌小节(sarcomere) 肌细胞即肌纤维内有大量的肌原纤维 肌纤维和肌原纤维上均可见明带和暗带（light and Dark band）,肌纤维的亚显微结构,2020/10/30,168,肌原纤维由肌丝(myofilament)构成，肌丝分粗肌丝(thick filament)和细肌丝(thin filament)，粗肌丝由肌球蛋白(myosin)、细肌丝由肌动蛋白(actin)等构成。肌丝规则排列可见I带、A带、H区、Z线等结构 肌原纤维上相邻二条Z
21、线间的一段肌原纤维为一个肌小节(sarcomere)，肌小节是肌细胞的基本功能单位,2020/10/30,169,2020/10/30,170,2020/10/30,171,肌(小)节,2020/10/30,172,头具有ATP酶活性，能与肌动蛋白结合,A myosin molecule is elongated with an enlarged head at the end.,2020/10/30,173,许多肌球蛋白分子构成粗肌丝，头暴露在外,2020/10/30,174,细丝由三类蛋白构成:肌动蛋白(actin)、原肌球蛋白(tropomyosin)和肌钙蛋白(troponin) 7个
22、肌动蛋白单体分子(G actin)的长度相当于一个原肌球蛋白分子的长度，每条原肌球蛋白分子上结合一组肌钙蛋白 肌钙蛋白由三个亚单位组成，TnT结合在原肌球蛋白上；TnC结合Ca2+；TnI是抑制肌动蛋白和肌球蛋白相互作用的亚单位,2020/10/30,175,2020/10/30,176,2020/10/30,177,2020/10/30,178,2020/10/30,179,肌管系统(内膜系统internal membrane system)指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性束管状结构。由来源和功能都不同的两组独立的系统所组成 横管系统(transverse tubule，T管)：由肌细胞的表
23、面膜向内凹入形成的 纵管系统(longitudinal tubule，L管)：包绕在肌原纤维周围的肌管系统，是肌质网(sarcoplasmic reticulum),肌管系统(Sarcotubular system),2020/10/30,180,(L tubule),终(末)池,三联管,2020/10/30,181,2020/10/30,182,2020/10/30,183,T,L,AP沿膜和T管传导 终末池释放和储存 Ca2+,2020/10/30,184,肌肉收缩的机理 Mechanisms of Contraction,肌丝滑行(Sliding Filament Theory) Hux
24、ley于1954年提出，在肌肉收缩时，肌小节的缩短是细肌丝在粗肌丝之间向粗肌丝中心主动滑行的结果，而粗、细肌细的长度不变,2020/10/30,185,肌丝滑行的过程,细肌丝肌动蛋白上有肌球蛋白头的结合位点 在肌肉舒张期，结合位点被原肌球蛋白覆盖，原肌球蛋白上有肌钙蛋白分子 Ca+结合到肌钙蛋白上 肌钙蛋白-原肌球蛋白复合物移动 肌动蛋白上活化的结合位点暴露,Ca+结合到肌钙蛋白(Ca+binds to troponin),2020/10/30,186,横桥是肌球蛋白头与肌动蛋白位点结合形成的 肌球蛋白头有一个ATP结合位点 肌动蛋白头具ATP酶功能 横桥的摆动作功产生肌丝滑行,横桥(cros
25、s bridges)的摆动,2020/10/30,187,2020/10/30,188,2020/10/30,189,2020/10/30,190,第一步，肌球蛋白头结合到肌动蛋白纤维形成横桥 肌球蛋白分解ATP 为 ADP 和Pi ADP 和 Pi保持结合在肌球蛋白直至 头与肌蛋白结合 Pi释放，摆动作功,2020/10/30,191,第二步，肌球蛋白头弯曲拉动肌动蛋白丝。头消耗能量产生位移，这是一个作功过程（power stroke or working stroke） 横桥作功摆动拉动肌动蛋白向A带中央滑行 作功摆动末，肌动蛋白结合新的ATP，释放出ADP,2020/10/30,192,
26、第三步，ATP使肌球蛋白头脱离结合位点 结合新ATP，ADP释放，引起横桥断开,2020/10/30,193,第四步，肌球蛋白头回位“翘起”，准备结合肌动蛋白位点，进行下一次摆动 横桥分离准备再一次结合,2020/10/30,194,肌肉收缩的调节(Regulation of Contraction),调节横桥 原肌球蛋白 肌钙蛋白,2020/10/30,195,肌肉舒张期 肌浆内Ca+ 低 (10-7mol.L-1)，原肌球蛋白阻碍结合形成横桥 Ca+被泵回肌质网终末池(terminal cisternae)内 肌肉舒张 Ca+在肌肉收缩中的作用 刺激: Ca+从肌质网(终末池)释放到肌浆中
27、(10-5mol.L-1). Ca+结合到肌钙蛋白 原肌球蛋白-肌钙蛋白构型改变,Ca2+和原肌球蛋白质的作用,2020/10/30,196,2020/10/30,197,肌肉收缩过程小结,A带 靠拢 不缩短 I带 二相邻肌小节A带间的部分 长度变小 原因是细肌丝在粗肌丝间滑行 H带 仅含粗肌丝 缩短,2020/10/30,198,2020/10/30,199,Sarcomere Relaxed,2020/10/30,200,Sarcomere Partially Contracted,2020/10/30,201,Sarcomere Completely Contracted,2020/10
28、/30,202,2020/10/30,203,在同一时间仅形成50%的横桥 异步活动 AChE分解ACh 胆碱(Choline)再利用重新合成 Ca+泵回肌质网内,2020/10/30,204,长度-张力曲线(Length-Tension),理想的静息长度: 产生最大的力 重叠少: 形成少量横桥 无重叠: 无横桥可形成,2020/10/30,205,粗肌丝中央无突起区,2020/10/30,206,兴奋收缩耦联 (excitation-contraction coupling),兴奋收缩耦联概念 以膜的电变化为特征的兴奋过程转化以肌丝滑行为基础的收缩过程。 主要步骤 电兴奋通过横管系统传向肌细
29、胞深部 三联管结构处的信息传递 肌质网对Ca2+的贮存、释放和再聚积 肌丝的滑行,2020/10/30,207,2020/10/30,208,肌肉收缩的能量代谢,ATP是肌肉收缩的直接能量来源。 三条途径 磷酸肌酸(CP),2020/10/30,209,肌酸,2020/10/30,210,氧化磷酸化,2020/10/30,211,糖酵解,酵解后乳酸不能被分解，蓄积在肌肉中，此时感到酸胀，产生疲劳，因此运动后，机体必须摄取较多的O2来充分氧化它，消除疲劳，这种事后偿还氧气的现象称氧债。所以肌糖原和脂肪酸氧化所释放的能量是肌肉收缩的最终能量来源,2020/10/30,212,肌肉将化学能转变为功的
30、20-30%，最好可达40%，其它部分能量转变为热，散发了，所以运动时肌肉是全身最大的产热官,2020/10/30,213,肌肉收缩的特征,肌肉的单收缩和复合收缩 肌肉受到次单刺激发生的收缩即先发生一次动作电位，紧接着出现一次机械收缩称单收缩(single twitch) 单收缩可分为潜伏期、收缩期和舒张期 给肌肉以连续的脉冲刺激时，随着刺激频率的增加，出现不完全强直收缩(incomplete tetanus)和完全强直收缩(complete tetanus),2020/10/30,214,潜伏期,收缩期,舒张期,2020/10/30,215,等长收缩和等张收缩 等长收缩(isometric
31、contraction) 无运动 站、坐、姿势 等张收缩(isotonic contraction) 运动 走、身体任何部分的运动,2020/10/30,216,肌肉收缩的机械作功 负荷量 前负荷(perload) 后负荷(afterload) 肌肉收缩的速率,2020/10/30,217,肌肉的疲劳(Muscle Fatigue) 疲劳是指由于持久的活动而引起肌肉工作能力逐渐减弱甚至停止的现象 离体肌肉 收缩性疲劳 传递性疲劳 完整的机体 中枢性疲劳 调节收缩节律和负荷可使疲劳延缓发生，休息消除疲劳，经常体育锻炼和劳动，可增强肌肉耐劳性,2020/10/30,218,2020/10/30,219,核(nucleus),横纹(striations),2020/10/30,220,2020/10/30,221,