1、肌細胞的收縮功能 一、興奮由神經(jīng)向肌肉的傳遞 （一） 神經(jīng)-肌接頭的功能結構（二）興奮的傳遞（三） 影響神經(jīng)-肌接頭興奮傳遞的因素（一） 神經(jīng)-肌接頭的功能結構運運 動動 終終 板板神經(jīng)肌接頭電鏡下橫切面示意圖神經(jīng)肌接頭電鏡下橫切面示意圖（二）興奮的傳遞 AP傳到軸突末梢，鈣通道開放，鈣內(nèi)流，啟動突觸囊泡的出胞機制，ACh釋放、擴散；ACh與終板膜化學門控陽離子通道蛋白質結合，后者開放，鈉內(nèi)流（為主），鉀外流，引起終板電位，后者擴布使鄰近肌膜去極化達閾電位，引發(fā)肌細胞AP。 接頭前膜處Ca2的內(nèi)流對于突觸小泡內(nèi)ACh的釋放是至關重要的。在沒有動作電位激活接頭前膜Ca2通道的情況下，利用微電極直

2、接向膜內(nèi)注射Ca2，同樣可引起ACh的釋放和EPP的發(fā)生。相反，如果向接頭前膜內(nèi)注入Ca2螯合劑，使Ca2濃度保持在低水平，則神經(jīng)纖維上傳來的動作電位將不能引發(fā)ACh的釋放和EPP的發(fā)生。在細胞外低Ca2或高Mg2時，也同樣會因Ca2內(nèi)流減弱而使神經(jīng)-肌接頭的興奮傳遞功能發(fā)生障礙。 鈣離子在去極化鈣離子在去極化- -釋放耦聯(lián)中的作用釋放耦聯(lián)中的作用 突觸前未梢己注入鈣指示劑發(fā)光蛋白，并注入去極化電流。用微電極記錄突觸前和突觸后電突觸前未梢己注入鈣指示劑發(fā)光蛋白，并注入去極化電流。用微電極記錄突觸前和突觸后電位，右側顯示弱和強突觸前電流刺激的反應。位，右側顯示弱和強突觸前電流刺激的反應。微電泳給

3、予微電泳給予AchAch并同時記錄細胞內(nèi)電位的實驗安排示意圖并同時記錄細胞內(nèi)電位的實驗安排示意圖(A)(A)及電位記錄及電位記錄(B)(B) A. 左則一個灌流滴管為改變這個區(qū)域的細胞外液成份用。B.自下而上表示電泳給予的Ach增多時所引起的終板區(qū)的電位變化。 接頭前膜以量子釋放的形式釋放ACh。一個突觸囊泡中所含的ACh，即一“小包” ACh （約1萬個ACh分子），稱為一個量子的ACh。在靜息狀態(tài)下，接頭前膜也會發(fā)生約每秒鐘1次的ACh量子的自發(fā)釋放，并引起終板膜電位的微小變化。這種由一個ACh量子引起的終板膜電位變化稱為微終板電位(MEPP)。每個MEPP的幅度平均僅 0.4mV。當接頭

4、前膜產(chǎn)生動作電位和Ca2內(nèi)流時，大量的突觸小泡幾乎同步釋放ACh；ACh量子所引起的MEPP此時會發(fā)生疊加，形成平均幅度約50mV的EPP。據(jù)統(tǒng)計，產(chǎn)生一個正常的 EPP，需釋放150300個突觸小泡。終板電位和微終板電位的記錄終板電位和微終板電位的記錄終板處終板處ACh的代謝循環(huán)的代謝循環(huán)膽堿乙酰轉移酶乙酰輔酶A膽堿（三）影響神經(jīng)-肌接頭興奮傳遞的因素 1. 影響Ach釋放的因素 2. 影響Ach與受體結合的因素 3. 影響Ach.E（膽堿酯酶）作用的因素促進神經(jīng)肌接頭傳遞和干擾傳遞的部分藥物促進神經(jīng)肌接頭傳遞和干擾傳遞的部分藥物 化學門控通道：由某些化學物質控制其開、閉的通道稱為化學門控通

5、道。它們通常是被神經(jīng)遞質或第二信使物質激活，因而也稱為配體門控通道或遞質門控通道，而這些離子通道本身也常被認為是特殊受體（receptor）。 由神經(jīng)遞質乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)激活的N2型ACh受體陽離子通道就是一個典型的化學門控通道。 N2型Ach受體是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質，總分子量約為290kd；每種亞單位都由一種 mRNA 編碼，所生成的亞單位在膜結構中通過氫鍵等非共價鍵式的相互吸引，形成一個結構為2的梅花狀通道樣結構，而其中的兩個-亞單位正是同兩分子ACh相結合的部位，這種結合可引起通道結構的開放。 （一）橫紋肌細胞的結構 （二）橫紋肌的興奮-收

6、縮耦聯(lián) （三）橫紋肌收縮的相關蛋白與收縮機制 （四）影響橫紋肌收縮效能的因素 二、橫紋肌的收縮（一）橫紋肌細胞的結構 1. 肌原纖維和肌節(jié) （肌小節(jié)）心肌骨骼肌2. 橫紋肌細胞有兩套獨立的肌管系統(tǒng) 在以膜的電變化為特征的興奮過程和以肌纖維機械變化為基礎的收縮過程之間，存在著某種中介性過程把二者聯(lián)系起來，這一過程稱為興奮-收縮耦聯(lián)。 （excitation-contraction coupling）（二）橫紋肌的興奮-收縮耦聯(lián) 目前認為，它至少包括三個主要步驟： 電興奮通過橫管系統(tǒng)傳向肌細胞的深處；三聯(lián)管結構處的信息傳遞；肌質網(wǎng)（SR）中的 Ca2+ 釋放入胞漿以及Ca2+ 由胞漿向肌質網(wǎng)的再聚

7、積。鈣釋放通道或稱鈣釋放通道或稱Ryanodine 受體受體（三）骨骼肌收縮的相關蛋白與收縮機制原肌球蛋白原肌球蛋白肌動蛋白肌動蛋白橫紋肌的收縮機制 在每一個肌節(jié)內(nèi)發(fā)生了細肌絲向粗肌絲在每一個肌節(jié)內(nèi)發(fā)生了細肌絲向粗肌絲之間的滑行，亦即由之間的滑行，亦即由Z線發(fā)出的細肌絲在線發(fā)出的細肌絲在某種力量的作用下主動向暗帶中央移動某種力量的作用下主動向暗帶中央移動, 結果各相鄰的結果各相鄰的Z線都互相靠近，肌小節(jié)長線都互相靠近，肌小節(jié)長度變短度變短, 造成整個肌原纖維、肌細胞乃至造成整個肌原纖維、肌細胞乃至整條肌肉長度的縮短。整條肌肉長度的縮短。肌絲滑行肌絲滑行 肌鈣蛋白與鈣結合而變構，原肌球蛋白變構、

8、解抑，橫橋與肌動蛋白結合并分解ATP，橫橋內(nèi)扭、解離、復位、再結合而不斷循環(huán)的將細肌絲拖向M線，肌節(jié)縮短（收縮）；在SR膜上鈣泵的作用下，肌漿中的鈣減少，肌鈣蛋白脫下鈣而變構，致原肌球蛋白變構并重建阻抑，細肌絲滑回原位（舒張）。橫橋周期橫橋周期 橫橋頭部與桿狀部之間的橋臂具有彈性，當肌肉在長度保持不變的情況下收縮時，橫橋的扭動可使具有彈性的橋臂伸長，從而產(chǎn)生張力。因而肌肉收縮時，可通過橋臂的伸長產(chǎn)生張力，也可由于肌絲滑動而發(fā)生縮短。 肌肉收縮有兩種形式，如果收縮時肌肉的長度保持不變而只有張力的增加，則這種收縮的形式稱為等長收縮（isometric contraction）；收縮時只發(fā)生肌肉縮短

9、而張力保持不變，稱為等張收縮（isotonic contraction）。 骨骼肌收縮的實驗裝置等長收縮骨骼肌收縮的實驗裝置等張收縮 （四）影響橫紋肌收縮效能的因素 肌細胞最本質的功能是將化學能轉變?yōu)闄C械功，產(chǎn)生張力和縮短。 肌肉收縮效能（performance contraction）表現(xiàn)為收縮時產(chǎn)生的張力（force）和（或）縮短程度(shortening)，以及產(chǎn)生張力或縮短的速度（velocity）。 橫紋肌的收縮效能是由收縮前或收縮時承受的負荷、自身的收縮能力和總和效應等因素決定的。1、前負荷、前負荷 2、后負荷、后負荷 3、肌肉的收縮能力、肌肉的收縮能力4、收縮的總和、收縮的總和

10、前負荷：肌肉收縮前所承受的負荷。1、前負荷肌肉等長收縮時的長度肌肉等長收縮時的長度-張力關系張力關系（肌小節(jié)長度（肌小節(jié)長度 a:1.5um；b:2.0um；c.2.2um；d:3.5um）前負荷或肌肉初長度過大或過小，肌肉收縮都將減弱。 前負荷的影響： 在一定范圍內(nèi)，前負荷愈大，初長度愈長，收縮力愈大； 最適初長度時，肌肉收縮能使肌肉產(chǎn)生最大張力； 前負荷過大，初長度過長，收縮力降低。2、 后負荷 肌肉在收縮過程中所承受的負荷稱之為后負荷。 橫橋與肌動蛋白結合、擺動、復位和再結合的過程，稱為橫橋周期(cross-bridge cycling)，橫橋周期的長短決定了肌肉的縮短速度。 后負荷的影

11、響： 1、先產(chǎn)生張力，后出現(xiàn)縮短，縮短發(fā)生后張力不再增加。 2、后負荷愈大，張力愈大，縮短出現(xiàn)愈遲，縮短的初速度和總長度愈小 。 3肌肉的收縮能力 肌肉收縮能力（contractility）是指與負荷無關的、決定肌肉收縮效能的內(nèi)在特性。很明顯，肌肉收縮能力提高后，收縮時產(chǎn)生的張力和（或）縮短的程度，以及產(chǎn)生張力和縮短的速度都會提高，表現(xiàn)為長度-張力曲線上移和張力-速度曲線向右上方移動。肌肉收縮能力降低時則發(fā)生相反的改變。 肌肉這種內(nèi)在的收縮特性主要取決于興奮-收縮耦聯(lián)過程中胞質內(nèi)Ca2的水平和肌球蛋白的ATP酶活性。許多神經(jīng)遞質、體液物質、病理因素和藥物，都是通過上述途徑來調(diào)節(jié)和影響肌肉收縮能

12、力的，特別是對心肌，有著重要的生理意義。但對骨骼肌而言，影響其收縮效能的因素主要是外源性的，即通過神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)參與收縮的運動單位（motorunit）的數(shù)量和肌肉收縮的頻率。 4、收縮的總和 骨骼肌通過收縮的總和（summation）可快速調(diào)節(jié)收縮的強度?？偤偷陌l(fā)生是在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)下完成的，它有兩種形式，即運動單位數(shù)量的總和以及頻率效應的總和。（1）運動單位數(shù)量的總和脊椎動物骨骼肌運動單位的示意圖脊椎動物骨骼肌運動單位的示意圖 弱收縮時，僅有少量的和較小的運動單弱收縮時，僅有少量的和較小的運動單位發(fā)生收縮；隨著收縮的加強，可有越來位發(fā)生收縮；隨著收縮的加強，可有越來越多和越來越大的運動單位參加

13、收縮，產(chǎn)越多和越來越大的運動單位參加收縮，產(chǎn)生的張力也隨之增加；舒張時，停止放電生的張力也隨之增加；舒張時，停止放電和收縮的首先是最大的運動單位，最后才和收縮的首先是最大的運動單位，最后才是最小的運動單位。骨骼肌這種調(diào)節(jié)收縮是最小的運動單位。骨骼肌這種調(diào)節(jié)收縮強度的方式稱為大小原則。強度的方式稱為大小原則。（2）頻率效應的總和刺激頻率對骨骼肌收縮的影響刺激頻率對骨骼肌收縮的影響A.單收縮單收縮 B.強直收縮強直收縮動作電位動作電位胞漿鈣濃度胞漿鈣濃度收縮張力收縮張力三、平三、平 滑滑 肌肌 平滑?。╯mooth muscle）細胞是氣道、消化道、血管、泌尿生殖器等器官的主要構成成份，它收縮時產(chǎn)

14、生張力和縮短，為這些器官的運動提供動力，或改變這些器官的形態(tài)。此外，平滑肌還可產(chǎn)生持續(xù)性（sustained）或緊張性（tonic）的收縮，以對抗外加的負荷，保持器官的形狀。平滑肌的功能特點反映了它在細胞結構和收縮機制方面與橫紋肌有許多不同之處。（一）平滑肌的微細結構 平滑肌細胞呈細長的紡錘形，長約4060m，中間部的最大直徑為210m，細胞內(nèi)充滿肌絲。與橫紋肌不同的是，平滑肌中細肌絲的數(shù)量明顯多于粗肌絲，二者之比最高可達15:1（橫紋肌為2:1），且沒有肌原纖維和肌節(jié)的結構，肌細胞沒有橫紋，但是肌絲在細胞內(nèi)的排列仍然是有序的。平滑肌細胞內(nèi)沒有Z線（盤），與收縮功能有關的類似結構是胞質中的致密

15、體(dense body)和細胞膜上的致密斑(dense area)，它們是細肌絲的附著點和傳遞張力的結構。 平滑肌細胞中未發(fā)現(xiàn)有肌原纖維，而是肌動蛋白絲錨定在質膜和胞質中的致密體上。肌凝蛋白與肌動蛋白絲的相互作用引起細胞收縮。平滑肌細胞不含T管，小凹起類似T管的功用，且為細胞外Ca2進入細胞的部位。平滑肌的功能范圍很廣，即使在同一器官內(nèi)，也可能因環(huán)境需要而改變其形態(tài)學（例如肥大，或在某些情況下縫隙連接數(shù)量的改變）。 平滑肌內(nèi)還有一種直徑介于粗、細肌絲之間的中間絲(intermediate filament)，它把致密體和致密區(qū)連接起來，形成細胞網(wǎng)架。粗、細肌絲的走行大致與細胞的長軸相一致，大

16、約35根粗肌絲被周圍許多細肌絲包繞，形成相互交錯的排列，兩側細肌絲的末端連接于致密體或致密區(qū)，形成相當于橫紋肌肌節(jié)的結構?？p隙連接 縫隙連接是細胞間電傳遞的結構基礎。神經(jīng)細胞間的縫隙連接也稱電突觸。 連接體：6個連接子單體蛋白形成的同源六聚體。 連接體通道，通常是開放的，允許水溶性的分子和離子通過，形成細胞間的低電阻區(qū)。相鄰細胞膜（二）平滑肌的電活動（二）平滑肌的電活動動作電位動作電位慢波慢波膜電位膜電位 肌肉收縮肌肉收縮 上圖曲線為細胞內(nèi)電極記錄的基本電節(jié)律（慢波），在笫上圖曲線為細胞內(nèi)電極記錄的基本電節(jié)律（慢波），在笫2-4個慢波期個慢波期間，出現(xiàn)數(shù)目不等的動作電位；下圖曲線為肌肉收縮張力

17、，收縮波出現(xiàn)在間，出現(xiàn)數(shù)目不等的動作電位；下圖曲線為肌肉收縮張力，收縮波出現(xiàn)在動作電位時，動作電位數(shù)目越多，收縮幅度也越大。動作電位時，動作電位數(shù)目越多，收縮幅度也越大。 實驗證明，平滑肌與橫紋肌具有相似的長度-張力關系，因而推測平滑肌內(nèi)的粗、細肌絲也構成類似橫紋肌肌節(jié)的結構，并通過相互滑動來實現(xiàn)肌肉收縮。但是在平滑肌，引起興奮-收縮耦聯(lián)的機制和肌絲滑動的機制與橫紋肌有很大不同。平滑肌收縮時細胞內(nèi)的肌絲滑行同樣是由于胞質內(nèi)Ca2濃度升高引起的，但Ca2的來源與骨骼肌不同。骨骼肌的收縮幾乎不受細胞外Ca2濃度的影響，胞質內(nèi)增加的Ca2幾乎全部是從肌質網(wǎng)（SR）釋放的。而在平滑肌，當細胞外Ca2濃

18、度降低到一定水平時，其收縮幾乎完全停止。（三）平滑肌的收縮機制 平滑肌的收縮蛋白也是由胞內(nèi)Ca2濃度升高激活的。平滑肌收縮對細胞外Ca2濃度的依賴性很大。由于平滑肌肌質網(wǎng)不發(fā)達，興奮-收縮耦聯(lián)期間增加的Ca2有相當多的部分是經(jīng)肌膜流入的，它與由SR釋放入胞質的Ca2構成平滑肌興奮-收縮耦聯(lián)期間胞質內(nèi)Ca2濃度升高的兩個主要途徑。1. 胞質內(nèi)鈣濃度的調(diào)控 誘發(fā)平滑肌細胞內(nèi)誘發(fā)平滑肌細胞內(nèi)Ca2 濃度升高也有兩個途徑濃度升高也有兩個途徑: 1. 平滑肌細胞可在不產(chǎn)生動作電位的情況下接受化平滑肌細胞可在不產(chǎn)生動作電位的情況下接受化學信號而誘發(fā)胞內(nèi)學信號而誘發(fā)胞內(nèi)Ca2濃度升高，這一途徑也稱為濃度升高

19、，這一途徑也稱為藥物藥物-機械耦聯(lián)機械耦聯(lián)。例如化學信號可經(jīng)。例如化學信號可經(jīng)G蛋白耦聯(lián)受體蛋白耦聯(lián)受體-磷酯酶磷酯酶C途徑生成途徑生成IP3，IP3作用于作用于SR上的上的IP3R，IP3R是是SR膜上與膜上與RYR結構相似的鈣釋放通道，結合結構相似的鈣釋放通道，結合IP3后通道開放，引后通道開放，引發(fā)發(fā)SR釋放釋放Ca2和胞內(nèi)游離和胞內(nèi)游離Ca2升高。升高。 2. 平滑肌細胞也可在化學信號或牽張刺激作用下產(chǎn)平滑肌細胞也可在化學信號或牽張刺激作用下產(chǎn)生動作電位，通過興奮生動作電位，通過興奮-收縮耦聯(lián)的途徑升高胞內(nèi)收縮耦聯(lián)的途徑升高胞內(nèi)Ca2濃度并引起肌肉收縮，這一途徑也稱為濃度并引起肌肉收縮

20、，這一途徑也稱為電電-機械耦聯(lián)機械耦聯(lián)。 平滑肌Ca2觸發(fā)收縮的作用位點主要在粗肌絲。 平滑肌的細肌絲沒有肌鈣蛋白，主要是由肌動蛋白和原肌球蛋白構成的；粗肌絲由肌球蛋白構成，與橫紋肌的相似，也是由一對重鏈和兩對輕鏈構成。平滑肌收縮時，橫橋與細肌絲中肌動蛋白 的 結 合 是 由 胞 質 中 的 肌 球 蛋 白 輕 鏈 激 酶（MLCK）使橫橋頭部的輕鏈磷酸化而引起的。 2. 平滑肌的收縮 其主要過程包括：胞質內(nèi)Ca2濃度升高時，Ca2與鈣調(diào)蛋白（CaM）結合，生成鈣與鈣調(diào)蛋白的復合物(4Ca2CaM復合物)。4Ca2CaM與MLCK結合，并使之激活?；罨腗LCK使肌球蛋白的一對輕鏈（ MLC

21、）磷酸化。MLC磷酸化引起肌球蛋白頭部的構象改變，從而導致橫橋與細肌絲肌動蛋白的結合。進入與橫紋肌相似的橫橋周期并產(chǎn)生張力和縮短。胞質內(nèi)Ca2濃度下降時，MLCK失活， MLC在磷酸酶作用下脫磷酸，橫橋便與細肌絲的肌動蛋白解離，肌肉舒張。 MLCK: MLCK:肌球蛋白輕鏈激酶；肌球蛋白輕鏈激酶；CaM:CaM:鈣調(diào)蛋白；鈣調(diào)蛋白；MLCMLC2020:20KD:20KD的肌的肌球蛋白輕鏈；球蛋白輕鏈；MLCP:MLCP:肌球蛋白輕鏈磷酸酶；肌球蛋白輕鏈磷酸酶；Pi:Pi:無機磷酸無機磷酸SR：肌質網(wǎng)； Ca-CaM：Ca-鈣調(diào)蛋白 細胞外和肌質網(wǎng)釋放的Ca2，均調(diào)節(jié)平滑肌收縮。當細胞內(nèi)Ca2

22、濃度較高時，肌凝蛋白輕鏈激酶（肌凝蛋白激酶）將肌凝蛋白磷酸化，使肌動蛋白與肌凝蛋白發(fā)生相互作用。肌動蛋白和肌凝蛋白在收縮期的滑行與骨骼肌相似。只要細胞內(nèi)Ca2濃度較高，收縮周期就能持續(xù)進行。但當肌凝蛋白與肌動蛋白連接時，如果收縮周期減慢，肌凝蛋白便會在磷酸酶的作用下發(fā)生脫磷酸作用，從而導致進入“抓住狀態(tài)”（即無ATP水解的緊張性收縮）。 （四） 平滑肌的分類 不同器官和不同部位平滑肌的功能特性有相當大的差異，因此很難對平滑肌作明確的分類。通常根據(jù)興奮傳導的特征將平滑肌分為單個單位平滑?。╯ingle-unit smooth muscle）和多單位平滑肌（multi-unit smooth muscle）兩類，但許多平滑肌的特性介于二者之間。 單個單位平滑肌也稱內(nèi)臟平滑肌(visceral smooth muscle)，包括小血管、消化道、輸尿管和子宮的平滑肌，其功能活動的形式類似于心肌，即肌肉中所有的肌纖維作為一個單位對刺激發(fā)生反應，所有細胞的電活動和機械活動近于同步。這是由于肌細胞間存在有大量縫隙連接，電活動可以由一個肌細胞直接傳播到其他肌細胞。這類平滑肌中還有少數(shù)細胞具有自動節(jié)律性，或稱自律性(autorhythmicity)，可以成為起步點(pacemaker)，帶動整個肌肉的電活動和機械活動。單個單位平滑肌的另一特征是牽張刺激可引發(fā)肌肉的收縮反應。 多單位平滑肌主要包括睫