第三章 第四节 肌肉的收缩功能

incomplete tetanus：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。
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
二. 平滑肌的收缩功能
1. 平滑肌的分类： • 单单位平滑肌（unitary smooth muscle）：
Ca2+
胞质中的Ca2+由0.1 μM→1-10 μM
骨骼肌细胞质内的钙绝大多数(约100%)源于JSR钙释放。
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-induced Ca2+ release）——
• 肌浆中[Ca2＋]降低机制：
肌腹 肌外膜 纤维束 肌内膜
肌纤维膜 肌束膜
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，
明带 暗带 H带 M线 Z线
肌小节
M线
肌球蛋白（myosin）
（2）肌管系统（sarcotubular system）:
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。
纵行肌质网（longitudinal SR, LSR）: 连接肌质网（junctional SR, JSR）：终池（terminal cisterna）
三联管（triad）: T管+两侧终池
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。
2. 收缩的总和（summation）:
• 运动单位(motor unit):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。
大小原则 (size principle):
• 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。
ACh与R结合, K+、Na+通道开放 (化学门控) ↓ Endplate potential（电紧张扩布） ↓ 终板附近肌膜上电压门控Na+通道激活 ↓ AP Ach被胆碱酯酶水解，胆碱可被回收至前膜重复利用
• 量子释放（quantal release）:
• 微终板电位（miniature end-plate potential）： 去极化约0.4 mV/囊泡
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
（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。
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。
（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。
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
（四）骨骼肌的收缩形式及影响收缩的因素
1. 收缩形式：
• 等长收缩（isometric contraction） • 等张收缩（isotonic contraction）
2. 影响因素： （1）前负荷（preload），初长度（initial length）
粗肌丝: 肌球蛋白（myosin） （thick filament） 肌动蛋白（actin）:肌纤蛋白 肌原纤维 细肌丝 原肌凝蛋白（tropomyosin） （thin filament） 肌钙蛋白（troponin
收缩蛋白：actin and myosin 调节蛋白：tropomyosin and troponin
第四节
肌肉的收缩功能
横纹肌 肌肉 平滑肌
心肌
骨骼肌
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
（一）神经-肌接头的兴奋传递
1. 神经-肌接头（neuromuscular junction）结构
接头前膜(prejunctional membrane) :运动神经纤维末梢 （膨大，无髓鞘）
• 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。
刺激频率改变时收缩的总和：
• 单收缩（twitch） • 不完全强直收缩（incomplete tetanus） • 完全强直收缩（complete tetanus）
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
小血管、消化道、子宫、膀胱等中空器官。肌细胞间有gap junction，多细胞协同功作，类似于心肌，所有肌纤维作为一个单位 对刺激作出反应，所有细胞的电、机械活动近于同步。有少数细胞具 有自发性、节律性。牵张刺激能引发肌肉收缩反应。
• 多单位平滑肌（multiunit smooth muscle）： 虹膜、睫状肌、竖毛肌、输精管、大血管平滑肌等，无gap junction，独立工作，无自律性，受自主神经支配。收缩强度取决于 参与的肌纤维数及刺激的频率。通常受牵张不产生肌肉收缩。 • 单-多单位之间的平滑肌
• →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
Fra Baidu bibliotek
• →横桥周期停止，肌肉舒张。
（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联（excitation-contraction coupling）
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
接头间隙(junctional cleft) 接头后膜 (postjunctional membrane ) :对应的肌细胞膜， 又称终板（end plate）
2. neuromuscular junction 的兴奋传递
Na+
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endplate
横桥周期 (cross-bridge cyclin)——
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
• 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
• 最适初长度 （optimal initial length）
• 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。
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
前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。
肌小节长度为2.2μm
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。
肌节长度—张力关系曲线
安静时肌节长度为2.0 ~ 2.2μm
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。
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)。
• 取决于 胞质中Ca2+水平； Myosin ATP酶的活性； 相关功能蛋白的表达水平。
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
降低收缩效果
提高收缩效果
（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。
1. 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。
• 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。
（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（sarcobutubular system） （1）肌原纤维的结构和分子构成： •粗肌丝和细肌丝及其排列：
（2）肌管系统（sarcotubular system）:
横管（transverse tubele）: T管（T tubule）, 肌膜内陷而成，垂直 于肌原纤维 纵管（longitudinal tubule）：肌质网（sarcoplasmic reticulum, SR）,平行于肌原纤维，并包绕肌原纤维。又分为：
• 终板电位（end-plate potential, 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。
2.各类平滑肌均具有：时相性收缩、紧张性收缩两方式。
3.平滑肌活动的神经调节： 骨骼肌收缩完全依赖于神经系统支配。 平滑肌（主要是单单位平滑肌）具有自律性，外源性神经冲 动不是引发肌肉收缩的必要条件，仅具有调节兴奋性、影 响收缩强度和频率的作用。不具有自律性平滑肌则与骨骼 肌相似。 支配平滑肌的神经纤维末梢形成曲张体，释放神经递质。
ryanodine 受体
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（cross bridge）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）。
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