生理学 动作电位 肌肉收缩原理

意义：是细胞处于兴奋状态的标志。
阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约
比正常静息电位的绝对值小10～20mV 。

动作电位的产生条件：静息电位去极化达到阈电位水平。
神经纤维AP
心肌细胞AP
动作电位的特点
⑴动作电位呈“全或无”现象：动作电位一旦产生 就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加 强而增大； ⑵不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部 位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅 度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布 到整个细胞膜； ⑶脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能 重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形 成脉冲式图形。

特点： ①顺浓度差 ②不消耗能量
影响扩散因素： ① 膜两侧的浓度差 ② 膜对物质的 通透性

（二）、易化扩散

概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白 帮助下
顺浓度差通过细胞膜的过程。

类型：
载体运输
通道运输 电压门控 化学门控
1、载体介导的易化扩散
2、通道介导的易化扩散示意图
门控离子通道分为三类： 1. 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如 神经元上的Na+ 通道；
骨骼肌收缩过程
神经肌肉接头 处兴奋传递
兴奋收缩耦联
肌丝滑行
5、骨骼肌的收缩形式
⑴
等长收缩：只有张力增加而无长度改变的肌肉收缩形式。
⑵
等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。
骨骼肌的收缩形式
⑶ 单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。
骨骼肌的收缩形式
⑷ 复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。
三联管：兴奋- 收缩耦联部位
骨骼肌细胞的结构
① 肌原纤维
肌小节
肌丝 粗肌丝、细肌丝
② 肌管系统
骨骼肌细胞 / 肌纤维
横管
纵管 三联管
2、神经肌肉接头处兴奋的传递
神经肌肉接 头的结构：
接头前膜
接头间隙 接头后膜
神经肌肉接头兴奋传递过程
AP传到轴突末梢 钙通道开放，钙内流，ACh释放 Ach 扩散 ACh与终板膜化学门控通道结合，通 道开放 钠内流为主/钾外流为辅
主动转运 需由细胞提供能量 逆电-化学势差 使膜两侧浓度差更大 被动转运 不需外部能量 顺电-化学势差 使膜两侧浓度差更小
（四）入 胞 和 出 胞
第二节
细胞的跨膜信号转导功能
跨膜信号转导方式分为三类： ① 离子通道介导的信号转导。 ② G蛋白耦联受体介导的信号转导；
③ 酶耦联受体介导的信号转导；
30mv
0mv
-70mv -90mv
局部反应与动作电位的区别
局部反应 阈下刺激引起 钠通道少量开放
反应等级性 有总和效应 衰减性传播
动作电位 阈(上)刺激引起 钠通道大量开放
“全或无” 无 非衰减性传播
膜电位状态
极 化 去极化 反极化 复极化 超极化 细胞膜两侧保持的内负外正的状态。 静息电位减小甚至消失的过程。 膜内电位由零变为正值的过程。 去极化、反极化后恢复到极化的过程。 静息电位增大的过程。
② 受体-G蛋白-PLC途径： IP3、DG
①受体-G蛋白-AC途径
② 受体-G蛋白-PLC途径
磷脂酰二磷酸肌醇 三磷酸肌醇 二酰甘油
（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导
胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有
酪氨酸激酶的活性
当受体与相应的化学信号结合时，可直
接激活蛋白激酶
引起受体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋
第二章细胞的基本功能

细胞的基本结构：

细胞膜的物质转运功能：
细胞的信号转导功能： 细胞的生物电现象：



骨骼肌细胞收缩功能：
本章要求
掌握

1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点； 2.原发性主动转运的概念和转运机制； 3.静息电位、动作电位的概念及产生机制； 4.动作电位、局部反应的特点；


5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；
6.兴奋-收缩耦联的概念及其耦联物质。
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 一、细胞膜的结构概述
细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的 糖类物质。 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）的基本内容是： 膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分 子结构和生理功能的蛋白质。

意义：
①钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件；
②钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细 胞的正常体积有一定意义； ③钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因 而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外Na+和K+等 顺着浓度差和电位差移动的能量来源。
主动转运与被动转运的区别
potential，RP）是
指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的
电位差。
意义：是动作电位产生的基础。
产生条件主要有两个：
①细胞内外各种离子的浓度分布不均，
即存在浓度差；
②在不同状态下，细胞膜对各种离子的 通透性不同。
静息电位产生机制 1
钾外流聚于 膜外，带负 电的蛋白不 能外流而滞 于膜内
第四节
肌细胞的收缩功能
内容提要：
本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：
1、骨骼肌细胞结构 2、神经兴奋如何引起骨骼肌收缩 ① 神经-肌接头处兴奋传递 ② 兴奋-收缩耦联
③ 肌丝滑行学说
3、骨骼肌的收缩形式
4、影响骨骼肌收缩的因素。
1、骨骼肌细胞的结构
① 肌原纤维
骨骼肌细胞 / 肌纤维
② 肌管系统
肌原纤维结构
思考题
1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液K+浓度时，其静 息电位和动作电位有何变化？为什么？
2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓
Ca2+
4、肌丝滑行学说
肌丝滑行过程：
终未池释放钙，肌浆钙增多
钙泵将钙泵入终池
肌钙蛋白与钙结合而变构，原肌 球蛋白变构、解抑
肌浆钙减少
横桥与肌动蛋白结合并分解 ATP
肌钙蛋白脱下钙而变构
横桥内扭、解离、复位、再结合 而不断循环将细肌丝拖向M线
原肌球蛋白变构并重建阻抑
肌小节缩短（收缩）
细肌丝滑回原位（舒张）
由膜受体-G-蛋白-膜效应器酶组成的 跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成
第二信使学说
G蛋白-GDP
第一信使+R
G蛋白-GTP 效应器酶
蛋白激酶 及其他 细胞功能改变
第二信使
第二信使前体
1 第一信使：激素、递质等
2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等
3 第二信使：cAMP、IP3、DG ①受体-G蛋白-AC途径： cAMP
原 发 性 主 动 转 运 示 意 图
继 发 性 主 动 转 运
钠－钾泵（SODIUM-POTASSIUM PUMP）
简称钠泵，也称Na+-K+依 赖式ＡＴＰ。

作用：在消耗代谢能的情况 下逆浓浓度差将细胞内的3个 Na+移出膜外，同时把细胞外 的2个K+移入膜内，因而保持 了膜内高K+和膜外高Na+的不 均衡离子分布 。
引起终板电位
后者扩布使邻近肌膜去极化达阈电位， 引发AP
神经肌肉接头兴奋传递特点
① 单向性传递
② 时间延搁
③ 易受环境因素的影响
3、兴奋收缩耦联

概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩 的机械变化的过程
① 电兴奋通过 横管传到肌纤维 深部
②三联管传递信 息
③ 肌浆网对钙 的释放和再聚积
每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。
(一)由离子通道完成的跨膜信号传递
１、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的 开关： (递质、 激素等) 例：终板膜化学门控通道
2、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。 例：钠通道, 跨膜电位控制 3、机械门控通道： 例：听觉毛细胞
(二) G蛋白耦联受体介导的信号转导
细胞内钾浓 度高于细胞 外
安静时膜对 钾的通透性 较大
使膜外带正 电，膜内带 负电
静息电位产生机制 2
当促使钾 外流的钾 浓度势能 差
阻碍钾外 流的电势 能差
钾跨膜净移 动量为零， 处于钾平衡 电位，即相 当于RP
（二）动 作 电 位

概念：动作电位(action potential,AP)是指细胞受刺激 时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。
① 特异性 （载体） 、 （通道） ② 饱和现象 ③ 竞争性抑制
（三）主动转动
概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物
质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一
侧的过程。
分类：原发性主动转运、继发性主动转运
二者区别： 原发性主动转运：直接利用ATP能量 继发性主动转运：间接利用ATP能量 特点： 耗能并逆电-化学差进行
2. 化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而 开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如 激素、递质等；
3. 机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活， 如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。

易化扩散的影响因素
①膜两侧物质浓度差和电位差 ②膜上载体的数量或通道开放的数量

易化扩散特点：
6、影响骨骼肌收缩的主要因素
⑴ 前负荷 ：肌肉收缩前就遇到的负荷。 初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。
前负荷对收缩的影响：
① 在一定范围内，前负荷愈大， 初长度愈长，收缩力愈大； ② 最适初长度时，肌肉收缩能 使肌肉产生最大张力； ③ 前负荷过大，初长度过长， 收缩力降低。
不同初长度时粗、细肌丝重合程度 和产生张力的关系示意图
肌小节： 1/2明带 暗带 Leabharlann Baidu/2明带
肌丝： 粗肌丝 细肌丝
肌钙蛋白 原肌球蛋白 肌动蛋白
细肌丝
肌凝蛋白
粗肌丝
横桥作用： ① 与肌动蛋白结 合，扭动、解离、 复位、再结合…. ② 有ATP酶活性
肌管系统
横管 纵管
横 管 终未池
三 联 管
肌管系统作用
横 纵 管：传AP至肌细胞深部 管：贮存、释放、聚积钙
⑵
后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。
后负荷对收缩的影响： ① 先产生张力，后出现缩短，缩 短发生后张力不再增加 ② 后负荷愈大，张力愈大，缩短 出现愈迟，缩短的初速度和总长度 愈小
⑶
能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。
收缩能力好 收缩能力差
收缩效果好 收缩效果差
心 肌
心肌收缩具有以下特点：
1.
白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现 细胞外信号对细胞功能的调节。
由受体完成的跨膜信号传递
受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞 特异生物学效应的特殊结构。
受体本质：蛋白质或酶 受体特征： ①特异性 ②饱和性 ③可逆性
第二信使学说：激素+受体→第二信使→酶激活
激素的作用机制：
1、通过膜受体传递调控信息： 第二信使学说 2、通过胞内受体传递调控信息： 基因表达学说
基因表达学说
第三节

细胞的生物电现象
生物电（bioc-lectricity） ： 是指一切活细胞无论处于静 息状态还是活动状态都存在
的电现象。
跨膜电位 及分类:
静息电位（RP）： 动作电位（AP）： 局部电位（LP）：
跨 膜 电 位 产 生 机 制
（一）静 息 电 位
静息电位（resting
动作电位形成机制 2
钠通道关闭，钾通 道开放 钠泵工作，泵出钠、 泵入钾，恢复膜两 侧原浓度差。
钾外流引起下降支
30mv
0mv
-70mv -90mv
(三)、局部电位
概念：达不到阈电位的局部去极化。
特 • 1 随阈下刺激增大而 增大 • 2 电紧张性扩布(递减 性传播) • 3 总和现象（时间性、 点 空间性）
细胞膜的液态镶嵌模型
二、细胞膜物质转运功能
细胞外
细胞内
转运方式：
1、单纯扩散： 2、易化扩散： 载体方式： 通道方式： 3、主动转运： 4、团块物质： 出胞： 入胞：
(一）、单纯扩散

概念:是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机 制参与。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。 举例：O2、CO2 、NH3
2.
“全或无”式收缩
对细胞外液Ca2+的依赖性
3. 心肌细胞能抵抗过度延伸的特性
复习题
1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意 义。 2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。
3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。
4.神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什 么？ 5.试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。 6.何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？
兴 奋 在 同 一 细 胞 上 的 传 导
A
静 息 时
B
发 生 兴 奋 后
C
传 导 过 程 中
动作电位形成机制 1
30mv
局部去极化达阈电位，钠通道大 量开放
0mv
钠在膜外高钠、膜内负电/膜外 正电的作用下内流，引起上升支
-70mv -90mv
内移的钠在膜内形成的正电位， 阻碍钠的内流
足够大时钠净移入为零，达到钠 平衡电位