神经肌肉生理

nullnull第一章 神经和肌肉组织的一般生理本章概要： 以坐骨神经——腓肠肌标本为例，阐述刺激坐骨神经引起腓肠肌收缩的全部生理过程，主要包括：S如何引起可兴奋细胞产生兴奋，细胞某一局部兴奋后如何传导到整个细胞并如何在细胞之间传递，如何引起M收缩等过程及机制。 第一节 神经和肌肉的兴奋和兴奋性一、 刺激和反应 凡能引起机体的活动状态发生变化的任何环境变化因子都称作刺激，由刺激引起的机体活动状态的改变都称为反应。null 刺激的种类很多：机械、电、光、声、温等，环境变化因子包括内环境的变化，如血压升高，PH值下降等。二、 兴奋和兴奋性 最初，活组织或细胞对刺激发生反应（尽管形式不同）都称为兴奋，活组织或细胞对刺激发生反应的特性称为兴奋性。 当我们刺激神经时，可以引起腓肠肌收缩。 null 为什么刺激神经可引起肌肉收缩呢？N受到S后，必然产生了一种快速的可传导的变化，它作为一种信息，又被快速地传递到了M内部，于是引起了M收缩。 这种快速的可传导的变化被称为冲动（动作电位，action potential）。后来，生理学上把活组织或细胞因刺激而产生冲动的反应称为兴奋，把活T（或C）因S而产生冲动的能力称为兴奋性。凡能产生冲动的活组织（或C）称为ET（或EC）。（一）引起兴奋的条件1、刺激强度 阈强度(阈值)：当刺激作用时间和强度时间变化率都不变时，引起组织兴奋所需的最小刺激强度。 null2、刺激持续作用时间 3、强度在时间上的变化率 4、强度——时间曲线 由图可见，对一个有效刺激，强度和时间成反比关系。根据强度—时间曲线，说明一些概念： 阈强度：在某一作用时间下引起组织兴奋的最小刺激强度 。 阈刺激：阈强度时的刺激。 基强度：无论作用时间多长，引起组织兴奋的最小刺激强度。 时值：两倍于基强度时的作用时间。 null（二）兴奋后兴奋性的变化 先给组织一个阈上刺激（条件刺激）引起兴奋后，观察紧接着的第二个刺激（测试刺激）引起的反应，发现组织兴奋后的兴奋性发生了一系列变化。以粗神经纤维为例： 绝对不应期:无论多大刺激都不产生兴奋，兴奋性为0。持续时间 0.3ms 相对不应期: 阈刺激大于条件刺激，兴奋性逐渐上升，但低于原有水平。持续时间3ms 1、一次兴奋后的兴奋性变化null2、阈下总和 阈下刺激通常不能引起组织产生兴奋，但两个或多个阈下刺激可能引起兴奋，称为阈下总和。时间总和和空间总和3、电紧张 直流电通电过程中以及断电后短时期内，组织的兴奋性发生的变化。通电过程中，阴极部位组织的兴奋性增高，称阴极电紧张；阳极部位降低。断电后相反。 超常期:阈刺激低于条件刺激，兴奋性高于原有水平。持续12ms 低常期: 阈刺激大于条件刺激，兴奋性低于原有水平。持续70msnull三、 神经和肌细胞的跨膜电位 （一）损伤电位 19世纪中叶，德国著名生理学家Du Bois Remond. 在具有灵敏电流计的条件下，运用神经和肌肉标本，测定了损伤电位。若将组织局部损伤，将一个电极置于完整部位的面，一个电极置于损伤部位。可见电位计的指针发生偏转，损伤部位为负。这种组织损伤部位与完整部位的电位差被称为损伤点位（injury potential）。 由损伤电位提示，细胞的膜内外存在电位差。 1786年，Galvani发现生物电。1792年Volta重复实验，但不同意Galvani的解释，成为生物学史上非常有意义的争论。null（二）静息电位 细胞在静息状态下膜两侧的电位差称静息电位（resting potential, RP），通常膜内为负。 Hodgkin和Huxley1939年找到了枪乌贼的巨轴突，利用极细的玻璃微电极插入轴突内，测定了膜内外的电位差。 一般蛙、枪乌贼的神经、肌肉细胞的静息电位－50～－70mv，哺乳动物的神经、肌肉细胞的静息电位为－70～－90mvnull（三）动作电位 C兴奋时产生的扩布性的可逆膜电位变化称AP（action potential）。当给N一个S时，膜内外的电位发生了一系列变化，并很快又恢复到静息电位水平。膜内电位由RP上升的过程称为去极化，后期膜内为正，膜外为负的时相称反极化。AP由最高点恢复到RP水平的过程称复极化，低于RP水平的过程称超极化。null 1、全或无：在同一C上，AP一旦出现，其锋电位的形状、幅度、持续时间都是恒定的，不随刺激的变化而变化。 2、非衰减性传导：AP一旦产生，就以一定的速度向整个细胞传导，其锋电位不随传导距离而发生改变。特点：第二节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能 一切动物细胞都被细胞膜或质膜（plasma membrane) 包被，它把细胞内容物和细胞的周围环境分隔开，是维持内部结构与成分稳定的结构保证。物质跨膜运输的意义：沟通了细胞内外的联系；保证了细胞代谢等生命活动中的物质交换；是生物膜的能量转换/信息传递等功能的基础。null 组成：脂质，蛋白质，糖类 一、膜的化学组成和分子结构基本结构：流体镶嵌模型（fluid mosaic model)null组成：70％磷脂，  30％ 胆固醇， 存在形式：双分子层； 特点：具有流动性。(一) 脂质双分子层膜存在形式：表面蛋白质: 带电氨基酸或基团与膜脂质极性基团相吸引。 整合蛋白质: 具 -螺旋结构形式 ，一次或多次贯穿脂质双分子层。 (二) 细胞膜蛋白功能：取决于蛋白质种类。载体蛋白；通道蛋白；受体蛋白； 抗原蛋白；酶蛋白。null存在形式：寡糖和多糖链与糖和P结合的糖脂和糖蛋白。 功能特点：暴露在膜外，成为细胞的标记或抗原决定簇等。（三） 细胞膜糖类二 、细胞膜的跨膜物质转运功能(一) 单纯扩散 (simple diffusion) 生物体系中, 细胞内、外液的脂溶性 分子按扩散原理作跨膜转运的方式 。 如: O2, CO2等脂溶性物质， 理论上的甾体激素。null 分类: 载体介导和通道介导。 （二）易化扩散 (facilitated diffusion） 非脂溶性或脂溶性小的物质, 在膜结构中某些特殊蛋白质的帮助下, 从膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的方式。特点: 顺浓度差, 不耗能；对通过膜的物质具有选择性；载体介导: 高度的结构特异性; b. 有饱和现象; c. 有竞争抑制现象。null通道介导: a. 通道具有开放和关闭状态; b. 对转运物质有选择性。null 钠-钾泵(钠泵): 具ATP酶活性，水解ATP获得能量利用此能量 将Na+泵出细胞，将K+吸入胞内。泵的启动或运转活性与胞内高Na+、胞外高K+关联。一般生理情况下，运输3Na+/2K+，消耗1ATP（三）主动转运（active transport) 细胞通过本身的耗能过程，将某物质的分子从低浓度 一侧移向高浓度一侧的过程。null同向转运: 被转运的物质分子与 Na+ 扩散方向相同; 逆向转运: 被转运的物质分子与 Na+ 扩散方向相反。 (四) 继发性主动转运(secondary active transport) 不直接与代谢能量偶联而由其它溶质顺电化学梯度转运中释放的能量驱动, 也称联合转运(cotransport)。每一种联合转运都需膜上特殊的转运蛋白(transport)参与。null 细胞膜对某些大分子或固态、液态的物质团块的转运方式。(五) 出胞与入胞式物质转运出胞 (exocytosis) : 物质由细胞排出的过程。主要见于各种细胞的分泌活动。入胞 (endocytosis): 胞外的团块物质 (细菌、病毒、异物、脂蛋白、营养大分子等 ) 进入细胞的过程。 受体介导式入胞：被转运物质与膜表面受体蛋白作用后引起入胞的现象。 细胞膜上的受体对物质的“辨认” ，发生特异性形成复合物，复合物向膜表面的“有被小窝”移动， “有被小窝”处的膜凹陷，凹陷膜与细胞膜断离，形成吞食泡，吞食泡与胞内体的膜性结构相融合， 物质与受体分离，物质转运到能利用他们的细胞器，受体再循环 。三、 细胞的跨膜信号传递功能三、 细胞的跨膜信号传递功能（一）跨膜信号转递概念的提出 不同形式的细胞接受不同外来信号的刺激并引起相应的反应时，存在着明显的共性: 信号通常不进入细胞或直接影响细胞内过程，先作用于细胞表面(类固醇激素和甲状腺素除外)，通过膜蛋白的变构，以新的信号形式传递到膜内，引发细胞功能改变。跨膜信号传递 (transmembrane signaling) 信号和细胞反应形式多种，但传递过程都是通过下列少数几类方式或途径实现的。null （二）几种主要的跨膜信号传递方式1、通过离子通道蛋白质完成的跨膜信号传递配体门控通道 (Ligand-gated channels) N-型 乙酰胆碱受体 (N-type Acetylcholine Receptor ) 四种亚单位组成的五聚体；除Ach外，还可选择性地与烟碱(nicotine)结合；开放时允许Na+内流和少量K+外流。电压门控通道 (voltage-gated channel)电压门控通道 (voltage-gated channel)机械门控通道 (mechanically channel)null2、与G蛋白偶联的跨膜信号传递系统null四、跨膜信号传递和原癌基因原癌基因 (cellular proto-oncogene): 染色体中决定与跨膜信号传递有关的蛋白质如受体、G-蛋白、生长因子和蛋白激酶等的一类基因。它们的碱基排列顺序与能引起动物肿瘤病毒DNA的碱基排列顺序相一致。它们的变异可致遗传性疾病。 细胞膜变化和第二信使可以激活其中的一类快速基因，其表达的蛋白质进入核内后诱导其他基因表达如受体、酶等蛋白质。 null第三节 神经冲动的产生与传导一、 静息电位与动作电位的形成机制 杜南平衡 　　杜南平衡是一种特殊的积累离子的现象。结果是膜两侧某离子的浓度不相等，但也达到了平衡。细胞膜是一种半透膜。细胞内含有许多带电荷的不能扩散到细胞外的大分子化合物（如蛋白质，R－），它们可以与阳离子形成盐类（如蛋白质的钾盐，KR），设其浓度为Ci，把这样的细胞放在浓度为C。的KCl溶液中，由于细胞内没有Cl－，所以Cl－沿着浓度梯度由外界溶液扩散入细胞内，同时K＋也进入细胞内，以保持电中性。由于R－不能向细胞外扩散，使得细胞内的K＋被保留在细胞内。经过一段时间后，细胞内外离子扩散速度相等，达到平衡状态，此时，细胞内可扩散负离子和正离子浓度的乘积等于细胞外正负离子浓度乘积。即： 　　[K＋]内×[Cl－]内＝[K＋]外×[Cl－]外 null什么原因导致细胞内外出现电位差？ 经测定枪乌贼巨轴突：1、膜内外离子分布差异；2、膜对上述离子的通透性为 PK : PNa : PCl=1:0.04:0.02 null（一）静息电位是K+的电化学平衡电位 静息时主要以K+向外扩散为主， 由于电场的作用，在细胞膜外聚集了正电荷，形成了膜外为正膜内为负的电场。电场的方向阻止K+的外流。当膜内高[K+]向外扩散力与电场阻止力相平衡时，膜内外电位达到平衡，构成电化学平衡电位，即RP。null该电位值可用电化学平衡电位公式Nernst方程求得。 E=R T ln (Co/Ci)/ n F=60log (Co/Ci)R 气体常数(8.31J) ；T 绝对温度；n 离子价数， F =96500 ；Co/Ci为膜内外离子浓度，这里主要为[K+]，当温度为37℃时，代入变量膜内外的[K+] ，计算得平衡电位为-96mV。null静息电位的证明接下来的问题： 为何可兴奋细胞受到刺激后电位会发生变化而产生AP？null（二）动作电位是由Na+、K＋通道介导的信号传递形成 AP的Na学说去极化 Na+通透性增加，Na+内流 ↓ 锋值 Na+平衡电位 ↓ 复极化 Na+通透性下降， K+通透性增加 ↓ 极化 K+平衡电位， Na- K泵活动上升， 泵出Na泵入Knull 综上，AP是由于膜对不同离子的通透性发生了一系列改变，从而引起了原来的平衡被打破，导致电位的逆转和恢复等过程，其中，Na-K泵起了重要作用。那么，刺激是如何引发动作电位的。 二、 神经冲动的产生和传导 （一）刺激效应 由于细胞膜具有电阻特性，当阳极处电流从膜外进入膜内时，在膜上产生电位，该电位与静息电位方向一致，从而使膜内外的电位差加大，形成超极化。在阴极则相反，形成去极化。null（二）电紧张电位和局部电位 如果我们在前图中分别在阳极和阴极的细胞膜内插入记录电极，记录在不同刺激电压时膜内电位的变化。null局部电位的特点 1）没有全或无现象，具有总和效应；2）无不应期；3）电紧张性扩布 产生的局部电位可以向四周扩布，但随扩布距离的增加而逐渐衰减。阈电位：可兴奋细胞膜电位去极化至某一临界值时，爆发动作电位，这种临界膜电位值称为阈电位。（三）冲动的产生 当膜内外的电位差达到阈电位时，电压门控的Na+通道打开，Na+内流，导致膜内外电位差值进一步缩小，引起Na+通道进一步打开，Na+内流加速，称这一现象为Na+的再生式循环。由此迅速使膜内外电位差消失并发生逆转，形成锋电位。null（四）兴奋的传导 AP一旦产生，可以不衰减地传遍整个细胞，那么，它是如何进行传导的？AP传导的局部电流学说 AP传导特征 生理完整性；双向传导；非衰减性；绝缘性；相对不疲劳性。AP传导速度 19世纪德国著名生理学家Muller认为测不出，他的学生Helmholtz巧妙设计实验测出27.25m/s。(想想如何设计实验)null三、 神经干动作电位 一根神经是许多nf组成的，称复合神经干。刺激神经干可以记录到复合神经干AP。它体现出许多神经纤维共同兴奋时动作电位的总和效应，而非全或无的。这是由于不同nf的兴奋性不同，所需的阈刺激不同，兴奋性高的先兴奋，随着刺激增强，参与兴奋的纤维越多，动作电位越大。当所有纤维都兴奋后，动作电位达到最大值。四、 神经纤维分类 在复合神经干AP测定中，当刺激部位远离记录部位时，记录到的动作电位有A、B、C三个波，说明不同纤维传导速度不同。根据纤维粗细和电生理特性，把神经纤维分成若干类型：见教材P39-40null五、 双向动作电位和单相动作电位 null第四节 兴奋由神经向肌肉的传递 一、 神经肌肉接头的结构 神经细胞与神经细胞之间的功能联系部位称为突触。神经肌肉接头是神经和肌肉的功能联系部位，是突触的一种形式。null二、 神经肌接头处的兴奋传递过程 * 传递过程 null* 终板电位 EPP是产生于终板膜上的一种去极化电位。终板电位一经产生，就会以电紧张的方式向临近区域作有限的扩布。 ？* ACh是神经肌肉接头传递兴奋的递质，有如下证据支持 （1）已经确认支配骨骼肌的运动神经元内含有合成ACh的原料（胆碱和乙酰辅酶A），以及促使胆碱乙酰化的酶（胆碱乙酰化酶）。所合成的ACh贮存于突触囊泡内。null （2）在靠近肌肉的小动脉内注入少量的ACh，可引起肌肉收缩。 （3）在箭毒化的神经肌肉标本上，刺激神经不再引起肌肉收缩，但灌流液中仍能测得ACh。这个现象可解释为，箭毒占据了终板膜上的ACh受体而又无法起作用。 （4）应用离子电泳（ionic electrophoresis）技术，将微量ACh导入终板膜的外表面，可在终板区及其附近记录到乙酰胆碱电位。精确的表明，该电位的波形、相位及空间分布等性质和刺激神经导致的终板电位完全相同，并且随着ACh导入量的递增，其幅度也逐级增加，最后可爆发动作电位。null* 微终板电位 静息状态下，终板膜记录到一种振幅0.5mV的“自发”放电，由Katz和Fatt于20世纪50年代发现。null 实验证明是由于1个囊泡中所有的Ach释放引起的电位变化（量子化释放）。神经冲动到达时 ，可引起200~300个囊泡的释放。 终板膜上存在乙酰胆碱酶，使ACh迅速水解为胆碱和乙酸。 *乙酰胆碱的失活 null三、 神经肌接头传递的特点 1、化学性传递; 2、单向性; 3、时间延搁： 0.5~1ms; 4、易疲劳;  5、易受药物和其它环境因素的影响 四、 某些药物对神经肌接头处兴奋传递的影响 2、ACh竞争抑制剂：箭毒类：筒箭毒、丁-南美防己碱, 三碘季胺酚 ；烟　碱（尼古丁） 1、 Mg2+ 3、胆碱酯酶抑制剂 ：毒扁豆碱、新斯的明、有机磷农药（敌敌畏、敌百虫、乐果等） null第五节 骨骼肌的收缩 一、 骨骼肌的微细结构 1、肌肉、肌原纤维 2、肌小节 null3、粗肌丝的结构 4、细肌丝的结构 null二、 肌肉收缩的滑行学说 肌肉收缩时肌节缩短，I带变窄，A带不变。说明肌丝不缩短，只是存在粗细肌丝的相对滑行。滑行学说认为，肌肉收缩时，细肌丝向粗肌丝中央滑动，从而导致肌小节缩短。5、肌管系统 null三、 骨骼肌的兴奋——收缩耦联 由肌细胞膜产生动作电位（兴奋）到肌细胞开始收缩的过程称为兴奋－收缩耦联过程。主要由如下过程：1、 兴奋通过横管传导到肌细胞深部 2、 横管的电变化导致终池释放Ca2+ （2）肌钙蛋白构相的变化“传递”给原肌球蛋白，使它也发生相应改变。肌肉舒张时，原肌球蛋白掩盖肌动蛋白的作用位点，使横桥无法同它相结合。原肌球蛋白构相改变后，原先被掩盖着的作用位点即被暴露出来。 (1) 横管的电变化促使终池内的Ca2+释出，与细丝肌钙蛋白结合，并引起自身分子构相的改变。null （3）肌动蛋白的作用位点一经暴露，横桥端部的作用点便和它结合，同时横桥催化ATP水解，所释放的能量，足以提供肌丝滑行之需要。 （4）横桥一经和肌动蛋白结合，即向M线方向摆动，这就导致细丝被拉向A带中央。据估计，一次拉动细丝滑行的距离最大可达10nm；一次摆动，横桥又和细丝脱开，摆向Z线方向，然后再和细丝的另一作用位点结合。通过如此反复的结合、摆动、解离和再结合，便可使肌纤维明显缩短。 3、 肌肉收缩后Ca2+被回摄入纵管系统 nullnull    四、 骨骼肌收缩的外部表现 1、前负荷与后负荷 前负荷：肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷，前负荷使肌肉收缩前就被拉到一定长度，称为初长度。 后负荷：肌肉开始收缩后才遇到的负荷和阻力。 前负荷对肌肉收缩的影响 　　前负荷使肌肉在收缩之前被拉长，从而使粗细肌丝处于较好的相对位置，可以使肌肉产生更大的收缩力。能产生最大收缩力的初长度成为最适初长度。 null2、等长收缩和等张收缩 等张收缩：即长度变化而张力维持一定的收缩形式。如拉动门的动作。 等长收缩：张力变化而长度不变的收缩形式，称等长收缩。如使劲拉门而由于门锁着而拉不开。 3、单收缩 骨骼肌受到一次刺激，出现一次机械收缩和舒张，称为单收缩。单收缩包括潜伏期，收缩期，舒张期三个时程。骨骼肌收缩时产生的张力大小与初长度的关系 null4、肌肉收缩的复合和强直收缩 M在第一次收缩尚未完全舒张时，如接受到第二次S，则第二次产生的收缩幅度大于单收缩幅度，成为收缩的复合。若给予连续S，其频率使后一个S落在前一个刺激引起的单收缩的舒张期尚未结束，称为不完全强直收缩。若S频率增加，使新的S落在前一个S引起的收缩的收缩期，则上述锯齿不出现，而代之以平滑的收缩曲线，称之为完全强直收缩。