02神经肌肉组织的一般生理

第二章神经肌肉组织的一般生理第一节细胞的跨膜物质转运和信号传递功能第三节神经冲动的产生和传导第四节兴奋由神经向肌肉的传递第二节神经和肌肉的兴奋和兴奋性第五节肌肉的收缩第一节细胞的跨膜物质转运和信号传递功能一、细胞膜的分子结构模式——液态镶嵌模型(一)脂质双分子层以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性。(二)细胞膜蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。通常和蛋白质或脂类结合成糖蛋白或糖脂，暴露于细胞间隙单位膜:细胞膜在电镜下可分辨为三层：内、外层各厚约2.5nm的电子致密带，推测是蛋白质，中间为厚约2.5nm的透明带，推测是脂双层分子，膜总厚度约为7.5nm。这种结构亦见于胞内各种细胞器的膜性结构，因而被认为是生物膜最基本的结构形式(三)细胞膜糖类（一）被动转运①单纯扩散②易化扩散（二）主动转动（三）入胞和出胞二、细胞膜的跨膜物质转运功能（一）被动转运(passivetransport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点：①不耗能，顺电-化学梯度进行②依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”分类：①单纯扩散②易化扩散1.单纯扩散(simplediffusion)(1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。(2)特点:①不需另外消耗能量②不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”③无饱和性④扩散速率高⑤扩散量与浓度梯度、温度、分子大小和膜通透性呈正相关，扩散的最终结果是该物质在膜两侧的浓度差消失(3)转运的物质：小分子量脂溶性物质：O2、CO2。水也是高度通透。——遵循单纯的物理学规律2.易化扩散(facilitateddiffusion)(1)概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。(2)分类:②经通道的易化扩散①经载体的易化扩散★★(3)转运的物质：葡萄糖、氨基酸、K+、Na+、Ca2+等(4)特点:①不需另外消耗能量②需依靠特殊膜蛋白质的“帮助”③饱和性④转运速率更高⑤立体构象特异性⑥竞争性抑制⑦选择性(二)主动转运(activetransport)概念：指通过细胞本身的耗能，物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；③是逆电-化学梯度进行的。分类：②继发性主动转运（简称：联合转运）；①原发性主动转运（简称：泵转运）；如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等转运的物质：葡萄糖、氨基酸、K+、Na+、Ca2+等1.泵转运——Na+-K+泵(又称Na+-K+-ATPase,简称钠泵)概念：指直接利用Na+-K+依赖式ATP酶使ATP等高能磷酸化合物水解产生的能量而实现的主动转运过程钠-钾泵是镶嵌在细胞膜脂质双分子层中,具有ATP酶活性的一种特殊蛋白质，当[Na+]内↑,[K+]外↑时,钠-钾泵被激活，分解ATP产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。★钠-钾泵活动生理意义：*胞内低Na，维持细胞体积*胞内高K，保持酶活性----新陈代谢正常进行*势能储备钠、钾的易化扩散继发性主动转运2.继发性主动转运指不靠直接耗能，而是靠消耗另一物质的浓度势能而实现的主动转运。如肠上皮细胞转运葡萄糖(三)入胞和出胞式转运一些大分子物质或团块进出细胞，是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦属于主动转运过程。入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。分为：吞噬=转运物质为固体;吞饮=转运物质为液体。转运物质包括细菌、病毒等异物以及血浆脂蛋白颗粒、大分子营养物质、多肽类激素等代谢产物★主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。【例题1】葡萄糖通过小肠粘膜或肾小管吸收属于——继发主动转运【例题2】葡萄糖进入一般细胞或红细胞属于——易化扩散【例题3】葡萄糖由血液进入脑细胞——易化扩散【例题4】氧由肺泡进入血液——单纯扩散三、细胞的跨膜信号转导功能多细胞生物体必须具备完善的信号传递系统以协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、激素、细胞因子等。信号(signal)：细胞外液中能被受体识别并与之结合的特异性化学物质称为信号或配体(ligand)靶细胞(targetcell)：受体所在的能感受信号而产生相应生理功能变化的细胞即为靶细胞跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。根据受体的不同，跨膜信号转导方式大体有以下三类：①离子通道介导的跨膜信号转导②G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导(一)离子通道介导的信号转导根据激活方式或门控机制的不同，可区分为化学门控性通道、电压门控性通道和机械门控性通道介导的跨膜信号转导化学信号→生物电信号化学性胞外信号(Ach)Ach+终板膜Ach受体=复合体受体变构，离子通道开放Na+内流终板膜电位化学门控性通道：膜通道蛋白质结构中存在一些对化学递质敏感的基团或亚单位，当化学递质发生改变时，则该通道变构、功能状态发生改变，导致通道开放，离子流动，这种对化学递质敏感的蛋白质基团或亚单位构成的通道称为化学门控通道。如乙酰胆碱受体通道电压门控性通道：电压门控通道的膜通道分子结构中存在一些对跨膜电位改变敏感的基团或亚单位，当膜两侧跨膜电位发生改变时，使该通道分子变构，功能状态发生改变，导致通道的开放，离子流动，从而再引起细胞膜出现新的电变化或其他细胞内功能变化，这种对电压变化(电位变化)敏感的蛋白质基团或亚单位构成的通道称为电压门控通道。机械门控性通道：体内存在不少能感受机械性刺激并引致细胞功能改变的细胞。当外来机械性信号通过某种结构内的过程，导致膜的局部变形或牵引，直接激活了附近膜中的机械门控通道，引起细胞的跨膜电位变化。如内耳毛细胞顶部的听毛在受到切和力的作用产生弯曲时，毛细胞会出现暂短的感受器电位。(二)G蛋白偶联受体介导的信号转导——cAMP信号通路cAMP（第二信使）膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：激活G蛋白神经递质、激素等（第一信使）腺苷酸环化酶(AC)ATP细胞内生物效应激活cAMP依赖的蛋白激酶AG蛋白偶联受体受体构象改变结合受体与G蛋白结合G蛋白激活激活的G蛋白(α与β、γ亚单位分离)激活★第二节神经和肌肉的兴奋和兴奋性一、神经和肌肉属于可兴奋组织活组织可对刺激作出反应刺激(stimulation)：能引起机体细胞、组织、器官或整体的活动状态发生变化的任何环境变化因子直接刺激间接刺激反应(response):由刺激而引起的机体活动状态的改变神经和肌肉的反应表现为兴奋快反应慢反应冲动(impulse)：快速的、可传导的生物电变化兴奋(emitation)：活组织因刺激而产生冲动的反应可兴奋组织(excitabletissue)：凡能产生冲动的活组织兴奋性(excitability)：可兴奋组织具有发生兴奋即产生冲动的能力或特性，称为兴奋性兴奋是兴奋性的表现，兴奋性则是兴奋的前提引起兴奋的条件兴奋的引起取决于组织本身的机能状态和刺激的特征组织的机能状态：活组织能够在一定的机能状态下对刺激发生反应。可表现为兴奋，也可表现为抑制刺激的特征(刺激参数)：刺激强度、刺激的持续时间、刺激强度对时间的变化率欲引起组织兴奋，必须使刺激达到一定的强度并维持一定的时间，还要求有一定的强度变率阈强度(thresholdintensity)：刚能引起组织兴奋的临界刺激强度阈刺激(thresholdstimulus)：达到阈强度这一临界强度的刺激才是有效刺激，称为阈刺激阈上刺激(suprathmsholdstimulus)：高于阈强度的刺激阈下刺激(subthresholdstimulus)：低于阈强度的刺激阈强度可作为衡量细胞或组织兴奋性的指标：阈强度越低则兴奋性越高阈强度越高则兴奋性越低兴奋后兴奋性的改变单个阈上条件刺激引起组织一次兴奋后，组织兴奋性变化依次经历4个时期,最后,兴奋性恢复到正常水平绝对不应期(0.3ms)：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间相对不应期(3ms)：大于阈强度的刺激才能再次兴奋期间。超常期(12ms)：小于阈强度的刺激便能再次兴奋的期间。低常期(70ms)：大于阈强度的刺激才能再次兴奋的期间。不应期的存在，意味着单位时间内只能发生一定次数的兴奋可兴奋组织的兴奋性可兴奋组织在接受一次刺激后的短暂时间内，无论是否导致兴奋，兴奋性均有改变，从而影响第二次刺激的效应——条件-测试法阈下总和(subliminalsummation)：如果条件刺激和测试刺激都是阈下的，当它们单独作用时，都不能引起兴奋。但当它们相继或同时作用时，则可能引起一次兴奋，这种现象称为阈下总和说明条件刺激虽然不足以引起兴奋，但仍能对兴奋性产生一定的影响二、神经和肌肉细胞具有跨膜电位生物电现象的研究生物电(bioelectricity)：生物体在生命活动过程中所表现的电现象损伤电位(injurypotential)损伤电位：存在于组织的损伤部位和完整部位之间的电位差假说：损伤电位是存在于膜两侧的电位差，即膜电位(membranepotential)的一种表现。★静息电位(restingpotential，RP)Hodgkin和Huxley等(1939)选择枪乌贼的巨轴突(直径可达1mm)为测试对象，利用一灌注海水的玻璃毛细管直接插入巨轴突膜内，另一电极置于膜外，两电极之间仅隔一层膜。将两电极连接到放大器和示波器上，直接记录膜内外的电位差。细胞内记录技术的建立使电生理学研究进入了一个新的发展阶段现代微电极技术(Ф0.5um):凌宁和Gerard于1949年首先应用★细胞处于“静息”状态下细胞膜两侧所存在的电位差称静息膜电位，简称静息电位极化(polarization)：在静息状态下，以膜为界，静息电位稳定在一定水平并呈外正内负的状态，称极化Reymond在论证损伤电位的同时，发现如用足够强度的电流刺激神经或肌肉，使它们兴奋，则损伤电位的绝对值降低。当组织恢复到静息状态时，损伤电位也恢复到原先的水平。提示：当组织兴奋时，细胞的外表面产生一种负电变化，导致损伤部位和完整部位之间电位差的暂时性降低。用更灵敏的电流计进一步证实了这种负电波的存在，并沿神经或肌肉纤维向两侧方向传导动作电位(actionpotential，AP)去极化（又称除极化）:膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程(即膜电位由静息电位值到零)——上升相反极化（又称超射）：膜电位发生反转的部分(即膜电位由零到+40mV)——上升相复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。——下降相各种可兴奋细胞在受到刺激而发生兴奋时,在静息电位的基础上，细胞膜上发生一次短暂的、可逆的、并可向周围扩布的电位波动，称为动作电位超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程。阈电位:引发AP的临界膜电位数值。局部电位:低于阈电位的去极化电位。锋电位:动作电位去极化与复极化形成的一次短促而尖锐的脉冲，构成神经动作电位的主要组成部分，称为锋电位后电位：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，一种时间较长、波动较小的电位变化过程。包括负后电位和正后电位第三节神经冲动的产生和传导一、生物电现象的产生机制（一）化学现象要在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件：①膜两侧的离子分布不均，存在浓度差；②对离子有选择性通透的膜。(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀[Na+]内：[Na+]外≈1∶10[K+]内：[K+]外≈30∶1[Cl-]内：[Cl-]外≈1∶14[A-]内：[A-]外≈4∶1（二）静息电位的产生机制1.静息电位的产生条件(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-Na+外内K+Cl-有机负离子2.RP产生机制的膜学说:[K＋]内顺浓度差向膜外扩散[A-]内不能向膜外扩散[K+]内↓、[A-]内↑→膜内电位↓(负电场)[K+]外↑→膜外电位↑(正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到