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浅谈肌细胞的收缩

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组织学上,根据光镜下的不同结构,肌组织被分为横纹肌和平滑肌,横纹肌又可分为骨骼肌和心肌;而生理学上,根据支配神经的不同,将脊髓前角α运动神经元控制的称为随意肌,包括骨骼肌,将植物神经支配的称为非随意肌,包括心肌和平滑肌。了解了肌组织的分类,体会“呼吸肌既随意又不随意”。

结构决定功能——骨骼肌的神经-肌接头(电-化学-电)

接头前膜:即脊髓前角α运动神经元的轴突末梢膜,此处有L型电压门控钙通道(试与心室肌、窦房结处的钙通道比较,有何异同?)。神经冲动传导到接头前膜,使前膜去极化,前膜去极化后引起前膜上的电压门控钙通道开放,钙离子内流,进而促使前膜释放Ach(以囊泡为单位,量子式释放),所以,神经-肌接头的兴奋传递,是以钙离子耦联的。

接头间隙:充满细胞外液。

接头后膜:即与前膜相对的骨骼肌细胞膜,此处有N2型受体、乙酰胆碱酯酶。N2型受体,详细地讲,是N2型Ach受体阳离子通道,这是一种经典的、非选择性的Na-Ka阳离子化学通道。既然非选择,为什么只有钠离子内流而很少有钾离子外流呢?可以联系细胞电活动的内容,离子跨膜运动需要通透性+驱动力,“非选择”说明通道对钠钾的通透性是相同的,而根据电-化学驱动力=膜电位-平衡电位可以计算,钠内流=-90-(+67),钾外流=-90-(-98),根据定量计算,驱动力大小一目了然。我们也可以定性分析,钠内流既有浓度差,又有膜内负电吸引膜外的Na+,而钾外流仅有浓度差,膜内负电反而阻止K+外流。这样,通过接头后膜这一结构,再次体会“Na+越内流就越内流,K+越外流就越不外流”。

骨骼肌动作电位的产生

1个囊泡引起接头后膜微弱去极化,即微终板电位(MEPP),个囊泡同时释放引起的去极化电位,即终板电位(EPP)。终板电位是局部电位(强调:不是动作电位),其本身作为一种刺激,引起周围普通肌细胞膜的电压门控钠通道开放,产生动作电位。一定要注意,终板电位不是动作电位。还是那句话,“结构决定功能”,终板膜虽然也是肌细胞膜,但它和普通肌膜不一样,没长快钠通道,又怎么产生动作电位呢?

肌丝和肌管构成了肌细胞,肌管传递信号,肌丝完成收缩

肌管由两部分组成:横管(T管,其实就是肌细胞膜的反折)和纵管(L管,又称肌质网SR,相当于其他细胞的内质网),其中纵管又由两个部分组成:连接肌质网JSR(终池,横管附近的膨大处,储存钙的场所),纵行肌质网LSR(有钙泵存在,肌肉舒张时把钙回收)。在骨骼肌,T+两侧终池=三联管,在心肌,T+单侧终池=二联管。

随着动作电位的传播,骨骼肌横管膜上的L型钙通道兴奋通过“拔塞效应”,打开终池上的RYR1(雷诺丁受体),使得终池的钙释放(完全的内钙释放)。而B在心肌,横管膜上的L型钙通道则需要通过CICR,打开终池上的RYR2,使终池钙释放(外钙诱导的内钙释放),故心肌的收缩必须依赖细胞外液中的钙。

肌管传递兴奋信号,钙闻令释放,最终引起肌丝滑行,完成收缩。肌丝,由粗肌丝(头部和杆部)和细肌丝(肌动蛋白,原肌凝蛋白和肌钙蛋白)构成,当肌细胞内钙浓度升高时,细肌丝的肌钙蛋白与钙结合,解除原肌凝蛋白的“位阻效应”,暴露肌动蛋白与横桥的结合位点,使得横桥与肌动蛋白结合,并脱落下ADP和Pi,进而向粗肌丝M线方向扭动45°,当ATP与横桥重新结合之时,横桥便与细肌丝解离,同时水解ATP,复位到与粗肌丝主干垂直的高势能状态,这整个过程就叫做横桥周期。

既有收缩,便有舒张

“各回各家,各找各妈”,哪来的钙离子,就要回到哪里去,自然骨骼肌和心肌存在不同。骨骼肌的钙都来源于肌质网,便通过LSR中的钙泵,回到肌质网中;而心肌尚有10%-20%的钙离子来自膜外,这些钙存在两种向膜外运输的通道:钙泵和正向钠钙交换(3个钠进,1个钙出),其中正向的钠钙交换,可以抵消钠泵(3个钠出,2个钾进)在正后电位(低常期)的生电作用(电荷抵消了),所以,心肌细胞无低常期!临床上用来强心的洋地黄,就是通过抑制钠泵,进而抑制了正向钠钙交换,激活反向钠钙交换而使得心肌细胞内钙含量增加,以增强心肌细胞的收缩能力。

由钙泵可见,肌肉的舒张亦是耗能过程。

一些问题

1.试想在膜外无钙的情况下,骨骼肌和心室肌的兴奋、收缩是怎样的?

答:此时两者的动作电位均不受影响,骨骼肌可收缩,而心肌不能收缩,即兴奋-收缩脱耦联,同理,可解释心脏低钙停搏,CCB的负性肌力作用。

2.终板电位是局部电位,为何神经-肌肉接头处兴奋性传递是“全或无”式的?

答:注意两者之间存在的先后(因果)关系。终板电位作为一个刺激,当其强度达到阈电位时,周围肌膜才产生动作电位(所以说终板电位本身只会发生去极化,不可能有反极化),而动作电位的传递是“全或无”的。

3.终板电位由钙内流产生?

答:不对!终板电位是由钠内流产生的,钙起到的是耦联作用,并不直接造成终板电位。

4.在无刺激的情况下,终板膜也存在微终板电位,其可能的意义是什么?

答:防止前膜末梢堆积囊泡过多,维持安静情况下末梢内囊泡的动态平衡;维持终板膜的膜电位,使其保持一定的兴奋性。

5.琥珀胆碱作为一种N2型ACh受体激动剂,为何也能产生肌松作用(去极化肌松药)?使用后为何会产生高血钾?

答:琥珀胆碱与神经-肌接头区的胆碱受体结合后很难被胆碱酯酶水解,因此虽然刚开始有短暂的终板膜去极化-复极化——普通肌膜动作电位——肌肉收缩的过程,但之后这个受乙酰胆碱调控的通道就一直处于失活状态(脱敏),不能开放,故而琥珀胆碱的效应就是短暂肌肉收缩,然后持久性肌肉松弛效应。由于琥珀酰胆碱到达全身肌肉的速度不全一样,所以会出现用药早期肌肉不协调颤动。这就是为什么病人用了琥珀胆碱术后会感觉肌肉酸痛,就是之前的肌肉震颤导致的,在使用前注射少量非去极化肌松药可以预防。那么试问,琥珀胆碱中毒,是否能用新斯的明解救?

而在N2型ACh通道短暂持续开放时,钾离子外流积少成多,造成高钾血症。

6.使用肌松药后的肌肉,在受到电刺激(比如电刀)时,是否还会收缩?

一个有意思的问题,还没找到比较确切的答案。

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