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1.2 课后习题及详解
1 简述静息电位和动作电位的形成机制及传导特征有何不同。
答： （1）静息电位
①释义
静息电位是指细胞未受刺激时存在于细胞膜两侧的电位差。由于这一电位差存在于安静细胞膜的两侧，故又称为跨膜静息电位或膜电位。
②形成机制
静息电位主要是K ＋ 外流所形成的电-化学平衡电位。细胞内外Na ＋ 和K ＋ 的分布不均匀，细胞外Na ＋ 浓度高而细胞内K ＋ 浓度高，安静时膜对K ＋ 的通透性远大于Na ＋ ，K ＋ 顺浓度梯度外流，从而以膜为界的内负外正的电位差，这种电位差产生后，可阻止K ＋ 进一步向外扩散，使膜内外电位差达到一个稳定的数值，即静息电位。
（2）动作电位
①释义
动作电位是指细胞受到刺激而兴奋时，细胞膜在原来静息电位的基础上发生的一次迅速、短暂、可向周围扩布的电位波动。
②形成机制
a．上升支。当细胞受刺激而兴奋时，膜对Na ＋ 有选择性通透，Na ＋ 顺浓度梯度内流，形成锋电位的上升支。
b．下降支。当膜去极化到达峰值时，Na ＋ 通道迅速失活而关闭，此时，膜对K ＋ 的通透性增大，于是膜内的K ＋ 顺浓度差和电位差外向扩散，使膜内电位迅速下降，直至膜复极化到静息电位水平。K ＋ 外流形成了动作电位的下降支。
c．复极化。膜对K ＋ 的通透性恢复正常，Na ＋ 通道失活状态解除，并恢复到可激活状态。钠泵激活，将进入膜内的Na ＋ 泵出细胞，同时把扩散到膜外的K ＋ 泵入细胞，从而恢复静息时细胞内外的离子分布，以维持细胞的正常兴奋性。
（3）不同点
动作电位与静息电位相比具有以下特征：
①生理完整性。神经传导首先要求神经纤维在结构和生理功能上都是完整的。由于一些原因致使神经纤维局部结构或机能发生改变，神经的传导则中断。
②双向传导。刺激神经纤维的任何一点，所产生的神经冲动均可沿纤维向两侧方向传导，这是因为局部电流可向两侧传导的缘故。
③不衰减和相对不疲劳性。在传导过程中，锋电位的幅度和传导速度不因传导距离增大而减弱，也不因刺激作用时间延长而改变。这是因为神经传导的能量来源于兴奋神经本身。
④绝缘性。在神经干内包含有许多神经纤维，而神经传导各行其道互不干扰，绝缘性主要由于髓鞘的存在。
2 试述肌肉分子结构及肌肉收缩的肌丝滑行理论。
答： （1）肌肉分子结构：肌肉→肌束→肌纤维→肌原纤维→肌小节。
①肌束
肌束由肌纤维和肌膜组成。每条肌纤维外面被一层薄膜所包裹，这层薄膜称肌膜，肌膜相当于细胞膜，肌膜内有肌浆和多个细胞核。
②肌纤维
肌肉是由成束排列的肌细胞组成，肌细胞外形呈长圆柱形状，又称肌纤维，是肌肉结构和功能的基本单位。
③肌原纤维
a．形态特征
肌原纤维呈长纤维状，纵贯于肌纤维全长，直径约1～2μm。
b．明带与暗带
在显微镜下可见每条肌原纤维全长都呈现有规则的明暗交替，分别称为明带（I带）和暗带（A带）。在肌原纤维上，暗带长度比较固定，其中间有一个较透明的区域，为H区，H区中间有一横向暗线称为M线；明带长度可变，其中央有一条横向的暗线称为z线。
c．肌管系统
肌管系统是指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构。
第一，横管系统，与肌原纤维相垂直，又称T管，它由肌膜向细胞内凹入而成，其作用是将肌细胞兴奋时出现在细胞膜上的电位变化传入细胞内。
第二，纵管系统，与肌原纤维平行，又称L管，纵管包绕每个肌小节的中间部分，在近横管时管腔膨大成终池。每一横管和两侧的终池构成三联管结构。纵管和终池是Ca 2 ＋ 的贮存库，在肌肉活动时实现Ca 2 ＋ 的贮存、释放和再积聚。
④肌小节
肌小节是指两相邻z线间的一段肌原纤维。它包括中间的暗带和两侧各1/2的明带。肌小节又是由更微细的平行排列的粗肌丝和细肌丝组成的。
a．粗肌丝：粗肌丝主要由肌球蛋白分子组成。
b．细肌丝：细肌丝至少由三种蛋白质分子组成。一种称肌动蛋白，构成细肌丝的主体。它和肌球蛋白都被称为收缩蛋白。另两种蛋白质分别称为原肌球蛋白和肌钙蛋白，它们对肌丝滑行起着调节作用，故又被称为调节蛋白。
（2）肌丝滑行理论
该理论认为，肌肉收缩时虽然外观上可以看到整个肌肉或肌纤维的缩短，但在肌细胞内并无肌丝或它们所含的分子结构的缩短或卷曲，而只是在每个肌小节内发生细肌丝向粗肌丝之间的滑行，出现明带的长度缩短，而暗带长度不变，相应H区变窄，即由z线发出的细肌丝在某种力量的作用下主动向暗带中央移动，结果各相邻z线都互相靠近，肌小节长度变短，造成整个肌原纤维、肌细胞乃至整条肌肉长度缩短。
3 试比较不同类型肌纤维结构、代谢和功能特点有何不同。
答： （1）不同类型肌纤维的结构特点
①纤维直径
一般情况下人类绝大部分骨骼肌中Ⅰ型纤维的直径略小于Ⅱ型纤维，但这一规律取决于取样分析的肌肉并受性别、年龄及身体活动状态等因素影响。
②Z线宽度和M线的超微结构
有研究表明，人类Ⅰ型骨骼肌纤维的Z线和M线较宽，且M线在电子显微镜下显示5条高密度线；Ⅱa型纤维的Z线宽度居中，M线由3条高密度线和2条极低密度线组成；而Ⅱb型纤维的Z线宽度最窄，M线由3条高密度线和2条极低密度线组成。
③肌浆网与肌原纤维含量
Ⅱ型肌纤维的肌浆网较Ⅰ型肌纤维发达。Ⅱ型纤维肌原纤维含量较Ⅰ型纤维多，收缩时可产生较大的收缩力。
④线粒体和毛细血管
Ⅰ型肌纤维的线粒体数量较Ⅱ型肌纤维多且直径大，同时Ⅰ型肌纤维周围的毛细血管分布比Ⅱ型肌纤维多，故Ⅰ型肌纤维的血液供应较Ⅱ型肌纤维好。
（2）代谢特点
①代谢底物
a．三酰甘油与糖原
慢肌三酰甘油含量较快肌高。不同类型肌纤维及其亚型之间肌糖原含量无明显差异，但是部分动物如大鼠的快、慢肌纤维其亚型之间肌糖原含量明显不同。
b．ATP和CP
有研究表明在人类骨骼肌中，慢肌纤维的ATP和CP含量略高于快肌，而在部分动物如大鼠肌肉中，快肌纤维的ATP含量及CP含量高于慢肌纤维。
②代谢酶活性
快肌纤维中参与无氧代谢过程的酶活性较慢肌纤维高；慢肌纤维中参与有氧氧化过程的酶活性高于快肌纤维。
（3）功能特点
①收缩速度
有关肌纤维百分构成与收缩速度关系的研究发现，肌肉中快肌纤维百分比较高者，其收缩速度也较快。
②收缩力量
肌肉收缩力大小取决于肌肉的横断面积并受肌纤维类型等因素影响，多数研究认为动物快肌收缩力量明显大于慢肌，但人类不同类型肌纤维收缩力量的差异尚不完全清楚。
③抗疲劳性
慢肌纤维抗疲劳能力强于快肌纤维。
4 简述肌肉收缩的“力量-速度关系”曲线。
答： （1）释义
力量-速度关系曲线，又称张力-速度曲线，是指肌肉在后负荷作用下表现的张力与速度的这种关系描绘在直角坐标系上可得到一条曲线。如果以肌肉开始缩短的张力和初速度为指标，会发现后负荷（即肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力）越大，肌肉产生的张力也越大，肌肉缩短开始也越晚，缩短的初速度也越小；反之亦然。
（2）结论
①在一定的范围内，肌肉收缩产生的张力和速度大致呈反比关系。
②当后负荷增加到某一数值时，张力可达到最大，但收缩速度为零，肌肉只能做等长收缩。
③当后负荷为零时，张力在理论上为零，肌肉收缩速度达到最大。
（3）意义
肌肉收缩的张力-速度关系提示，要获得收缩的较大速度，负荷必须相应减少；要克服较大阻力，即产生较大的张力，收缩速度必须减慢。
（4）曲线的决定因素
肌肉收缩的张力-速度关系是由肌肉的性质决定的。肌肉收缩产生张力的大小取决于活化的横桥数目，而收缩速度则取决于横桥上能量释放的速率。
5 试分析不同电极记录到的肌电图的异同点。
答： 肌电图是指采用引导电极将肌肉兴奋时的电变化经过引导、放大和记录所得到的电压变化图形。常规的记录电极是通过针电极或表面电极进行的。
（1）相同点
都是为了测量和记录生物机体的生物电位或电流而安置在机体和测量仪器之间的肌电界面。
（2）不同点
①采集方式不同
a．针电极引导出的肌电图是将针电极插入肌肉检测记录到的，直接从肌组织中引导出来的肌电信号，可记录单个运动单位甚至单个肌纤维的电活动。
b．表面电极通常采用两块Ag-AgCI圆片作为引导电极，直接固定在被测肌肉皮肤表面。
②优缺点不同
a．针电极干扰小、定位性好、易识别。但引导区域太局限，针进入体内时有疼痛感，不适合记录运动时肌电图。
b．表面电极能在一定的程度上反映神经肌肉的活动，同时具有操作简便、无损伤和无痛苦等优点，但不能引导记录肌肉深部的电活动。