动物生理学10.神经系统的功能(上)

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10.Functionofnervoussystem•神经系统(nervoussystem)是人体内占主导地位的调节系统。体内各器官和系统,尽管功能各异,但都在神经系统的直接或间接调控之下,统一协调地完成整体功能活动。•通过神经调节,各系统和器官还能对内、外环境变化做出迅速而完善的适应性反应,调整其功能状态,以整个机体的正常生命活动。•神经系统由中枢神经系统和周围神经系统组成。神经系统的调节功能主要依靠中枢神经系统来完成。10.1神经系统活动的基本原理10.1.1neuronandneuroglia10.1.1.1Neuron神经元的一般结构与功能神经元neuron胞体soma突起processes轴突axon树突dentrites•轴突:轴丘、始段、轴索(含长树突)•神经纤维nervefiber:轴索+髓鞘或神经膜•有髓神经纤维myelinatednervefiber和无髓神经纤维unmyelinatednervefiber神经元的分类根据突起数目•假单极神经元•双极神经元•多极神经元根据功能•感觉神经元或传入神经元•运动神经元或传出神经元•联络神经元或中间神经元根据所含递质的不同•胆碱能神经元•肾上腺素能神经元神经纤维的功能与分类神经纤维的主要功能是传导兴奋,在神经纤维上传导的兴奋或动作电位称为神经冲动(nerveimpulse)神经纤维的传导速度与其直径、有无髓鞘、髓鞘厚度、以及温度的高低等因素有关。神经纤维传导兴奋的特征:完整性绝缘性双向性相对不疲劳性Edanger和Gasser根据神经纤维兴奋传导速度的差异,将哺乳类动物的周围神经纤维分为A、B、C三类,其中A类纤维又分为α、β、γ、δ四个亚类。后来有人在研究感觉神经时,又根据纤维的直径和来源将神经纤维分为I(包括Ia和Ib)、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类,它们分别相当于Aα,Aβ,Aδ,C类后根纤维,但又不完全等同。目前,前一种分类法多用于传出纤维,后一种分类法则常用于传入纤维。神经纤维的分类神经元的轴浆运输axoplasmictransport轴突内的轴浆是经常在流动的,轴浆运输对维持神经元的解剖和功能的完整性具有重要意义轴浆运输可分为自胞体向轴突末梢的顺向轴浆运输和自末梢到胞体的逆向轴浆运输两类,前者可再分为快速和慢速轴浆运输。顺向快速轴浆运输主要运输具有膜结构的细胞器,如线粒体、递质囊泡和分泌颗粒等。速度约为410mm/d慢速轴浆运输轴浆内的可常溶性成分随微管微丝等结构的延伸而发生的移动。逆向轴浆运输运送一些能被轴突末梢摄取的物质,如神经营养因子、狂犬病病毒、破伤风毒素等。•神经的营养性作用•功能性作用(functionalaction)•营养性作用(trophicaction)目前认为,神经的营养性作用是通过神经末梢释放的某些营养性因子作用于所支配的组织而实现的。在实验中,如果在靠近肌肉的部位切断神经,则肌肉的代谢改变发生较早;如果切断部位远离肌肉,则肌肉的代谢改变发生较迟。因为在前一种情况下营养性因子耗尽较快,而在后一种情况下耗尽较慢。营养性因子可能借助于轴浆运输由胞体流向末梢,然后由末梢释放到所支配的组织中。持续用局部麻醉药阻断神经冲动的传导,并不能使所支配的肌肉发生代谢改变,表明神经的营养性作用与神经冲动无关。神经营养因子neurotrophin(NT)神经元能生成营养性因子,维持所支配组织的正常代谢与功能;反过来,神经元也接受一类称为神经营养因子的蛋白质分子的支持,以维持其正常的形态和功能。NT可产生于神经所支配的组织(如肌肉)和星形胶质细胞,它们在神经末梢经由受体介导式入胞的方式进入末梢.再经逆向轴浆运输抵达胞体,促进胞体生成有关的蛋白质,从而发挥其支持神经元生长、发育和功能完整性的作用。目前已发现并分离到多种NT,主要有神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)、脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)、神经营养因子3(NT-3)、神经营养因子4/5(NT-4/5)和神经营养因子6(NT-6)等。•人类神经系统含有1~5x1012个neuroglia,约为神经元数目的10~50倍。•周围神经系统:施万细胞、卫星细胞•中枢神经系统:星形胶质细胞Astrocytes少突胶质细胞Oligodendrocytes小胶质细胞Microglia10.1.1.2神经胶质细胞neuroglia室管膜细胞神经胶质细胞也有突起,但无树突和轴突之分;细胞之间不形成化学性突触,但普遍存在缝隙连接。它们也有随细胞外K+浓度而改变的膜电位,但不能产生动作电位。在星形胶质细胞膜上还存在多种神经递质受体。胶质细胞的功能支持和引导神经元迁移修复和再生作用免疫应答作用形成髓鞘和屏障作用物质代谢和营养作用稳定细胞外的K+浓度参与某些活性物质代谢•人类CNS中有1011个neuron•每个neuron的轴突末梢约形成2000个synapse,则CNS中约有21014个synapse10.1.2.1几种重要的突触传递•根据突触传递媒介物性质的不同可将突触分为化学性突触Chemicalsynapse和电突触两大类•化学性突触又可分为定向性突触directedsynapse(经典突触和神经-骨骼肌接头)和非定向性突触non-directedsynapse(如神经-心肌接头和神经-平滑肌接头)10.1.2Synaptictransmission经典的突触传递classicalsynapse即经典的定向化学性突触突触的细微结构•突触前膜presynapticmembrane•突触后膜postsynapticmembrane•突触间隙synapticcleft突触囊泡synapticvesicle•小而清亮透明的囊泡,内含Ach或AA类递质•小而具有致密中心的囊泡,内含儿茶酚胺类递质•大而具有致密中心的囊泡,内含神经肽类递质递质的释放仅限于活化区,此处膜的形态区别于正常的质膜儿茶酚胺包括去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(Ad)和多巴胺(DA)。突触分类轴突-树突式最为多见轴突-胞体式较常见轴突-轴突式是突触前抑制和突触前易化的结构基础由于中枢存在大量的局部神经元构成的局部神经元回路,因而还存在一些其它类型的突触突触传递过程•当突触前神经元有冲动传到末梢时,突触前膜发生去极化,当去极化达到一定水平时,前膜上电压门控钙通道开放,细胞外Ca2+进入末梢轴浆内,导致轴浆内Ca2+浓度的瞬时升高,由此触发突触囊泡的出胞,引起末梢的量子式释放。•递质释入突触间隙后,经扩散抵达突触后膜,作用于后膜上的特异性受体或化学门控通道,引起后膜对某些离子通透性的改变,使某些离子进出后膜。突触后即发生一定程度的去极化或超极化。从而形成突触后电位。•递质随即被降解或重新摄回轴突末梢•突触小泡的释放过程•动员•摆渡•着位•融合•出胞突触后电位EPSP(Excitatorypostsynapticpotential)局部去极化电位快EPSPNa+和K+的通透性增大,Na+内流为主慢EPSP潜伏期100~500ms,K+电导降低,递质可能是促性腺激素释放激素(GnRH),在交感神经节IPSP(Inhibitorypostsynapticpotential)局部超极化电位突触后膜电位改变的总趋势决定于同时产生的EPSP和IPSP的代数和,当突触后膜去极化并达到阈电位水平时即可爆发动作电位。动作电位发生在轴突始段。突触后神经元的兴奋与抑制影响突触传递的因素•影响递质释放的因素Ca2+的内流;突触前受体;某些毒素•影响已释放递质消除的因素三环类抗抑郁药(如丙咪嗪);有机磷农药•影响受体的因素亲和力;受体数量(上调、下调);拮抗剂(箭毒)突触传递的可塑性synapticplasticity是指突触的形态和功能发生较为持久的改变,被认为是学习和记忆产生机制的生理学基础。•强直后增强突触前末梢在接受一短串高频刺激后,突触后电位持续增大。最长可持续1小时。末梢内Ca2+浓度增大•习惯化和敏感化习惯化重复给予较温合的刺激时,突触对刺激的反应逐渐减弱敏感化重复刺激使突触对原刺激反应增强和延长•长时程增强和长时程压抑长时程增强是指突触前神经元在短时间内受到快速重复的刺激后,在突触后神经元快速形成的持续时间较长的EPSP增强,表现为潜伏期缩短、幅度增高,斜率加大。与强直后增强相比,LPT的持续时间要长得多,最长可达数天;而且是由突触后神经元胞质内的Ca2+增加,而非突触前末梢轴浆内Ca2+增加而引起。长时程压抑是指突触传递效率的长时程降低•long-termpotentiation(LTP)isalong-lastingenhancementinsignaltransmissionbetweentwoneuronsthatresultsfromstimulatingthemsynchronously.•Itisoneofseveralphenomenaunderlyingsynapticplasticity,theabilityofchemicalsynapsestochangetheirstrength.•Asmemoriesarethoughttobeencodedbymodificationofsynapticstrength,LTPiswidelyconsideredoneofthemajorcellularmechanismsthatunderlieslearningandmemory.long-termpotentiation,LTP非定向突触传递non-directedsynaptictransmission串珠状的膨大结构(曲张体)见于支配平滑肌和心肌的神经末梢,或大脑皮层电突触传递Electricalsynapses缝隙连接gapjunction化学突触传递,包括定向性和非定向性突触传递,均以神经递质为媒介物;神经递质须作用于相应的受体才能完成信息传递。10.1.2.2Neurotransmitterandreceptor神经递质Neurotransmitter递质的鉴定:经典的神经递质应符合或基本符合的条件①突触前神经元应具有合成递质的前体和酶系统.并能合成该递质;②递质储存于突触囊泡内,当兴奋冲动抵达末梢时,囊泡内的递质能释放入突触间隙;③递质释出后经突触问隙作用于突触后膜上的特异受体而发挥其生理作用,人为施加递质至突触后神经元或效应器细胞旁,应能引起相I司的生理效应;④存在使该递质失活的酶或其他失活方式(如重摄取);⑤有特异的受体激动剂和拮抗剂,能分别模拟或阻断相应递质的突触传递作用。有些物质(如一氧化氮、一氧化碳等)虽不完全符合上述经典递质的5个条件,但所起的作用与递质完全相同,故也将它们视为神经递质。调质的概念:neuromodulator不在神经元之间直接传递信息,而是增强削弱递质的传递效应。递质共存:戴尔原则(Daleprinciple)应予修正递质的代谢:包括合成、储存、释放、降解、再摄取受体receptor•受体是指位于细胞膜上或细胞内,能与某些化学物质(如递质、调质、激素等)特异结合并诱发生物学效应的特殊生物分子。•配体ligand,能与receptor特异结合的物质,包括激动剂(agonist)和拮抗剂(antagonist)•受体的亚型胆碱能受体可分为M型和N型受体,N受体又分为N1、N2两个亚型。肾上腺素能受体可分为受体和受体,受体又可分为1和2受体亚型,受体又可分为1、2、3受体亚型。受体亚型的出现,表明一种递质能选择件地作用于多种效应器细胞而产生多种多样的生物学效应。•突触前受体presynapticreceptor也称自身受体autoreceptor•受体作用机制膜受体细胞内受体•受体的调节上调upregulation,下调downregulation药物的耐受与受体下调有关主要的递质和

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