第3章-神经元通讯

神经系统由神经元组成的通讯网络系统，通过其电信号的联络和传递，使全身各器官、系统的功能能得以有效的沟通，实现神经元的长距离和短距离通讯作用。第三章神经元通讯神经系统是由众多的神经细胞组成的庞大而复杂的信息网络系统，联络和调节机体各系统和器官的功能。从功能上，神经系统可以分为三个环节，即传入神经、中枢神经和传出神经。第一节突触信号的传递现代医学神经科学的一个根本问题，就是神经元之间或神经元与效应器之间的信息传递。神经元之间在结构上缺乏原生质的直接沟通，在功能上却存在密切的联系，其间的信息传递必须依靠神经末梢释放的化学物质或电流扩布来进行传递。一、概述（一）、突触的概念突触（synapse）：是神经元与神经元之间、神经元与效应细胞之间、感受细胞与神经元之间，相互联系与信息传递的特化结构和区域，在神经信息的处理中处于关键地位。一个中枢神经元可通过大量突触，接受众多的输入信息，但同一神经元表面不同部位形成的突触，却各有不同的机能意义，一般讲，一个神经元所接受不同来源的输入，都有其特殊的结构形式和终止部位。小脑一个浦肯耶细胞茂密的树突分支和树突棘,要接受来自800000个颗粒细胞兴奋性较弱的轴突末梢的作用，它们与浦肯耶细胞的胞体和树突形成广泛的接触，使之产生超过其它输入的强烈兴奋。（二）、突触的类型1.化学性突触2.电突触突触传递的基本方式兴奋性突触抑制性突触突触传递的后续效应1、化学性突触（1）定向突触(directedsynapse)解剖定向突触(anatomicallyaddressedsynapse)这类突触有典型的突触结构，当信息传递时，神经信息以最短的距离(25~35nm)通过突触间隙进行传递。化学性突触的基本结构突触前膜突触间隙突触后膜大、小突触小泡受体神经递质神经-骨骼肌接头定向突触：高效而定位准确的线性传递(wiringtransmission)囊泡格栅（2）非定向突触(non-directedsynapse)化学定向突触(chemicallyaddressedsynapse)这类突触无典型的突触结构，当信息传递时，神经递质直接释放于细胞外间隙，在细胞间液内靠梯度扩散，作用于近处或较远处靶细胞进行传递，也称为容积传递(volumetransmission)，它们作用的起效时间较慢，持续时间较长，作用范围较广。（3）、特殊类型的化学突触①平行性突触(parallelsynapse)：两个神经元间的接触面出现两个以上的接触点。②交互性突触(reciprocalsynapse)：同一个突触间隙两侧的突触膜上,有相反方向的传递点。③自突触：一个神经元的突起与自身的突起间形成的突触。④连续性突触(serialsynapse)：在很短距离内有3~4个连续排列的突触,组成突触串。⑤突触小球(synapticglomerulus)：神经元突起间形成球状复杂的突触区。2.电突触(electricalsynapse)结构基础：细胞间的缝隙连接。相邻的神经膜间距离约2nm，其间有桥状的连接蛋白贯穿，是二个N元胞浆的水通道蛋白，允许带电离子通过，电阻低。机能意义使相邻的许多神经成分的活动同步化。传递过程：电-电(发生电紧张性传递)。传递特征：双向性，速度快。（三）、神经递质的受体膜受体核受体1.受体的分类Ⅰ型Ⅱ型解剖学亚细胞定位直接作用间接作用2.受体与突触信息传递受体的功能活动形式（1）突触后受体（2）突触前受体①自身受体（autoreceptor）：接受自身N释放的递质②同源受体（homoreceptor）：接受邻近N释放的相同递质③异源受体（heteroreceptor）：接受不同N释放的不同递质根据对其作用递质的不同来源分类：3.受体的可塑性变化受体内化(internalizatio)/内移：配体+受体降解/再循环受体的可塑性变化：配体+受体数量/反应性二、化学性突触信号的传递（一）化学性突触信号传递的基本过程①突触前神经元兴奋、动作电位抵达神经末稍，引起突触前膜去极化。②去极化使突触前膜电压门控Ca2+通道开放，Ca2+内流。③突触囊泡前移、搭靠，并与前膜接触、融合。④囊泡内神经递质以胞裂外排方式释放到突触间隙。1.化学性突触区信号传递突触前过程2.化学性突触区信号传递突触后过程①从间隙扩散到达突触后膜的递质，作用于后膜的特异性受体或化学门控式通道。②突触后膜离子通道开放或关闭，引起跨膜离子电流。③突触后膜电位发生变化，引起突触后神经元兴奋性的改变。④递质与受体作用之后立即被分解或移除。（二）神经递质的释放Ca2+是前膜兴奋与递质释放过程的触发因子，Ca2+在触发囊泡递质释放过程中可能涉及多种特殊蛋白质的参与而发挥其作用：（1）内流的Ca2+可降低轴浆粘度，以利囊泡前移。（2）Ca2+能消除突触前膜上的负电位，促进囊泡与前膜搭靠、融合和胞裂。（3）Ca2+是囊泡释放过程中起信使作用的物质。Ca2+是内流量与前膜去极化的程度成正变关系。神经递质释放量与Ca2+内流量成正变关系，但非一般线性关系。递质与突触后膜上的受体结合后，引起的突触后膜的电位变化，具有局部电位的性质。快突触后电位(FPSP)：产生迅速而历时短暂，完成神经元间的快通讯。慢突触后电位(SPSP)：产生缓慢而历时长久，起调制快的突触传递的功效。（三）突触后神经元电活动的变化1.突触后电位（postsynapticpotential,PSP）的概念：突触后电位的时程取决于许多因素，如突触间隙中递质浓度变化的时程，离子通道的动力学(或称为突触事件)及膜的时间常数。2.突触后电位的时程：抑制性递质引起的突触后膜的局部超极化。3.突触后电位的类型：抑制性突触后电位（IPSP）：兴奋性递质引起的突触后膜的局部去极化。兴奋性突触后电位（EPSP）：突触激活时，在突触后流经所有被开放着的递质离子门控通道产生的电流之和，称为突触后电流（postsynapticcurrent），它们所形成的总电位差，称突触后电位。抑制性突触后电流(IPSC)：兴奋性突触后电流(EPSC)：由Na+和K+同时跨膜移动的净效应由Cl-或K+顺电化学梯度跨膜移动的结果突触区兴奋性信号的传递突触前神经元兴奋突触前膜去极化前膜Ca2+通道开放,Ca2+内流突触小泡前移，前膜融合胞裂外排,释放兴奋性递质递质与后膜的受体结合,提高后膜对Na+和K+的通透性Na+内流,引起后膜去极化,产生EPSPEPSP总和阈电位轴丘处爆发动作电位后神经元兴奋突触区抑制性信号的传递突触前神经元兴奋突触前膜去极化前膜Ca2+通道开放,Ca2+内流突触小泡前移，前膜融合胞裂外排,释放抑制性递质递质与后膜的受体结合,提高后膜对Cl-或K+的通透性Cl-内流,引起后膜超极化,产生IPSP后神经元抑制神经元将每个瞬间发生的所有EPSP和IPSP，不断的进行空间与时间的总和，并加以精确平衡，而后决定是否输出动作电位的整个过程，该过程称为突触的整合（synapticintegration）。1.突触水平的整合作用是神经元间通讯的基础（四）突触水平的整合在中枢神经系统中，一个神经元常与其他多个神经末梢构成许多突触。在这些突触中，有的是兴奋性突触，有的是抑制性突触，他们分别产生的EPSP与IPSP可在突触后神经元的胞体进行整合。突触后神经元的状态实际上取决于同时产生的EPSP与IPSP代数和的总和。如果，EPSP占优势并达阈电位水平时，突触后神经元产生兴奋；相反，若IPSP占优势，突触后神经元则呈现抑制状态。①空间总和(spacialsummation)：指神经元上相邻区的几个突触，同时活动所产生的多个突触后电位的总和。2.突触后电位的总和是突触整合的简单形式②时间总和(temporalsummation)：指神经元的某一突触连续激活时，相继产生的多个突触后电位的总和。轴突始段含有电压依赖性Na+通道，且其分布密度很高，且轴突始段是触发动作电位的最低阈值区，并决定动作电位的发生与否。轴突始段处发生的顺向传导锋电位,可完成神经元间的通讯，而逆向传导所引起的胞体动作电位，则可清除残留在胞体的突触后电位，以便根据新的输入，建立新的兴奋和抑制关系。3.轴突始段是突触后整合作用的关键部位突触的位置，尤其是兴奋性突触和抑制性突触的位置,是影响突触整合作用的关键因素之一。位于胞体和轴突始段附近的抑制性突触，可显著衰减EPSC,能有效的控制突触后神经元的输出；而位于树突远端的抑制性突触,则只能产生微弱的影响。4.突触的位置和树突的性质对突触后电位整合作用的影响1）突触的位置2）树突的性质①树突的被动电学特性（树突的直径；胞浆电学性质；离子通道开放的总数）对信号有明显的衰减作用。②树突的主动电学特性（电压依赖性Na+通道和Ca2+通道的数量）可影响突触后电位。（一）重摄取与神经递质转运体神经元与其支配的靶细胞间要进行精细的化学信号传递，必须严格调节突触间隙内的神经递质的浓度与持续时间，突触传递的终止依赖于递质的清除。重摄取：酶促降解：递质清除的两种机制：神经末梢和胶质细胞膜上的递质转运体或蛋白转运子将递质摄取回储存起来，终止对膜受体的持续效应。通过递质分解酶，将递质进行酶促降解，终止其效应。三、神经递质的重摄取与递质囊泡的回收（二）递质囊泡膜的回收和囊泡再循环当轴突末梢受到短暂(250ms)或长时间去极化作用时，囊泡膜可通过出胞的倒转和入胞作用等不同的机制回收。在囊泡再循环进行时，囊泡再循环过程并不需要囊泡膜完全融合于突触前膜，就可立即形成独立的囊泡。四、神经肌肉接头传递五、突触的可塑性化学性突触传递易受环境因素的影响,特别是它们的传递能力,可受它自身已进行过传递活动的影响,此特点称为突触可塑性(synapticplasticity)。突触可塑性的表现形式可能涉及突触前及突触后的一些相关机制。1.突触易化(synapticfacilitation)当突触前膜接受一短串刺激时，虽每个刺激都引起递质的释放，但后来的刺激所引起递质释放量，比前面刺激引起的释放量要多，引起的突触后电位更大，然而此效应消失得也很快，只能维持数十到数百毫秒。机制：概念：一般认为是由前面刺激在突触前末梢造成的Ca2+内流尚未恢复到原来的平衡状态。2.突触压抑(synapticdepression)与突触易化相当对应，突触前膜接受一短串刺激时，引起的突触后电位逐步减小的现象。机制：概念：突触前膜递质释放量增加过多导致递质耗竭，递质释放效率下降有关。3.突触强化(synapticpotentiation)较长时间的连续强直刺激之后，在此期间来到的对突触前末梢的刺激，将引起较大的突触后反应，且可延续数秒或更长时间。机制：概念：凡造成突触前Na+的蓄积和延长它的持续时间，都可促进突触强化的出现，进而引起Ca2+浓度的升高，导致囊泡排放数量增加。4.长时程增强(long-termpotentiation,LTP)长时程压抑(long-temdepression,LTD)由于突触连续活动，而产生的可延续数小时，乃至数日的该突触活动的增强或降低的现象。