章節(jié)神經(jīng)系統(tǒng).ppt

常用術(shù)語(yǔ)1 灰質(zhì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)胞體 含樹(shù)突 的聚集層 2 白質(zhì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)纖維的聚集層 3 神經(jīng)束中樞神經(jīng)系統(tǒng)中功能 起止點(diǎn)相同的神經(jīng)纖維集合體 4 神經(jīng)核中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)神經(jīng)胞體 含樹(shù)突 的集合團(tuán) 5 神經(jīng)節(jié)周圍神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)形態(tài)功能相似的神經(jīng)胞體集合團(tuán) 二 神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化1 從無(wú)到有原生動(dòng)物 腔腸動(dòng)物2 從不定向到定向原始網(wǎng)狀神經(jīng)系統(tǒng) 神經(jīng)胞體聚集成 腦 梯形神經(jīng)系統(tǒng) 腹神經(jīng)索 鏈 的出現(xiàn)3 從簡(jiǎn)單到復(fù)雜簡(jiǎn)單的神經(jīng)反射 三部腦 五部腦的產(chǎn)生 腦彎曲的形成 大腦皮層的發(fā)生 各種生理活動(dòng)在腦部實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制 從神經(jīng)管衍生出的神經(jīng)系統(tǒng)主要部分 第二節(jié)神經(jīng)的興奮與傳導(dǎo) 一 神經(jīng)的生物電現(xiàn)象 生物電生物體在生命話動(dòng)中所表現(xiàn)出的電現(xiàn)象稱為生物電 一 興奮與興奮性1 刺激與興奮能引起機(jī)體活的細(xì)胞 組織活動(dòng)狀態(tài)發(fā)什幾改變的任何環(huán)境因子 均稱為刺激 沖動(dòng)刺激產(chǎn)生的電流經(jīng)神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至效應(yīng)器 引發(fā)效應(yīng)器產(chǎn)生反應(yīng)的電流傳導(dǎo)過(guò)程稱為沖動(dòng) 活組織因刺激能產(chǎn)生對(duì)沖動(dòng)的反應(yīng)稱為興奮 能產(chǎn)生沖動(dòng)的組織稱為可興奮組織 可興奮組織具有產(chǎn)生興奮 沖動(dòng) 的能力 稱為興奮性 引起興奮的條件 1 刺激強(qiáng)度閾強(qiáng)度 剛能引起組織興奮的臨界刺激強(qiáng)度 閾刺激 剛達(dá)到臨界刺激強(qiáng)度的刺激 閾上刺激 高于臨界刺激強(qiáng)度的刺激 閾下刺激 低于臨界刺激強(qiáng)度的刺激 2 刺激時(shí)間適宜刺激時(shí)間 剛好引起組織興奮 刺激時(shí)間短 不能引起組織興奮 刺激時(shí)間愈長(zhǎng) 組織興奮在一定時(shí)間內(nèi)愈強(qiáng) 3 刺激頻率強(qiáng)度隨時(shí)間變化的速率刺激強(qiáng)度上升速率快 易引發(fā)組織興奮 反之 則不易引發(fā)組織興奮 反映組織興奮的特性 閾值高則興奮性低 閾值低則反之 二 靜息電位細(xì)胞處在靜息狀態(tài)時(shí)膜內(nèi)外兩側(cè)存在的電位差 靜息電位 電位差存在是由于 一是在靜息狀態(tài)時(shí)細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性不同 二是細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度分布不同 細(xì)胞膜的極性 膜內(nèi)外的離子濃度的差異導(dǎo)致膜內(nèi)外的電荷的不同 極化 膜內(nèi)外存在電位差的現(xiàn)象 K 平衡電位的大小是由膜兩側(cè)原存在的K 濃度決定的 由于K 在膜處于靜息狀態(tài)時(shí)具有通透性 所以K 被認(rèn)為是靜息電位的平衡電位 神經(jīng)元的靜息膜電位都在 30至 90mV之間 通常把膜兩側(cè)內(nèi)正外負(fù)的狀態(tài) 靜息電位 稱為極化 而膜電位 陰極處 的數(shù)值向負(fù)值減少的方向稱為去極化 陽(yáng)極處 向負(fù)值增大的方向稱為超極化 例如 某種神經(jīng)元的靜息膜電位是 70mV 當(dāng)用適當(dāng)?shù)碾娏魇鼓る娢蛔優(yōu)?90mV時(shí) 我們稱之為超極化如果使膜電位變?yōu)?60mV 則稱之為去極化 將微電極 記錄電極 和參考電極 無(wú)關(guān)電極 都放在大神經(jīng)纖維的外表面上 此時(shí)電位為零 將微電極刺入膜內(nèi)后 立即出現(xiàn) 70毫伏 mV 的電位差 正 負(fù)符號(hào)表示電位的極性 即膜內(nèi)為負(fù) 膜外為正 再將微電極插深一些 電位基本不變 可見(jiàn)電位差主要限于膜的內(nèi)外兩邊 這種電位是當(dāng)軸突 軸索 處于靜息狀態(tài)時(shí)記錄到的 故名靜息膜電位 靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制 靜息電位產(chǎn)生的前提有兩個(gè) 一個(gè)是細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度分布不同 二是在靜息狀態(tài)時(shí)細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性不同 細(xì)胞在安靜狀態(tài)時(shí) 細(xì)胞內(nèi)K 濃度高于細(xì)胞外39倍 細(xì)胞外Na 濃度高于細(xì)胞內(nèi)12倍 在這種情況下 K 必然有一個(gè)向膜外被動(dòng)擴(kuò)散的趨勢(shì) 而Na 有向膜內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì) 細(xì)胞在安靜時(shí) 細(xì)胞膜只對(duì)K 有通透性 于是K 順著它的濃度差由膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散 而膜內(nèi)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)分子不能隨之移出細(xì)胞 K隨著 的外出 造成膜外電位升高 膜內(nèi)電位降低 所形成的外正內(nèi)負(fù)的電場(chǎng)力 K阻止 外流 K 外流增多這種阻力也越大 當(dāng)K促使 外流的擴(kuò)散力和阻止K 外流的電場(chǎng)力達(dá)到相等時(shí) K 的凈外流停止 此時(shí) 膜兩側(cè)的電位差也就穩(wěn)定在某一數(shù)值 此電位差稱為K 的平衡電位 不難理解 K 平衡電位的大小是由膜兩側(cè)原存在的K 濃度決定的 細(xì)胞興奮所產(chǎn)生的電位變化 動(dòng)作電位 動(dòng)作膜電位或鋒電位 三 動(dòng)作電位 1 動(dòng)作電位產(chǎn)生的離子機(jī)制 膜受到刺激時(shí)使N 離子內(nèi)流 引起膜電位變化導(dǎo)致N 離子通道突然開(kāi)放致使膜電位發(fā)生反轉(zhuǎn) 當(dāng)用直流電刺激神經(jīng)時(shí) 神經(jīng)膜電位發(fā)生改變 在陰極和陽(yáng)極處產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的電位變化 稱為電緊張電位 在陰極處引起膜電位降低 產(chǎn)生去極化 陽(yáng)極處引起膜電位升高 產(chǎn)生超極化 若刺激電流增強(qiáng)后 只在陰極處產(chǎn)生一個(gè)可衰減的電位變化稱為局部電位 若刺激電流強(qiáng)度進(jìn)一步加大達(dá)到閾值時(shí) 在陰極處產(chǎn)生一個(gè)不衰減的 全或無(wú) 式的沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的神經(jīng)沖動(dòng) 稱為動(dòng)作電位 即開(kāi)始下降 最后恢復(fù)到靜息膜電位的原先水平 這就是動(dòng)作膜電位的下降相 鋒電位的全部變化過(guò)程持續(xù)約1毫秒 如果在神經(jīng)的一端進(jìn)行刺激 膜電位即發(fā)生迅速的變化 叫做動(dòng)作膜電位或鋒電位 首先是膜電位由 70毫伏的靜息水平迅速減少至零 然后是膜電位的極性發(fā)生倒轉(zhuǎn) 由內(nèi)負(fù)外正變成內(nèi)正外負(fù) 頂端達(dá)到 40毫伏 倒轉(zhuǎn)的部分又叫超射所以動(dòng)作膜電位的全部上升相 亦即鋒電位的振幅 為110毫伏 動(dòng)作膜電位上升到頂端后 圖示 改變細(xì)胞外液Na 濃度 則動(dòng)作電位的時(shí)程和大小所發(fā)生的變化 1 部分替代 超射減少 2 替代50 超射幾乎減一半 3 替代2 3 超射幾乎完全消失 電壓鉗實(shí)驗(yàn)證明 當(dāng)膜受到一個(gè)閾電位刺激時(shí) 膜對(duì)Na 通道先于K 通道被激活 并迅速增大 500倍 致使Na 在膜內(nèi)外的濃度梯度迅速發(fā)生變化 使膜兩側(cè)的電位差急劇變小 膜電位差逐漸減小至零 出現(xiàn)膜極化狀態(tài)的倒轉(zhuǎn) 即由原來(lái)的膜外電位為正 腹內(nèi)電位為負(fù)的狀態(tài) 反轉(zhuǎn)為膜外電位為負(fù) 膜內(nèi)電位為正 膜電位發(fā)生反轉(zhuǎn) 內(nèi)正外負(fù) 的電勢(shì)差阻止了Na 的進(jìn)一步向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散 并最終達(dá)到了新的平衡 Na 的平衡電位 K 通道開(kāi)放的速率比Na 慢 其通透性的增加也較緩慢 K 的外流對(duì)抗了Na 的內(nèi)流 隨著Na 通道的逐漸失活 K 的外流超過(guò)Na 的內(nèi)流 膜電位又開(kāi)始逐漸恢復(fù)到靜息狀態(tài) 復(fù)極化 電壓鉗技術(shù) 是Cole等人設(shè)計(jì)的一種記錄膜離子電流的技術(shù) 資料 電壓鉗原理 資料 當(dāng)電容 C 電流為0時(shí) 膜電流 Im 等于各種離子電流總和 Iion 當(dāng)兩電極所測(cè)得的膜電流 I 與記錄電位 E 之差 經(jīng)電壓 電流轉(zhuǎn)換器 FBA 補(bǔ)償至膜內(nèi)以維持膜電位不變 所記錄的補(bǔ)償電流即膜電流的負(fù)值 該技術(shù)只能用于大神經(jīng)纖維 資料 從一端插入兩電極 另一端結(jié)扎 從纖維中部插入兩電極 從纖維兩端插入電極 資料 離子電導(dǎo)和Hodgkin Huxley模型 一 離子電導(dǎo) gNa或gK 討論不同離子的電導(dǎo)時(shí)通常使用線形函數(shù)關(guān)系式來(lái)表示 稱為弦電導(dǎo) 定義離子電導(dǎo)為 gNa INa E ENa 鈉離子電導(dǎo) 離子電流 膜電位 鈉的平衡電位 gK INa E EK 鉀離子電導(dǎo) 離子電流 膜電位 鉀的平衡電位 弦電導(dǎo)只在線性狀態(tài)下成立 而斜率電導(dǎo)則無(wú)論電壓與電流呈什么關(guān)系均成立 資料 去極化呈S型曲線上升 復(fù)極化呈指數(shù)曲線下降 鉀電導(dǎo) 資料 以一階動(dòng)力學(xué)方程來(lái)模擬去極化時(shí)的鉀離子電導(dǎo)曲線 一階動(dòng)力學(xué)方程 常微分方程 中n和t表達(dá)一種比例關(guān)系 n可視為t的函數(shù) 關(guān)于n的物理意義 被認(rèn)為n代表了某種粒子或過(guò)程處于正確位置時(shí)才能打開(kāi)鉀通道的概率 根據(jù)曲線推測(cè)有4個(gè)基本離子在膜電場(chǎng)作用下移動(dòng)到某一特定位置時(shí) 如通道位置 才能打開(kāi)一個(gè)鉀通道 它的概率為n4 資料 計(jì)算參數(shù) n和 n 資料 鈉電導(dǎo) 需要3個(gè)離子處在鈉通道正確位置的概率 鈉電導(dǎo)的最大值 飽和電導(dǎo) 活化參數(shù) 失活參數(shù) 資料 資料 鈉電流 鈉電導(dǎo) 膜電位即動(dòng)作電位 鈉平衡電位 鉀電流 鉀電導(dǎo) 膜電位 鉀平衡電位 漏電流 漏電導(dǎo) 膜電位 漏平衡電位 鈉電導(dǎo) 鈉飽和電導(dǎo) 3個(gè)離子處在鈉通道正確位置的概率 鉀電導(dǎo) 鉀飽和電導(dǎo) 4個(gè)離子處在鉀通道正確位置的概率 資料 2 電壓門(mén)控離子通道細(xì)胞膜上存在離子通道是可興奮細(xì)胞的特征之一 通道對(duì)跨膜電位變化敏感并能作出反應(yīng) 這類離子通道統(tǒng)稱為電壓門(mén)控通道 如Na K 和Ca2 通道等 離子通道的作用 產(chǎn)生神經(jīng)元的電信號(hào) 調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的分泌 將細(xì)胞外的電刺激 化學(xué)刺激及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電反應(yīng) 2020 3 14 34 磷脂膜 頭端 極性磷酸鹽 親水 尾端 非極性碳?xì)浠衔?疏水 離子通道的基本特性 對(duì)離子的特異性和對(duì)調(diào)節(jié)的易感性 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)構(gòu)成的電壓門(mén)控通道 貫穿神經(jīng)細(xì)胞磷脂膜 胞液 多肽亞基 蛋白質(zhì)的構(gòu)建 初級(jí)結(jié)構(gòu) 次級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu) 不同的離子通道是互相獨(dú)立的 有實(shí)驗(yàn)證明 各種離子有各自獨(dú)立的通道 互不影響 如 鈉電流和鉀電流可以用TTX 河豚毒素 用以阻止鈉通道 和TEA 四乙胺 阻鉀通道 等藥物將它們分離出來(lái) 而且互不影響 鈉電流和鉀電流有各自不同的動(dòng)力學(xué) 用鏈霉蛋白酶處理神經(jīng)后 對(duì)鈉通道的失活化產(chǎn)生影響 甚至失活化效應(yīng)消失 而對(duì)鉀電流無(wú)影響 資料 資料 通道是孔洞而不是載體 認(rèn)為離子通道是孔洞的證據(jù)有 通道的電導(dǎo)高于載體的電導(dǎo) 且電阻率很低 通道允許離子流動(dòng)的最大速度高于載體 溫度效應(yīng) 鈉電導(dǎo)和鉀電導(dǎo)隨溫度變化的Q10約1 2 所需能量小于12558J mol 而離子通過(guò)人工雙層脂膜的載體所需能量為66976J mol 相應(yīng)的Q10約2 4 通道專一性 如果通道是載體 比如是鈉離子載體 那么它只能專一性地結(jié)合Na 通過(guò)膜再卸下 如果通道是孔洞 比如鈉離子通道 它主要通過(guò)Na 但是別的一些離子也能通過(guò) 只是通過(guò)的量少一些而已 資料 離子通道的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 離子通道是蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)有 用蛋白酶處理后 可使通道的性質(zhì)改變 如鏈霉蛋白酶可使鈉通道失活化效應(yīng)消失 通道中由含有功能性巰基和羧基側(cè)鏈的蛋白質(zhì)構(gòu)成的 鈉通道中有氨基酸殘基 發(fā)育過(guò)程中通道功能的產(chǎn)生可以用蛋白質(zhì)抑制劑所阻止 在胚胎發(fā)育早期用藥物阻斷蛋白質(zhì)合成 則許多離子通道不能產(chǎn)生 簡(jiǎn)單的肽類可形成特異性離子通道 資料 通道對(duì)離子通透的特異性依賴于孔洞大小 離子形成氫鍵的能力及通道內(nèi)位點(diǎn)相互作用的強(qiáng)度 通道對(duì)離子通透性的高低不一定與離子半徑大小絕對(duì)相關(guān) 如Na 直徑大約0 19 K 直徑約0 266nm K 可通過(guò)鈉通道 而Na 不能通過(guò)鉀通道 直徑最小的H 也不能通過(guò)鈉通道 其原因是 Na 通常以水合離子存在 完全脫水需要很大的能量 又不能與通道管壁契合 因此在通道中的Na 能量要比在水中的大得多 這樣 Na 就很難進(jìn)入鉀通道 一些含有 OH基 NO基 NH2基等基團(tuán)的化合物能夠提供質(zhì)子與鈉通道內(nèi)壁上的帶負(fù)電的氧原子形成氫鍵 這樣就降低了這類化合物的直徑 從而可以通過(guò) 而 CH3基類化合物不能提供質(zhì)子形成氫鍵 從而形成水合分子 脫水需要較高的能量 因此很難通過(guò)鈉通道 由于鈉通道內(nèi)壁上的負(fù)性基因在酸性時(shí) pH 5 2 可能喪失活性 從而降低其對(duì)陽(yáng)離子的引力 因而H 不但本身不能通透 還會(huì)抑制其他陽(yáng)離子通透 資料 資料 膜片鉗 65 資料 鈉鉀泵 細(xì)胞膜電位的恢復(fù)與膜上存在的Na K 泵有關(guān) 在該泵的作用下 將動(dòng)作電位期間內(nèi)流的Na 排出 外流的K 重新移人膜內(nèi) 恢復(fù)了原來(lái)膜內(nèi)外離子分布的濃度 重建膜的靜息電位 四 神經(jīng)細(xì)胞興奮性的變化1 動(dòng)作電位的時(shí)相動(dòng)作電位在回到靜息狀態(tài)時(shí)伴有一系列震蕩過(guò)程 動(dòng)作電位一般由 負(fù)后電位和正后電位等不同時(shí)相組成 絕對(duì)不應(yīng)期 歷時(shí)約0 3ms 這時(shí)無(wú)論給于的第二次刺激的強(qiáng)度有多大 都不能引起它的再次興奮 相對(duì)不應(yīng)期 歷時(shí)約3ms 在此期間用超過(guò)正常閾值強(qiáng)度的刺激能引起組織的興奮 超常期 歷時(shí)約2ms 低于閾值的刺激能夠引起第二次興奮 低常期 歷時(shí)70ms 興奮性較正常時(shí)低 刺激的閾值需高于正常的閾值 相當(dāng)于正后電位時(shí)期 不應(yīng)期的存在表明 單位時(shí)間內(nèi)組織只能產(chǎn)生一定次數(shù)的興奮 2 奮后興奮性的變化刺激引起組織一次興奮后 組織興奮性的變化依次經(jīng)歷 3 總和當(dāng)給予神經(jīng)纖維單個(gè)閾值刺激時(shí) 不能引起神經(jīng)纖維的興奮 但如果同時(shí)或相繼給予神經(jīng)纖維兩個(gè)或多個(gè)閾下刺激時(shí) 則可能引起組織的興奮 這種現(xiàn)象稱為總和 二 神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo) 一 神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的基本特征神經(jīng)沖動(dòng)具有全或無(wú)的性質(zhì) 刺激小于閾電位時(shí) 將不會(huì)有沖動(dòng)發(fā)生 當(dāng)刺激等于閾電位時(shí) 將產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)布的動(dòng)作電位 在兩者之間沒(méi)有中間狀態(tài) 即 全 或 無(wú) 一般特征 生理完整性神經(jīng)纖維在結(jié)構(gòu)與生理功能上都是完整的 如不完整會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)阻滯 2 雙向傳導(dǎo)刺激神經(jīng)纖維的任何一點(diǎn) 所產(chǎn)生的沖動(dòng)均可沿纖維向兩側(cè)方向傳導(dǎo) 但在正常機(jī)體內(nèi) 沖動(dòng)的傳遞則是單向的 3 非遞減性由于神經(jīng)傳導(dǎo)的能量來(lái)源于興奮神經(jīng)的本身 在傳導(dǎo)過(guò)程中 鋒電位的幅度和傳導(dǎo)速度不因距離興奮點(diǎn)漸遠(yuǎn)而有所減小 4 絕緣性在并行的神經(jīng)纖維之間 有髓鞘隔離不會(huì)相互干擾 5 相對(duì)不疲勞性神經(jīng)具有相對(duì)不易疲勞的特性 二 神經(jīng)沖動(dòng)在同一細(xì)胞中的傳導(dǎo) 神經(jīng)細(xì)胞膜受到有效刺激后 產(chǎn)生的動(dòng)作電位能夠沿膜向周圍傳導(dǎo) 從而產(chǎn)生局部電流 一種學(xué)說(shuō) 引起周圍細(xì)胞膜也去極化 其電位低于鄰近尚未去極化的部位 于是在去極化和未去極化部位之間便出現(xiàn)了電位差 產(chǎn)生了局部電流的流動(dòng) 電流 這種局部電流對(duì)于膜的未興奮部位也會(huì)形成有效的刺激 于是引起鄰近部位的膜的興奮 局部電流的形成 膜因去極化導(dǎo)致其極化區(qū)的電位低于鄰近尚