章節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)

章節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)第一頁，共54頁。二、神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化1、從無到有原生動物——腔腸動物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、從簡單到復(fù)雜簡單的神經(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——各種生理活動在腦部實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制。第二頁，共54頁。第三頁，共54頁。第四頁，共54頁。第五頁，共54頁。從神經(jīng)管衍生出的神經(jīng)系統(tǒng)主要部分第六頁，共54頁。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中所表現(xiàn)出的電現(xiàn)象稱為生物電。第七頁，共54頁。（一）興奮與興奮性

1.刺激與興奮

能引起機(jī)體活的細(xì)胞、組織活動狀態(tài)發(fā)什幾改變的任何環(huán)境因子，均稱為刺激。★沖動

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)過程稱為沖動。★活組織因刺激能產(chǎn)生對沖動的反應(yīng)稱為興奮。能產(chǎn)生沖動的組織稱為可興奮組織?！锟膳d奮組織具有產(chǎn)生興奮（沖動）的能力，稱為興奮性。第八頁，共54頁。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）刺激時間

適宜刺激時間：剛好引起組織興奮。 刺激時間短：不能引起組織興奮。 刺激時間愈長：組織興奮在一定時間內(nèi)愈強(qiáng)。（3）刺激頻率強(qiáng)度隨時間變化的速率

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。第九頁，共54頁。（二）靜息電位細(xì)胞處在靜息狀態(tài)時膜內(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)時細(xì)胞膜對離子的通透性不同。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。第十頁，共54頁。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)時具有通透性，所以K+被認(rèn)為是靜息電位的平衡電位。第十一頁，共54頁。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，我們稱之為超極化如果使膜電位變?yōu)?60mV，則稱之為去極化。第十二頁，共54頁。將微電極（記錄電極）和參考電極(無關(guān)電極)都放在大神經(jīng)纖維的外表面上，此時電位為零。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)時記錄到的，故名靜息膜電位。

第十三頁，共54頁。第十四頁，共54頁。靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制：靜息電位產(chǎn)生的前提有兩個，一個是細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度分布不同，二是在靜息狀態(tài)時細(xì)胞膜對離子的通透性不同。細(xì)胞在安靜狀態(tài)時，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+必然有一個向膜外被動擴(kuò)散的趨勢，而Na+有向膜內(nèi)擴(kuò)散的趨勢。細(xì)胞在安靜時，細(xì)胞膜只對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+外流的電場力達(dá)到相等時，K+的凈外流停止。此時，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。第十五頁，共54頁。

細(xì)胞興奮所產(chǎn)生的電位變化——動作電位（動作膜電位或鋒電位）。

（三）、動作電位1、動作電位產(chǎn)生的離子機(jī)制：膜受到刺激時使N+離子內(nèi)流，引起膜電位變化導(dǎo)致N+離子通道突然開放致使膜電位發(fā)生反轉(zhuǎn)。第十六頁，共54頁。

當(dāng)用直流電刺激神經(jīng)時，神經(jīng)膜電位發(fā)生改變：在陰極和陽極處產(chǎn)生一個對稱的電位變化，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，在陰極處產(chǎn)生一個不衰減的“全或無”式的沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的神經(jīng)沖動，稱為動作電位。

第十七頁，共54頁。即開始下降，最后恢復(fù)到靜息膜電位的原先水平。這就是動作膜電位的下降相。鋒電位的全部變化過程持續(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作膜電位的全部上升相，亦即鋒電位的振幅，為110毫伏。動作膜電位上升到頂端后第十八頁，共54頁。第十九頁，共54頁。圖示：改變細(xì)胞外液Na+濃度，則動作電位的時程和大小所發(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。第二十頁，共54頁。電壓鉗實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)膜受到一個閾電位刺激時，膜對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+通道開放的速率比Na+慢，其通透性的增加也較緩慢，K+的外流對抗了Na+的內(nèi)流。隨著Na+通道的逐漸失活，K+的外流超過Na+的內(nèi)流，膜電位又開始逐漸恢復(fù)到靜息狀態(tài)（復(fù)極化）。第二十一頁，共54頁。電壓鉗技術(shù)：是Cole等人設(shè)計的一種記錄膜離子電流的技術(shù)。資料第二十二頁，共54頁。電壓鉗原理:資料第二十三頁，共54頁。當(dāng)電容（C）電流為0時，膜電流（Im）等于各種離子電流總和（ΣIion）。當(dāng)兩電極所測得的膜電流（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。資料第二十四頁，共54頁。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第二十五頁，共54頁。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)時通常使用線形函數(shù)關(guān)系式來表示，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)則無論電壓與電流呈什么關(guān)系均成立。資料第二十六頁，共54頁。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)資料第二十七頁，共54頁。以一階動力學(xué)方程來模擬去極化時的鉀離子電導(dǎo)曲線：一階動力學(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程處于正確位置時才能打開鉀通道的概率。根據(jù)曲線推測有4個基本離子在膜電場作用下移動到某一特定位置時（如通道位置），才能打開一個鉀通道，它的概率為n4。資料第二十八頁，共54頁。計算參數(shù)αn和βn：資料第二十九頁，共54頁。鈉電導(dǎo)需要3個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)

資料第三十頁，共54頁。資料第三十一頁，共54頁。鈉電流＝鈉電導(dǎo)（膜電位即動作電位－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個離子處在鉀通道正確位置的概率資料第三十二頁，共54頁。2.電壓門控離子通道

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，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)信號轉(zhuǎn)變成電反應(yīng)。第三十三頁，共54頁。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：對離子的特異性和對調(diào)節(jié)的易感性。5/17/202334第三十四頁，共54頁。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)構(gòu)成的電壓門控通道，貫穿神經(jīng)細(xì)胞磷脂膜。

胞液多肽亞基第三十五頁，共54頁。蛋白質(zhì)的構(gòu)建初級結(jié)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)第三十六頁，共54頁。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：①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，而且互不影響；②鈉電流和鉀電流有各自不同的動力學(xué)；③用鏈霉蛋白酶處理神經(jīng)后，對鈉通道的失活化產(chǎn)生影響，甚至失活化效應(yīng)消失，而對鉀電流無影響。資料第三十七頁，共54頁。資料第三十八頁，共54頁。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：①通道的電導(dǎo)高于載體的電導(dǎo)，且電阻率很低；②通道允許離子流動的最大速度高于載體。③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。而離子通過人工雙層脂膜的載體所需能量為66976J/mol，相應(yīng)的Q10約2.4；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+，通過膜再卸下；如果通道是孔洞，比如鈉離子通道，它主要通過Na+，但是別的一些離子也能通過，只是通過的量少一些而已。資料第三十九頁，共54頁。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：①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。②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；③鈉通道中有氨基酸殘基；④發(fā)育過程中通道功能的產(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）。⑤簡單的肽類可形成特異性離子通道。資料第四十頁，共54頁。通道對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)度通道對離子通透性的高低不一定與離子半徑大小絕對相關(guān)。如Na+直徑大約0.19．K+直徑約0.266nm，K+可通過鈉通道，而Na+不能通過鉀通道。直徑最小的H+也不能通過鈉通道。其原因是：①Na+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；②一些含有－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。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，因此很難通過鈉通道；③由于鈉通道內(nèi)壁上的負(fù)性基因在酸性時（pH＜5．2）可能喪失活性，從而降低其對陽離子的引力，因而H+不但本身不能通透，還會抑制其他陽離子通透。資料第四十一頁，共54頁。資料第四十二頁，共54頁。膜片鉗65資料第四十三頁，共54頁。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)了原來膜內(nèi)外離子分布的濃度，重建膜的靜息電位。第四十四頁，共54頁。（四）神經(jīng)細(xì)胞興奮性的變化1.動作電位的時相動作電位在回到靜息狀態(tài)時伴有一系列震蕩過程。動作電位一般由、負(fù)后電位和正后電位等不同時相組成

第四十五頁，共54頁。絕對不應(yīng)期：歷時約0.3ms，這時無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。相對不應(yīng)期：歷時約3ms，在此期間用超過正常閾值強(qiáng)度的刺激能引起組織的興奮。超常期：歷時約2ms，低于閾值的刺激能夠引起第二次興奮。低常期：歷時70ms，興奮性較正常時低，刺激的閾值需高于正常的閾值，相當(dāng)于正后電位時期。不應(yīng)期的存在表明，單位時間內(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：第四十六頁，共54頁。3．總和

當(dāng)給予神經(jīng)纖維單個閾值刺激時，不能引起神經(jīng)纖維的興奮。但如果同時或相繼給予神經(jīng)纖維兩個或多個閾下刺激時，則可能引起組織的興奮，這種現(xiàn)象稱為總和。

第四十七頁，共54頁。二、神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)（一）神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的基本特征

神經(jīng)沖動具有全或無的性質(zhì)。刺激小于閾電位時，將不會有沖動發(fā)生；當(dāng)刺激等于閾電位時，將產(chǎn)生一個擴(kuò)布的動作電位，在兩者之間沒有中間狀態(tài)（即“全”或“無