神經(jīng)元電信號傳導(dǎo)

關(guān)于神經(jīng)元電信號傳導(dǎo)一.發(fā)展簡史：DuBoisReymond(1849)記錄到靜息電位和動作電位。Helmholtz(1850)測量了神經(jīng)干上的沖動傳導(dǎo)速度，證明了神經(jīng)活動不同于電活動。JuliusBernstein(1871)提出膜學(xué)說來解釋神經(jīng)和肌肉的電現(xiàn)象。第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一.發(fā)展簡史：J.Z.Young（1936）發(fā)現(xiàn)槍烏賊的巨軸突，直徑1mm,長數(shù)百mm。1939年美國的H.J.Curtis,K.S.Cole和英國的A.L.Hodgkin,A.F.Huxley發(fā)明了微電極技術(shù)，用細胞內(nèi)記錄方法，顯示動作電位出現(xiàn)時，膜電導(dǎo)的變化。A.L.Hodgkin,A.F.Huxley和Eccles共獲1963年諾貝爾生理學(xué)、醫(yī)學(xué)獎。1949年A.L.Hodgkin和B.Katz提出離子學(xué)說。1976年ErwinNeher,BertSakmann建立了膜片鉗（patchclamp）技術(shù)，使記錄單離子通道的活動成為可能。獲1991年諾貝爾生理學(xué)、醫(yī)學(xué)獎。第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天簡介幾個常用的生理學(xué)術(shù)語應(yīng)激性（irritability）：有機體對環(huán)境變化能給出相應(yīng)反應(yīng)的能力。刺激（stimulus）：內(nèi)、外環(huán)境的變化。閾值（threshold）：能引起有機體（組織、細胞）發(fā)生反應(yīng)的最小刺激強度。閾上刺激：大于閾值的刺激。閾下刺激：小于閾值的刺激。興奮性（excitability）：有機體（神經(jīng)元）對刺激發(fā)生反應(yīng)（產(chǎn)生動作電位）的能力，包括興奮（excitation）和抑制（inhibitory）兩種表現(xiàn)形式。第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天興奮（excitation）：有機體（細胞）受到閾上刺激時，其反應(yīng)表現(xiàn)為由不動到動（產(chǎn)生動作電位），由動的慢到動的快，稱為興奮。抑制（inhibitory）：有機體（細胞）受到閾上刺激時，其反應(yīng)表現(xiàn)為由動到不動（產(chǎn)生超極化電位），由動的快到動的慢，稱為抑制。第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二.神經(jīng)元的細胞膜結(jié)構(gòu)特點第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)元的細胞膜是由脂質(zhì)雙層分子為支架其內(nèi)鑲嵌著蛋白質(zhì)構(gòu)成的。細胞膜的作用：界膜：運輸：易化擴散（離子通道、運載體）主動運輸（離子泵、質(zhì)子泵）

第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天通道運輸

在膜上的通道蛋白質(zhì)幫助下完成。如鈉離子通道、鉀離子通道、鈣離子通道等。第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

離子擴散通量的多少，與膜兩側(cè)離子的濃度差及電場力有關(guān)。通道的開放（激活）或關(guān)閉（失活）由“閘門”調(diào)控，閘門開、關(guān)迅速。

化學(xué)門控通道:：由化學(xué)物質(zhì)引起閘門開、關(guān)。電壓門控通道：由膜電位變化引起閘門開、關(guān)。第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天鈉-鉀泵（鈉泵）：

轉(zhuǎn)運Na+和K+，為兩個亞單位組成的二聚體蛋白質(zhì)。具有ATP酶活性，能分解ATP供能，也就是Na+-K+依賴式ATP酶。

生物泵：

為鑲嵌在細胞膜中的特殊蛋白質(zhì)?；顒訒r，需提供能量，逆濃度差轉(zhuǎn)運。如鈉泵、鉀泵、鈣泵等。第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

鈉泵的生理意義：

形成和維持膜內(nèi)高K＋，膜外高Na＋的不均衡離子分布狀態(tài)。這一不均衡分布是對生物電產(chǎn)生、維持神經(jīng)肌肉的正常興奮性所必需的。第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天三、靜息電位(RP)

（一）概念及測量

1、★概念：★特征：膜外為正，膜內(nèi)為負。（外正內(nèi)負）

細胞靜息時，細胞膜兩側(cè)存在的電位差。

++++++++++++++++第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天三.靜息電位(restingpotentialRP)2.RP實驗現(xiàn)象：第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.證明RP的實驗：（甲）當A、B電極都位于細胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差。（乙）當A電極位于細胞膜外，B電極插入膜內(nèi)時，有電位改變，證明膜內(nèi)、外間有電位差。（丙）當A、B電極都位于細胞膜內(nèi)，無電位改變，證明膜內(nèi)無電位差。第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

4、測量：

數(shù)值：多在

-10～-100mV之間哺乳動物肌細胞或神經(jīng)細胞：-70～-90mV紅細胞：-6～-10mV負值是指膜內(nèi)電位低于膜外電位的數(shù)值。第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天5.靜息電位的產(chǎn)生機制A.靜息電位的產(chǎn)生條件(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-

B.RP產(chǎn)生機制的膜學(xué)說:

膜內(nèi)：第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外主要離子分布及膜對離子通透性第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性

通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天B.RP產(chǎn)生機制的膜學(xué)說:[K＋]i順濃度差向膜外擴散[A-]i不能向膜外擴散[K+]i↓、[A-]i↑→膜內(nèi)電位↓(負電場)[K+]o↑→膜外電位↑(正電場)膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)當擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時=RP結(jié)論:RP的產(chǎn)生主要是K＋向膜外擴散的結(jié)果。

∴RP=K+的平衡電位第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（二）★產(chǎn)生機制（以神經(jīng)細胞為例）

——離子流學(xué)說

1.產(chǎn)生條件：（1）膜兩側(cè)離子分布不均衡；細胞內(nèi)：K+、蛋白質(zhì)離子(A-)濃度高；細胞外：Na＋和Cl－的濃度高。

細胞靜息時，膜對K+通透性大對Na＋通透性很小對A-幾乎沒有通透性

（2）膜對各種離子的通透性不同。

第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

靜息狀態(tài)時，K+順濃度差由膜內(nèi)向膜外流動，每流出一個K+，細胞外便增加一個正電荷，相應(yīng)的細胞內(nèi)便產(chǎn)生一個負電荷，隨著K+的外流，正負電荷之間產(chǎn)生的電場力會阻止K+的繼續(xù)外流，當促使K+外流的濃差力與阻止K+外流的電場力達到平衡時，K+的凈移動就會等于零，此時，細胞膜兩側(cè)穩(wěn)定的電位差即為靜息電位，也稱為K+的平衡電位。2、產(chǎn)生過程：第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天★靜息電位實質(zhì)：是K+外流形成的電—化學(xué)平衡電位。第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

靜息電位主要受細胞內(nèi)外K+濃度的影響：

如細胞外K+濃度增高，K+濃度差減小，向外擴散的動力減弱，K+外流減少，靜息電位減?。茨?nèi)外的電位差變?。?/p>

如細胞外的K+濃度降低，將引起靜息電位增大（即膜內(nèi)外的電位差變大）。第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天四、動作電位(Actionpotential，

AP)(一)★概念可興奮細胞受刺激時，在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可傳布的電位變化過程，稱為動作電位。動作電位由鋒電位和后電位組成。第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天四.動作電位(actionpotentialAP)

（二）

AP實驗現(xiàn)象：第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天去極化（depolarizingphase）反極化(超射)(overshoot)

復(fù)極化(repolarizingphase)超極化Hyperpolazingphase

2微小而緩慢的電位波動(三)動作電位的演變過程：

第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

★

(四)

產(chǎn)生機制用離子流學(xué)說來解釋：

1.去極化時相細胞受刺激少量鈉通道開放靜息電位減小到閾電位水平大量鈉通道開放細胞外Na+快速、大量內(nèi)流細胞內(nèi)電位急劇上升鋒電位的上升支。

(Na+內(nèi)流)

第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.復(fù)極化時相

膜電位達到Na+平衡電位水平鈉通道失活關(guān)閉，鉀通道激活開放Na+停止內(nèi)流、K+快速外流細胞內(nèi)電位下降，恢復(fù)到負電位水平鋒電位的下降支。

(K+外流)

3.后電位鈉、鉀泵活動，使膜兩側(cè)離子分布恢復(fù)興奮前不均衡狀態(tài)。

(鈉泵活動)第33頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天★

描述膜兩側(cè)電荷分布的一組術(shù)語極化:細胞膜兩側(cè)處于外正、內(nèi)負的狀態(tài)。超極化:以靜息電位為標準，電位差加大（膜內(nèi)更負）。去極化:細胞膜兩側(cè)電位差變小的過程

。反極化:膜電位的極性發(fā)生倒轉(zhuǎn)（外負內(nèi)正）。復(fù)極化:細胞由反極化狀態(tài)恢復(fù)到原來的極化狀態(tài)的過程。第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(五)動作電位的特點：

①“全或無”現(xiàn)象

②不衰減性傳導(dǎo)

③脈沖式產(chǎn)生

各種細胞AP持續(xù)時間有很大差別：

神經(jīng)和骨骼肌細胞：１ms至數(shù)ms

心室肌細胞：長達300ms左右第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(六)細胞動作電位與興奮性變化之間的時間關(guān)系：鋒電位——絕對不應(yīng)期

后電位

——前段相當于相對不應(yīng)期和超常期

后段相當于低常期第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

(七)動作電位的產(chǎn)生條件與閾電位

★

閾電位：使細胞膜對Na+通透性突然增大的臨界膜電位值。

閾電位約比靜息電位的絕對值小10～20mV。

靜息電位去極化達到閾電位水平是產(chǎn)生動作電位的必要條件。第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天局部反應(yīng)（電位）：產(chǎn)生于膜的局部、較小的去極化反應(yīng)。

③有總和效應(yīng)。時間總和空間總和②不是‘全或無’式的，反應(yīng)可隨閾下刺激的增強而增大；特點：①電位幅度小，呈衰減性傳導(dǎo)；第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

五.動作電位的傳導(dǎo)與局部電流

傳導(dǎo)

：在同一細胞上動作電位的傳播。

傳遞：動作電位是在兩個細胞之間進行傳播。

神經(jīng)沖動：在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的動作電位。

第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

五.神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)

（一）神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的基本特征

（二）神經(jīng)沖動在同一細胞中的傳導(dǎo)。（三）神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度

第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（一）神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的基本特征

1、生理完整性2、雙向性3、相對不疲勞性4、絕緣性5、不衰減性或“全或無”現(xiàn)象

第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1、AP在無髓神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)

————局部電流理論2、AP在有髓神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)

————跳躍式傳導(dǎo)

出現(xiàn)在有髓神經(jīng)纖維某一朗飛結(jié)的動作電位，可跨越一段有髓鞘的纖維而呈跳躍式傳導(dǎo)。傳導(dǎo)速度要比無髓神經(jīng)纖維快得多。第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天興奮在同一細胞上的傳導(dǎo)傳導(dǎo)機制：無髓神經(jīng)纖維上近距離局部電流第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天有髓鞘N纖維為遠距離(跳躍式)局部電流第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天Actionpotentialconductionlocalcurrenttheory:在無髓鞘神經(jīng)纖維上的興奮傳導(dǎo)。在興奮部位局部產(chǎn)生的電位差刺激了相鄰的部位，則兩者之間產(chǎn)生的局部電流，使相鄰部位去極化，達到域值則在相鄰部位產(chǎn)生興奮。興奮以這種機制快速擴布。jumpingconduction；saltatoryconduction:

在有髓鞘神經(jīng)纖維上的興奮傳導(dǎo)。

Ranvier’snode(髓鞘間斷處).神經(jīng)興奮是從一個郎氏結(jié)跳躍到下一個郎氏結(jié)。第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天(六)影響動作電位產(chǎn)生和傳導(dǎo)的因素1.化學(xué)物質(zhì)的影響：1）.普魯卡因：減低鈉離子、鉀離子通道激活。抑制動作電位的傳導(dǎo)。2）.河豚毒素(tetrodotoxin,TTX)：鈉離子通道激活阻斷劑。阻遏動作電位的產(chǎn)生。3）.海葵毒素(seaanemonevenom,ATXII)：鈉離子通道失活阻斷劑。使動作電位的的超射的下降相變慢，并延長時間，產(chǎn)生平臺4）.蝎毒素(scorpiontoxin,)：鈉離子通道失活阻斷劑。阻遏動作電位的的超射的下降相變慢，并延長時間，產(chǎn)生平臺5）.箭毒(batrachotoxin)：靜息狀態(tài)下，使鈉離子通道開放，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的去極化，降低動作電位的幅度，最終出現(xiàn)傳導(dǎo)阻滯。6）.四已胺(tetraethylammonium,TEA)：鉀離子通道激活阻斷劑。使復(fù)極化時程延長。動作電位延長。第49頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)的影響：根據(jù)直徑，髓鞘發(fā)達程度，結(jié)間段長短和神經(jīng)傳導(dǎo)速度。分為A，B，C型。A類:直徑最粗，1-22微米，傳導(dǎo)速度最快，5-120米/秒,髓鞘發(fā)達,結(jié)間段長,1-2毫米,但對抗損傷能力低,損傷后恢復(fù)慢.主要傳導(dǎo)軀體本體感覺，屬于有髓神經(jīng)纖維。B類:較細,直徑1-3微米，速度慢3-15米/秒,髓鞘薄,對抗損傷能力稍強,,損傷后易恢復(fù).主要見于植物神經(jīng)的節(jié)前纖維.C類:

直徑最細，0.3-1.6微米，傳導(dǎo)速度最慢，2米/秒,如自主神經(jīng)的節(jié)后纖維，由于恢復(fù)過程中不生成髓鞘,所以受損傷后恢復(fù)再生較快,常見于植物神經(jīng)的節(jié)后纖維,周圍神經(jīng)和后根的無髓纖維.屬于無髓神經(jīng)纖維，傳導(dǎo)痛覺，味覺等，如嗅神經(jīng)的嗅絲第50頁,共57頁，2024年2月25日，星期天五.神經(jīng)元整合（neuronalintegration）：Postsynapticpotential:Temporalsummation:afferentneuron---Differenttime(successive;avolley)nonlinearSpatialsummation:differentpartsofthecell(body,axon,dendrite)nonlinearandlinear;algebraicsum;Bothoccurtogetherasacellisactive.Amplit