反射弧及信息传递

第2节 神经系统中信息的传递和调节,学习目标：【全章的重点】1.理解基本知识： 反射和反射弧的概念； 神经冲动的传导方式； 突触的结构和功能； 脊髓的调节； 条件反射； 自主神经等。2.学会生理验证实验的基本方法。,【关键问题】答：通过神经冲动（生物电）在神经元上传导，通过神经递质在神经元之间传递信息；在神经中枢中整合信息，并快速传递到特定的效应器，以调节生命活动。,反射：,动物体通过中枢神经系统对外界和内部的各种刺激（信息）所产生的（规律性）反应。,感受器神经中枢效应器,传入神经,传出神经,反射弧,反射是神经调节的基本方式。,膝跳反射的神经通路,叩击伸肌肌腱，伸肌内的感受器兴奋。传入神经由传入神经元的突起组成， 细胞体位于脊神经节 或脑神经节内。将感受器的电信号传向神经中枢。神经中枢起整合（分析综合）作用，并发出传出指令。 其范围有大有小，与活动的复杂性有关。如调节呼吸的中枢 在延髓、下丘脑、以至于大脑皮质等仔细读图，神经中枢有3个！传出神经是由中枢传出神经元的轴突构成。 将中枢指令以神经冲动的形式传向外周效应器。效应器产生效应（完成生理活动）：伸肌伸缩，屈肌舒张（伸小腿）。,感受器：分布在体表或组织内部，感受体内外环境变化 （刺激）的换能装置或结构（将刺激转换为电能）。 有的是感觉神经末梢，有的是特化的细胞。效应器：由传出神经的神经末梢和相应的肌肉或腺体组成。,感受器：感受刺激的换能结构，能接受刺激，产生兴奋。,传入神经：将神经冲动（动作电位）从外周（感受器）传向中枢,神经中枢：中枢神经系统中调节某生理功能的神经细胞群。 对刺激进行分析和综合。,传出神经：为运动神经元的轴突，将神经冲动从中枢传向外周。,效应器：为运动神经元的神经末梢和它所支配的肌肉或腺体，,对中枢传来的冲动发生应答。,反射弧,据图分析：,1.识图,说出有关结构的名称、功能和兴奋传导的过程。 2.单个的神经元能独立完成反射活动吗？ 一个完整的反射活动至少需要几个神经元？3.神经元之间的联系是直接的吗？4.如果有一根神经被剥离，如何判断其为传入还是传出神经？5.如果反射弧的不同部位受到损伤，感觉和运动的状况如何？,在表中填写图中出现的下列结构的编号：,回顾：下面是排尿的神经调节过程示意图解。请用图中号码回答下列个问题（1）控制排尿反射的非条件反射和条件反射的中枢依次位于、 。（2）尿意的产生在 。（3）在脑、脊髓中 损伤时，不能发生排尿反射（尿潴留）； 损伤时，造成尿失禁。（4）副交感神经神经兴奋性占优势，促进膀胱排尿。,细胞体主要集中在脑和脊髓， 是营养与代谢中心。,细胞核,树突接收信息，产生兴奋,轴突传出信息，到达其它神经元或效应器,髓鞘,神经末梢,纤维神经,神经,思考：神经元、神经、神经纤维三者的关系？,1.1神经系统的基本单位神经细胞(神经元)接受信息，产生兴奋，并传导兴奋。,1、信息在神经系统中的传递,集合,神经元的4个功能部位： 胞体膜、树突膜受体部位； 感受器和突触后膜 获取信息，产生兴奋的部位； 轴突神经冲动传导的部位； 神经末梢释放神经递质的部位。,归纳：神经元,1.分类：按照功能，神经元分为：传入（感觉）神经元； 传出（运动）神经元；中间（联络）神经元。2高度分化：属于不增殖细胞。【不能再进入细胞周期中】3形态：很多树突使表面积大，便于广泛接受信息。 长的轴突便于传导兴奋。,树突：接受信息，产生兴奋，把冲动传向细胞体 突起 轴突：把细胞体加工处理的冲动传离细胞体。 细胞体：是营养和代谢的中心，加工处理神经冲动。,功能：接受刺激，产生兴奋，传导兴奋。,4结构及其功能（与一般体细胞的异同点？）说明：细胞体主要分布在中枢神经系统；细胞核存在于细胞体内,神经元,5.神经元结构与功能相适应的特点：,（1）细胞核中，核仁明显（核仁与核糖体的形成有关）；（2）细胞质中，含丰富线粒体、高尔基体、核糖体、内质网等。线粒体为合成代谢、分泌递质（胞吐）、主动运输等供能。高尔基体形成大量的突触小泡，突触小泡内含有神经递质。核糖体、内质网合成大量的蛋白质，尤其是膜蛋白。（3）细胞膜功能更为特化，存在大量的离子通道、载体、递质的受体、酶等 膜蛋白。离子通道控制特定离子的扩散，与膜电位的维持、变化和信息传递密切相关。载体蛋白帮助K+的运进、Na+的运出等主动运输和协助葡萄糖的吸收等过程。递质受体接受递质信号，进而引起细胞功能的变化，实现递质的调节作用。酶蛋白催化特定的反应，如递质的分解等。,1.2 神经冲动的传导（以局部电流形式）,静息（膜）电位,静息状态下神经细胞膜两侧的电位差,内负外正。,K+大量外流。,定义：特点：原因：,兴奋（神经冲动）,Na大量内流。,概念：特点：原因：,受刺激的局部区域膜内外电位反转的过程。,内正外负。,神经冲动传导,生物电（局部电流）,概念：形式：特点：,兴奋沿神经纤维推进的过程,双向性（体外）,静息时：K外流内负外正,神经冲动的产生与传导（示体内正常神经元中）,兴奋区Na内流内正外负兴奋,兴奋的传导：膜同一侧的兴奋区与周邻部位之间存在电位差，膜两侧形成局部电流。局部电流不断推进（直到神经末梢）,信息在神经元上以生物电的形式传导,1.神经冲动：神经纤维上传播的兴奋。【兴奋神经冲动冲动】 神经冲动的发生以生物电为基础。 【信息在神经元上以生物电的形式传导】2.静息电位（1）定义：神经元在静息时存在于细胞膜两侧的跨膜电位差。 又称K平衡电位。（2）电位特征：内负外正。（3）形成机制：,细胞内K浓度高于细胞外；细胞内K更容易扩散到细胞外,细胞内的阳离子比细胞外的少,内负外正（静息电位）,知识梳理：,实验证据：将神经元置于不同浓度的K+或Na+溶液中，分别测定静息电位的值。结果静息电位的大小（绝对值）与细胞外K+的浓度呈反比；而在不同浓度Na+溶液中的静息电位不变。(1)结果说明：静息电位大小取决于K+的跨膜浓度梯度，而与Na+无关(2)尝试用曲线图表示实验结果（走势）。,3兴奋时形成内正外负电位差的主要机制,胞外Na浓度高于胞内；兴奋时，细胞膜对Na的通透性大，胞外Na大量内流,细胞内的阳离子比细胞外的多,内正外负,注意：膜电位的正负仅表示膜内外电位的相对关系，而不是数学 意义上数值的大小,细胞内外特殊离子环境的重要性：（1）有利于维持渗透平衡、电中性，并参与酸碱平衡的调节。（2）神经冲动的发生以生物电为基础，而生物电又以细胞内外特殊的离子环境为基础。特殊离子环境（胞内高钾、胞外高钠）是产生静息电位、动作电位并传导兴奋的前提。膜电位取决于离子的跨膜浓度梯度和细胞膜对不同离子通透性的不同。,局部电流,比较：冲动传导与膜内外电流的方向,4.兴奋在神经纤维上的传导,思考题下图1是测量神经纤维膜内外电位的装置，图2是测得的膜电位变化。请回答： （1）图1装置A测得的电位相当于图2中的 点的电位，该电位称为 电位。装置B测得的电位相当于图2中的 点的电位，该电位称为 电位。（2）当神经受到适当刺激后，在兴奋部位，膜对离子的 性发生变化， 离子大量流向膜 ，引起电位逐步变化，此时相当于图2中的 段。（3）将离体神经置于不同钠离子浓度的生理盐水中，给予一定刺激后，请绘出膜电位变化与钠离子浓度关系的曲线走势。,神经电位的测量,静息电位可兴奋细胞（神经、肌肉和内分泌等细胞）在静息状态下，由于细胞内K浓度大，细胞膜对K的通透性强，使K外流（扩散）形成的细胞膜内负外正的电位差。静息时， K扩散到胞外。但由于K被泵入细胞属于主动运输，因此当细胞内ATP供应不足时，主动运输减弱，细胞内K会减少，细胞内外的K浓度差就会减小，导致静息电位变小。由于静息电位、动作电位都是跨膜的电位差，因此用微电极测量时两根微电极应置于同一位点的膜内和膜外。,静息电位,刺激, , , ,静息电位,静息电位,动作电位,动作电位,动作电位受刺激时，由于细胞外Na浓度大，细胞膜对Na的通透性强，使Na迅速内流（扩散）形成的细胞膜内正外负的电位反转；随后通过主动运输恢复静息电位。,不用微电极，而用粗电极在神经表面记录（细胞外记录）的双相动作电位,从膜外电位看，静息时膜外正，兴奋时膜外负。因此动作电位的传导实际上是膜外负电位的传导。,点区表示兴奋区自左向右进行，经历ABC三阶段。M、N为引导电极，电流计指针表示电流方向.,记录的双向动作电位；箭头表示对应于ABC3阶段,静息时，MN电位相等，均为正， MN之间无电位差。动作电位到达M时，M负而N正， MN间出现电位差。动作电位传到N时，M的兴奋尚未过去， MN均为负，电位相等，指针恢复零位。N兴奋而M不兴奋时， M正N负， MN间又出现电位差。但和第一次电位差方向相反，指针向右偏，曲线向下。 兴奋离开N， MN电位相等。,单相（A）和双相（BC）动作电位,涂黑部分表示兴奋区；阴影部分为神经干阻断部位。关于A：电极a置于完好部位，b置于被麻醉药阻断部位。 由于兴奋不能传到b点，b点不会兴奋，因此只出现向上的单相动作电位。 B、C曲线的差别在哪里？【解题时要注意兴奋区长度】,09沪：神经电位的测量装置如右上图所示，其中箭头表示施加适宜刺激，阴影表示兴奋区域。用记录仪记录A、B两电极之间的电位差，结果如右侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极均置于膜外，其它实验条件不变，则测量结果是命题失误,？,09沪：神经电位的测量装置如右上图所示，其中箭头表示施加适宜刺激，阴影表示兴奋区域。用记录仪记录A、B两电极之间的电位差，结果如右侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极均置于膜外，其它实验条件不变，则测量结果是,A B C D,C,4神经纤维上兴奋传导的特点：a.双向传导（体外） 【但在整体内只沿一个方向传导，因为突触后膜不是神经纤维的膜。】b.神经纤维之间互不干扰 【因为：有髓鞘，起绝缘作用。】c.不衰减（速度和振幅基本不变） 【整个神经纤维都受到一次同样的电位波动】 【即：相对不疲劳。这不同于肌肉和突触。】d.生理完整性 【切断 / 机械压力 / 冷冻 / 某些药品等，都会中断传导，只要影响局部电流。】,1.存在于细胞外液的主要离子是 A HCO3和K B SO42和PO43 C Cl和Na D Cl和K 2.人工增加神经元外K的浓度，静息电位将 A 增大 B 减小 C 不变 D 先增大后减小3.下列哪一种离子决定动作电位的最大值 A K B Na C Ca2 D K和Na4.关于同一个细胞动作电位的叙述，错误的是 A 动作电位可以沿细胞膜传导到整个细胞 B 有髓鞘的细胞传导的速度较快 C 传导的机制是通过局部电流实现的 D 动作电位的幅度随传导的距离增加而衰减5.与神经纤维兴奋不具有相同意义的是 A 冲动 B 神经冲动 C 动作电位 D 突触后电位6.下列不属于主动转运的是 A 静息电位的产生 B 细胞膜两侧离子的不均匀分布 C 葡萄糖进入小肠上皮细胞 D 兴奋后细胞内外离子浓度的恢复,课堂训练：,7.下列关于神经元的叙述，正确的是 A 细胞膜上的蛋白质只是离子通道和受体【还有酶、载体等】 B 静息电位的产生主要是由于K的内流 C 冲动实际上就是沿着细胞膜外表面传导的负电波【兴奋传到哪里，哪里的细胞膜外电位就变负】 D 动作电位的最大值基本相当于Na的平衡电位8.突触后膜上的胆碱脂酶能及时分解乙酰胆碱，乙酰胆碱能使突触后膜兴奋，有机磷农药能抑制胆碱脂酶的活性。当有机磷农药中毒后，将导致骨骼肌 A 因突触前膜不能释放乙酰胆碱而无法收缩 B 因乙酰胆碱在突触间隙失活而无法收缩 C 因乙酰胆碱不能被及时清除而持续收缩 D 因乙酰胆碱不能被及时清除而无法收缩9.有髓鞘的纤维在兴奋时，只有构成髓鞘的细胞相邻的结节处发生 Na的内流。则与无髓纤维相比，有髓纤维消耗的能量应该 A 更多 B 更少 C 相等 D 无法判断【有髓纤维Na内流的量较少，兴奋后主动运输Na消能少】10.当脑细胞水肿时，静息电位的值 A变大 B变小 C不变 D无法确定【因为膜外K+浓度较正常情况下高，K+的跨膜浓度梯度变小,比较:静息电位与动作电位,神经元之间以突触相联系，构成复杂网络，具有接受、整合、传递信息的功能,中枢神经系统最基本的活动是反射。反射必须中枢的突触传递。突触的兴奋和抑制都是通过神经递质和相应的受体实现的。,1.3突触传递（以神经递质为中介）,细胞间的信号传递,细胞间的信号传递：细胞发出的信息通过介质传递到其他细胞产生反应。,细胞信号传导的3种方式。 最普遍的是细胞通过分泌化学信号分子作用于其相应的受体进行细胞间相互通讯。作用方式：激素内分泌（经过血液循环）；旁分泌（经过局部介质）；自分泌；神经递质突触分泌（突触间隙）；淋巴因子等。 细胞间接触依赖性通讯：直接接触，无需分泌信号分子，而是通过与细胞膜结合的信号分子以接触的靶细胞膜上的受体相结合，影响相邻细胞。细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通，交换小分子来实现耦联。,高等生物是由上亿个细胞组成的有序社会，这种社会性的维持不仅需要细胞的新陈代谢，还依赖于细胞间的信号传递，从而协调完成细胞的生长、分裂、分化、凋亡及其它生理功能。,突触传递,接触依赖性通讯,间隙连接,凡识别，都有特异性。如：抗原抗体；酶底物；受体信息分子,细胞膜对信息的接受,1.信息物质是能够传递信息的物质，它不作为结构物质和能源物质，仅仅是一种起调节作用的信号。2.细胞间的信息物质，是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质。包括激素（内分泌信号），神经递质（突触分泌信号），气体信号（NO等），昆虫外激素，维生素A、D等,3.信号传导体系，不仅要有信号分子，还需要受体（在细胞膜上或细胞内）。即信息物质必然有相应的受体。由于细胞膜上没有葡萄糖“受体”（有“载体”），所以葡萄糖不是信息分子。4.受体是细胞拥有的、能识别和选择性地与某种配体结合的蛋白质分子，是接受信息的物质基础。细胞膜上的受体多为糖蛋白，具有特异性，饱和性、可逆性等特征。细胞膜上受体的种类，决定了细胞能够接受哪些信息。【仔细阅读第2册P1819】5.识别都有特异性。受体可识别细胞外的信息分子，并与之结合，然后将信息转入到细胞内，最终产生特定的生物学效应。,突触,读图，描述基本过程,1.3突触传递（以神经递质为中介）,思考：单个的神经元能独立完成反射活动吗？一个完整的反射活动至少需要几个神经元？神经元之间在结构上是直接联系的吗？神经元之间还能以神经冲动的形式直接传递信息吗？ 突触数量等于神经元数量吗？神经网络是如何形成的？,2.物质和结构组成,突触知识要点：,1.定义：突触是两个神经元之间相接触的部分，是神经元之间 相互联系、传递信息的结构。突触数量远多于神经元数量。 通过突触，一个神经元可影响 多个神经元（因为轴突末梢有很多分枝），一个神经元也可 接受多个神经元的信息。以此形成网络。,关于“神经递质”的概念（1）定义：由神经元合成并释放（分泌），在神经元之间传递 信息的化学物质。（所有神经元都具有分泌功能） 【具有分泌功能的细胞：内分泌细胞，外分泌细胞，神经细胞等。】（2）化学本质：不是蛋白质。乙酰胆碱、单胺类 、NO等（3）来源：上一个神经元的高尔基体形成的突触小泡， 暂时储存于突触前膜内。（4）作用：作为信息分子，与突触后膜上的特异性受体结合， 引起突触后膜的膜电位发生变化，使突触后膜兴奋或抑制。 即：神经递质完成了神经元之间的信息传递。 缺乏递质，兴奋传递能力将下降，神经元无法控制其支配的组织器官。（5）去向：突触小泡突触前膜突触间隙突触后膜受体 发挥作用后，被突触间隙的酶催化降解而失活。 膜融合释放递质的运输方式属于胞吐，穿过 0 层细胞膜。 若递质发生效应后不被破坏或移走，则将持续发挥相应的作用 （使突触后膜持续兴奋或抑制）。,关于“受体”的概念 （1）定义：任何能同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分 子发生特异性结合，并引起细胞功能变化的蛋白质。 受体与信号分子非共价结合，所以可逆、可再利用，其不同于抗体。（2）化学本质：蛋白质（多为糖蛋白）（3）功能：识别并与特定的信号结合，将信息传递到细胞内， 进而引起细胞功能的变化。 所有信号分子都要与相应的受体结合，才能发挥调节效应。 递质和大多数激素（亲水性）的受体在细胞膜上，亲脂性信号 （如性激素、甲状腺激素）的受体在细胞膜以内。（4）特性：特异性，饱和性、可逆性（5）存在： 神经递质的受体只存在于突触后膜上。 神经元的树突和细胞体都可以接受其他神经元传来的冲动。 细胞膜上受体的种类，决定了细胞能够接受哪些信息。,3.功能完成神经元之间信息的传递,突触传递的具体过程,（兴奋Na+内流，电位反转为内正外负）,（抑制Cl入胞，电位更为内负外正）,由于突触间隙的存在，兴奋在神经元之间不能以神经冲动形式进行传递，而是通过神经递质与特异性受体相结合的形式传递兴奋。 需经历2个信息转换过程： 突触前膜：电信号化学信号; 突触后膜：化学信号电信号,4.突触传递的特点： 过程决定特点！ 关键：经过神经递质的中间作用。单向传递使神经系统活动有规律地进行神经递质只存在于突触前膜的突触小泡内，只能由突触前膜释放然后作用于突触后膜。时间延搁慢于神经纤维上兴奋的传导速度 需经历神经递质的释放、扩散、作用于突触后膜的过程。（经过突触的传递，需要完成2次信号转变的过程。） 【反射弧中，突触数量越多，反射时越长。】【若已知神经纤维上的传导速度，可以测出突触延搁的时间或判断反射弧中突触的数量。】, 突触传递对内环境变化的敏感性 反射活动中，突触最易受环境影响。代谢的变化，如O2、CO2、H等。离子浓度的改变，进而影响生物电。递质失活发生障碍，使持续兴奋或抑制。递质与受体的结合发生障碍，如受体被竞争结合等。基于此，人们可以设计一些药物影响（阻断或加强）突触传递的过程，达到治疗某些疾病的目的。杜冷丁、箭毒能与乙酰胆碱竞争受体，使乙酰胆碱不足以引起突触后膜产生兴奋。麻醉、止痛可以用此类药物。 抗乙酰胆碱酯酶的药物（毒扁豆碱、有机磷农药等）使乙酰胆碱不被分解，起到增强的作用，会导致正常人肌肉痉挛。凡是影响内环境，递质合成、释放与失活，受体的数量与活性，离子通道和载体的数目与活性状态的因素，都会影响兴奋的传递。,补充：肌肉疲劳可能的原因： 代谢原因肌糖原等原料的消耗，或乳酸等产物 的堆积，使肌肉功能减弱。 兴奋性原因神经中枢疲劳（兴奋的传递需要能 量），使其不能支配骨骼肌。,容易疲劳中枢性疲劳持续的刺激使神经递质的释放速率大于合成速率，导致递质耗尽。,5.药物对突触传递的影响影响传递的任何一个环节，都会造成传递功能的障碍,使递质持续发挥作用,增加递质的合成,增加递质的释放,减少酶的降解,增加递质在突触间隙的浓度,干扰递质与受体的结合,影响离子通道,举例：药物对突触传递的影响（治疗神经紊乱、心血管疾病）,兴奋剂