人体及动物生理学-第四章突触传送和突触活动的调节.ppt

1 第四章突触传送和突触活动的调节 第一节神经 肌肉接头 一 神经 肌肉接头的结构 突触前膜 突触后膜 终板膜 和突触间隙运动神经纤维末梢和肌细胞 即肌纤维 相接触的部位 称为神经 肌肉接头 neuromuscularjunction 或运动终板 motorendplate 2 两个神经元相接触的部位就称之为突触 synapse 突触小泡 突触小体内的囊泡 囊泡内含递质 乙酰胆碱 去甲肾上腺素等 运动终板光镜像 氯化金染色 3 神经 肌肉接头传递兴奋的特征 单向传递 突触延搁 synapticdelay 高敏感性和易疲劳性 接头传递保持一对一关系 4 二 神经 肌肉传递兴奋的过程 1 过程 兴奋 神经终末 乙酰胆碱 乙酰胆碱受体结合 后膜去极化 动作电位 肌肉收缩2 终板电位 在运动终板区记录到肌肉AP之前的一个分级的局部负电变化 称为终板电位 endplatepotential EPP 终板区以外没有此电位 实验 箭毒化可使终板电位和动作电位分离 5 终板电位的产生 实验证据Ca2 是神经冲动导致突触前膜释放Ach的偶联因子Ach是神经肌肉传递的递质Ach与终板膜N AchR结合导致终板电位产生Ach起作用后失活 6 终板电位 end platepotential EPP 的特点 其电位只是去极化 不会反极化 不是全或无的 可表现总和 电位大小与递质量有关 箭毒是是Ach的受体竞争剂 可阻断刺激神经引起的肌肉收缩 银环蛇毒 BGTX 是N型Ach受体通道的特异性阻断剂 1957年D Bovet博韦特 意大利裔瑞士人 人工合成箭毒 获诺贝尔奖 尼古丁是Ach的受体激动剂 作用于终板引起肌肉收缩 7 量子式释放 quantumrelease 据推算 一次AP的到达 能使大约200 300个囊泡释放出近107个ACh分子 一个囊泡约含2000至10000个ACh分子 一定范围内 ACh的释放量随着Ca2 的浓度的提高而增加 Ca2 决定囊泡释放的数量Ca2 在兴奋 分泌耦联过程中起了关键的作用 8 三 神经 肌肉接头传递的因素 1 影响ACh的释放 细胞外液Ca2 浓度升高时 乙酰胆碱释放量增加 有利于兴奋传递 相反 Ca2 浓度降低时 则影响兴奋传递 2 与ACh争夺受体 乙酰胆碱与受体结合是触发终板电位的关键 而受体阻断剂 如箭毒类药物箭毒类药物 筒箭毒和三碘季铵酚 可与后膜乙酰胆碱受体结合 使受体数减少 从而造成传递阻滞 3 抑制ACh失活 胆碱脂酶能及时清除乙酰胆碱 保证兴奋由神经向肌肉传递 有些药物 如有机磷制剂 如敌百虫 乐果 敌敌畏等 毒扁豆碱 依色林 新斯的明等 均有抑制胆碱脂酶的作用 使乙酰胆碱在体内蓄积 导致后膜持续性去极化 使传递受阻 9 小结 冲动到达运动神经末梢 末梢去极化 Ca2 通道开放 Ca2 内流兴奋 分泌耦联 Ach释放神经分泌突触传递 形成R Ach复合体 后膜 化学接受 离子通道被激活 产生终板电位 肌膜动作电位 兴奋 收缩耦联肌肉收缩 把从骨骼肌接受神经冲动 肌膜发生兴奋 与肌原纤维中的肌丝活动联系起来的中介过程 叫兴奋 收缩耦联 10 第二节神经元突触Informationtransmissionfromoneneurontonext化学性突触电突触定向突触化学性突触directedsynapse非定向突触non directedsynapse 11 synaptictransmission 一 经典突触的结构和分类Structure typesoftheclassicalsynapse经典突触即经典的定向化学性突触 Chemicalsynapse 12 1 突触的结构 synapticstructure 突触小体 synapticknob A 小体轴浆内有 线粒体 含神经递质 neurotransmitter 的囊泡 vesicle 小而透明囊泡 ACh或氨基酸类 小而致密囊泡 儿茶酚胺类大而致密囊泡 神经肽类 B 前膜 13 突触间隙 Synapticcleft 宽20nm 与细胞外液相通 神经递质经此间隙扩散到后膜 14 突触后膜 Postsynapticmembrane 有与神经递质结合的特异受体或化学门控离子通道 后膜对电刺激不敏感 直接电刺激后膜不易产生去极化反应 15 2 突触的分类typesofsynapses 根据神经元相互接触的部位分为 轴突 树突式突触 轴突 胞体式突触 轴突 轴突式突触 树突 树突式突触 16 其它方式 树突 胞体式突触 树突 轴突式突触 胞体 轴突式突触 胞体 树突式突触 胞体 胞体式突触等 特殊部位的突触 如神经 骨骼肌接头等 17 根据突触的组合形式分为 18 根据突触的传递功能分为 兴奋性突触 Excitatorysynapse 抑制性突触 Inhibitorysynapse 19 二 突触传递过程与突触后电位TheprocessofsynaptictransmissionandPostsynapticpotential1 突触传递过程processofsynaptictransmission 1 突触前过程 神经冲动到达突触前神经元轴突末梢 突触前膜去极化 20 电压门控Ca2 通道开放 膜外Ca2 内流入前膜 Ca2 与胞浆CaM结合成4Ca2 CaM复合物 激活CaM依赖的PK proteinkinase蛋白激酶负责体内蛋白质的磷酸化 囊泡外表面突触蛋白 磷酸化 蛋白 与囊泡脱离 解除蛋白 对囊泡与前膜融合及释放递质的阻碍作用 囊泡通过出胞作用量子式释放递质入间隙 囊泡膜可再循环利用 21 2 间隙过程 神经递质通过间隙并扩散到后膜 3 突触后过程 神经递质 作用于后膜上特异性受体或化学门控离子通道 后膜对某些离子通透性改变 带电离子发生跨膜流动 后膜发生去极化或超极化 产生突触后电位Postsynapticpotential 22 总之 在突触传递过程中 突触前末梢去极化是诱发递质释放的关键因素 开启电压门控Ca2 通道 Ca2 是前膜兴奋和递质释放过程的耦联因子 递质释放量与内流入前膜的Ca2 量呈正相关 囊泡膜的再循环利用是突触传递持久进行的必要条件 23 2 突触后电位 1 兴奋性突触后电位 突触后膜在递质作用下发生去极化 使突触后神经元兴奋性提高 此种电位变化称为Excitatorypostsynapticpotential EPSPA 兴奋性突触后电位的记录 24 25 脊髓前角运动神经元RP 70mV 电刺激肌梭传入纤维后 脊髓前角运动神经元发生去极化 产生EPSP 随刺激强度增加 EPSP发生总和而渐增大 当EPSP总和达到阈电位 52mV时 在轴突始段出现电流密度较大的外向电流 从而爆发可扩布性的AP 26 B EPSP产生机制 突触前神经元末梢释放兴奋性递质作用于后膜受体 化学门控通道开放 后膜对Na 和K 尤其是Na 的通透性增大 Na 内流 K 外流 导致后膜局部去极化 27 2 抑制性突触后电位Inhibitorypostsynapticpotential IPSPA 抑制性突触后电位的记录 28 B IPSP产生机制 突触前神经元 抑制性中间神经元 末梢释放抑制性递质作用于突触后膜 后膜 Cl 通道开放 Cl 内流 发生超极化 对K 的通透性增加 K 外流 或Na 和Ca2 通道关闭 膜发生超极化 29 突触后电位的特点 EPSP和IPSP均属局部电位 等级性 大小与递质释放量有关 电紧张扩布 这种作用取决于局部电位与邻近细胞RP之间的电位差的大小和距离的远近 电位差 越大 距离越近 影响越大 可叠加性 30 3 慢突触后电位slowpostsynapticpotentialA sEPSPandsIPSP 可在自主神经节 皮层神经元记录到 潜伏期长 100 500ms 持续时间长 数s 机制sEPSP 膜K 电导 通透性 降低 sIPSP 膜K 电导 通透性 升高 B lateslowEPSP 可在交感神经节记录到 潜伏期1 5s 持续时间10 30min 机制 K 电导降低 递质为GnRH 促性腺激素释放激素 31 3 EPSP和IPSP在突触后神经元的整合 integration 同时与多个神经末梢形成突触的突触后神经元 其电位变化的总趋势取决于同时所产生的EPSP和IPSP的代数和 轴突始段是AP首先发生部位 该处细小 电压门控Na 通道密度大 AP发生后 既可顺向传到末梢 也可逆向传向胞体 从而刷新前次兴奋所造成的电位变化 32 三 突触活动的调节1 突触前抑制当突触后膜受到突触前轴突末梢的影响 使后膜上的兴奋性突触后电位减小 导致突触后神经元不易或不能兴奋而呈现抑制 称为突触前抑制 presynapticinhibition 结构基础 轴一轴突触 33 突触前抑制的作用 当机体同时受到不同刺激时 通过它抑制掉那些次要的神经元的活动 以突出对机体最有意义的神经元的活动 大脑皮质 脑干 小脑等发出的后行纤维通过脑干和脊髓 也可分出侧支对感觉传入冲动发生突触前抑制 这可能是高级中枢控制感觉信息的传入 产生清晰感觉和 注意力 集中的原理之一 34 2 突触后抑制如果突触后膜发生超极化 即产生抑制性突触后电位 使突触后神经元兴奋性降低 不易去极化而呈现抑制 这种抑制就称为突触后抑制 postsynapticinhibition 1 传入侧支性抑制 collateralinhibition 是指一条感觉传入纤维的冲动进入脊髓后 一方面直接兴奋某一中枢神经元 另一方面通过其侧支兴奋另一抑制性中间神经元 然后通过抑制性中间神经元的活动转而抑制另一中枢神经元 其作用在于使不同中枢之间的活动协调起来 这种抑制曾被称为交互抑制 reciprocalinhibition 35 36 2 回返性抑制 recurrentinhibition 是指某一中枢的神经元兴奋时 其传出冲动在沿轴突外传的同时 又经其轴突侧支兴奋另一抑制性中间神经元 后者兴奋沿其轴突返回来作用于原先发放冲动的神经元 37 3 突触传递特征 1 单向传布 2 突触延搁 3 突触可塑性synapticplasticity突触受已进行过活动的影响而发生传递效能的改变 此现象称为突触功能可塑性 A 强直后增强 posttetanicpotentiation 突触前Ca2 积聚 递质释放 PTP 60s B 习惯化与敏感化habituation激活AC cAMP Ca2 内流 递质释放增多 38 C 长时程增强 long termpotentiation LTP 突触后Ca2 Ca2 CaM PKC长时程抑制 long termdepression LTD D 受体脱敏 receptordesensitization 4 对内环境变化的敏感性 39 四 非定向突触传递Non directedsynaptictransmission又称为非突触性化学传递Non synapticchemicaltransmission1 非定向突触的结构 40 非定向突触传递首先是在研究交感神经对平滑肌和心肌的支配方式时发现的 交感肾上腺素能神经元的轴突末梢有许多分支 在分支上形成串珠状的膨大结构 称为曲张体 varicosity 曲张体外无施万细胞包裹 曲张体内含有大量小而具有致密中心的突触小泡 内含有高浓度的去甲肾上腺素 但曲张体并不与突触后成分形成经典的突触联系 而是沿着分支位于突触后成分的近旁 当神经冲动到达曲张体时 递质从曲张体释放出来 以扩散方式到达突触后成分上的受体 使突触后成分发生反应 这种模式也称为非突触性化学传递 non synapticchemicaltransmission 41 2 非定向突触传递的特点 不存在特化的突触前 后膜结构 不存在一对一的支配关系 一个曲张体 varicosity 可支配多个效应细胞 42 曲张体与效应细胞间距离一般大于20nm 远者可达十几 m 递质扩散距离远 耗时长 一般传递时间大于1s 递质能否产生效应 取决于效应器细胞有无相应受体 43 五 电突触Electricalsynapse1 结构特点 结构基础是缝隙连接Gapjunction缝隙连接 紧密接触部位电阻低 进行电传递 因此有人把缝隙连接称为电突触 两个神经元间膜间距仅2 3nm 胞浆内不存在囊泡 vesicle 两侧膜上有沟通胞浆的水相通道蛋白质 允许带电离子通过 44 无突触前 后膜之分 为双向传递 电阻低 传递速度快 几乎不存在潜伏期 2 功能意义 使许多神经元产生同步性放电或同步性活动 使动物能对伤害或危险快速做出反应 45 第三节 神经递质和受体Neurotransmitter Receptor 一 神经递质1 神经递质的概念 在突触间起信息传递作用的化学物质 2 确定神经递质的条件 4条 P553 神经调质Neuromodulator的概念及调质的调制作用 46 神经调质 虽由神经元产生 也作用于特定受体 但不在神经元间起信息传递作用 而是调节信息传递效率 增强或削弱递质的效应的一类化学物质 47 调制作用 Modulation 调质所发挥的作用称为调制作用 例 阿片肽对交感神经末梢释放去甲肾上腺素的调制作用 作用于 receptor 促进末梢释放NE 加强血管收缩 作用于 receptor 抑制末梢释放NE 抑制血管收缩 48 4 神经递质和神经调质的分类 胆碱类Cholines 单胺类Monoamines 氨基酸类Aminoacides兴奋性氨基酸 谷氨酸 Glu 天冬氨酸 Asp 抑制性氨基酸 氨基丁酸 GABA 甘氨酸 Gly 等 49 肽类Peptides P57 下丘脑调节肽 阿片肽 胃肠肽 其他 血管紧张素 血管加压素 VP 催产素 OXT 心房钠尿肽 50 嘌呤类 Purine 腺苷 adenosine ATP 脂类 Lipid 花生四烯酸及其衍生物 如前列腺 Prostaglandin PG 气体类 NO CO 51 5 神经递质的共存P56neurotransmitterco existence 戴尔原则 Daleprinciple 一个神经元内只存在一种递质 其全部末梢只释放同一种递质 近年来递质共存现象的发现突破了这一原则 递质共存现象 一个神经元内可以存在 同时末梢也可释放两种或两种以上的神经递质 调质 52 递质共存的意义 协调某些生理过程 如 支配猫唾液腺的副交感神经ACh和血管活性肠肽 VIP 共存 ACh 引起唾液腺分泌唾液 不增加唾液腺血液供应 VIP 不引起唾液腺分泌 但增加唾液腺血液供应和腺体上ACh受体的亲和力 从而增强ACh分泌唾液的作用 可能与信息的化学编码有关 53 4 戴尔原则似应修改为 一个神经元内可共存两种或两种以上的递质 其全部末梢均释放相同的递质 54 二 受体 Receptor 1 Receptor的概念位于细胞膜或细胞内能与某些化学物质 如递质 调质 激素等 发生特异性结合并诱发生物学效应的特殊生物分子 一般位于细胞膜上的receptor是带有糖链的跨膜蛋白质分子 55 2 受体的激动剂和拮抗剂AgonistandAntagonist 激动剂 能与receptor发生特异性结合并产生生物学效应的化学物质 一般指药物制剂 56 拮抗剂 可与receptor发生特异性结合 从而占据受体或改变受体的空间构型使递质不能产生生物学效应的化学物质 一般指药物制剂 配体 ligand 激动剂 拮抗剂及神经递质 神经调质 激素等化学信号物质统称配体 能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体 ligand 57 3 Receptor与Ligand结合的特性 相对特异性 饱和性 可逆性 竞争性 58 4 Receptor的分类 按天然配体分类 如胆碱能受体 肾上腺能受体 受体有亚型 对每个配体来说 有数个亚型 如M N 这样同一配体 ligand 在与不同亚型受体结合后 可生多样化效应 59 按受体存在部位分类 一般存在于突触后膜 但也可存在于前膜 称为突触前受体 presynapticreceptor 按受体激活机制分类 根据递质与受体结合后引起突触后膜产生生物学效应的机制的不同 受体分为两类 60 与离子通道耦联的受体 此类受体又称促离子受体 化学门控通道 如 A 位于终板膜和自主神经节节后神经元膜上的N型ACh门控离子通道受体 B 氨基酸类递质的促离子型受体 61 G蛋白耦联受体或促代谢受体 大多数神经递质受体为此类受体 如 自主神经节节后纤维所支配的效应器细胞膜上的受体 62 5 受体的调节regulationofreceptor 在不同情况下 受体的数量及与递质亲和力发生改变 上调 增量调节 upregulation 递质分泌不足时 使受体数量增加 亲和力升高 由于将储存于胞内膜结构上的受体蛋白表达于膜表面 下调 减量调节 downregulation 递质分泌过多时 使受体数量减少 亲和力降低 由于受体蛋白内吞入胞 即内化internalization 意义 受体数量与亲和力的变化与递质量相适应 从而调节突触后神经元对递质的敏感性与反应强度 63 三 外周神经递质及其受体Peripheralneurotransmitter Itsreceptor1 Acetylcholine及其受体在外周神经系统 末梢释放递质ACh的神经纤维称为胆碱能纤维 Cholinergicfiber 64 胆碱能纤维的分布 交感神经的节前纤维 支配汗腺的交感神经节后纤维 支配骨骼肌血管舒张的交感神经节后纤维 副交感神经的节前纤维 副交感神经的节后纤维 躯体运动神经末梢 65 66 胆碱能受体 A 胆碱能受体分类 分N M两类 N受体 即烟碱受体Nicotinicreceptor 是配体化学门控通道 67 a ACh与其结合所产生的效应与烟碱的药理作用相同 称为烟碱样作用 N样作用 如 兴奋自主神经节节后神经元 引起骨骼肌收缩等 68 b N受体又分为N1 N2两个亚型 N1亚型分布于中枢神经系统和自主神经节节后神经元膜上 又称为神经元 节 型烟碱受体 neuron typenicotinicreceptor N2亚型分布于骨骼肌终板膜 又称为肌肉型烟碱受体 muscle typenicotinicreceptor 69 c N受体的阻断剂是筒箭毒碱 Tubocurarine N1受体的阻断剂是六烃季铵 Hexamethonium N2受体的阻断剂是十烃季铵 Decamethonium 70 a ACh与其结合所产生的效应与毒蕈碱药理作用相同 称为毒蕈碱样作用 M样作用 如心脏活动的抑制 支气管平滑肌收缩 胃肠平滑肌收缩 消化腺分泌增加 汗腺分泌增加 骨骼肌血管舒张等 M受体 毒蕈碱受体Muscarinicreceptor 71 b M受体又分为M1 M2 M3 M4 M5等亚型 M1亚型在脑内含量丰富 M2亚型存在于胰腺腺泡和胰岛组织 介导胰酶和胰岛素分泌 M2和M4亚型存在于平滑肌 M3和M5亚型作用不清 c M受体的阻断剂是阿托品 Atropine 72 B 胆碱能受体的分布 分布于胆碱能纤维所对应的突触后膜上 即 交感神经节的节后神经元细胞膜上 N1受体 交感神经的节后纤维所支配的汗腺腺细胞膜上 M受体 73 交感神经的节后舒血管纤维支配的骨骼肌血管平滑肌细胞膜上 M受体 副交感神经节的节后神经元细胞膜上 N1受体 副交感神经节后纤维所支配的效应器细胞膜上 M受体 74 躯体运动神经支配的骨骼肌终板膜上 N2受体 重症肌无力患者 由于体内产生一种对抗和破坏骨骼肌终板膜上N2受体的抗体 使骨骼肌不能接受运动神经元释放的ACh的调控而产生肌无力 是一种自身免疫性疾病 75 2 Norepinephrine及其受体 在外周神经系统 末梢释放递质去甲肾上腺素的神经纤维称为肾上腺素能纤维 Adrenergicfiber 76 肾上腺素能纤维的分布 除了支配汗腺和骨骼肌血管舒张的交感神经节后纤维以外的所有交感神经节后纤维 77 肾上腺素能受体 能与肾上腺素 E 及去甲肾上腺素 NE 结合的受体称为肾上腺素能受体 但作为外周神经递质来说 只有NE 78 肾上腺能受体分类及阻断剂 1受体 哌唑嗪 酚妥拉明 2受体激动剂 可乐定Clonidine 由于其可激动 2受体 抑制NE释放 因而用于治疗高血压 受体 2受体 育亨宾 Prazosin Yohimbine Phentolamine 对 1受体作用强 79 1受体 阿提洛尔普拉洛尔 2受体 丁氧胺 3受体 参与脂肪代谢 伴有呼吸系统疾病的心脏病患者应该用心得宁 以免发生支气管痉挛 受体 Propranolol心得安 普萘洛尔 Atenolo氨酰心安 Practolol心得宁 Butoxamine心得乐 美托洛尔Metoprolol美多心安 80 肾上腺能受体的分布 大多数交感神经节后纤维所支配的效应细胞膜上 汗腺和受交感舒血管纤维支配的骨骼肌血管除外 但不一定都有 和 受体 有的仅有 受体 如 皮肤粘膜血管 有的仅有 受体 如 心肌 支气管平滑肌 有的 和 受体均有 如 胃肠血管 但以 受体为主 而骨骼肌血管以 受体为主 81 肾上腺素能受体激动后的效应 A 与受体特性有关 a 肾上腺素和NE与 受体 主要是 1受体 结合产生的平滑肌效应以兴奋为主 如 血管收缩 子宫收缩 扩瞳肌 虹膜辐射肌 收缩等 但也有抑制性的 如小肠舒张 82 b 肾上腺素和NE与 受体 主要是 2受体 结合产生的平滑肌效应以抑制为主 如 血管舒张 子宫舒张 支气管舒张等 但与心肌 1受体结合产生的效应是兴奋性的 3受体主要分布于脂肪组织 与脂肪分解有关 83 a NE对 受体作用强 对 1受体作用弱 对 2受体几乎无作用 NE与 受体结合 使皮肤血管 胃肠道及肾血管收缩 外周阻力 血压上升 用作升压药 NE用于抗休克 提升血压 用于消化道出血 收缩血管产生止血效应 B 与配体的特性有关 以其对心血管的作用为