生理学杨莉神经系统功能(一).ppt

28.05.2020,1,第十章神经系统的功能Functionsofthenervoussystem,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,2,概述,神经系统（NervousSystem,NS）是进化的产物。,NS是机体最重要的调节系统,反射是NS的基本活动方式,脑的工作原理是人类面临的最大挑战,神经网络,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,3,神经系统的基本功能,1协调人体内各系统器官的功能活动，保证人体内部的完整统一；,2使人体活动能随时适应外界环境的变化，保证人体与不断变化的外界环境之间的相对平衡；,3认识客观世界，改造客观世界。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,4,本章内容,神经元活动的一般规律;,NS信息传递的方式和机制;,NS对感觉信息的分析处理,NS对骨骼肌活动(姿势和运动)的调控,NS对内脏活动(心肌、平滑肌和腺体细胞)管理,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,5,脑电活动、觉醒睡眠周期;,脑的高级功能学习与记忆,语言;,其它（自学内容）：情绪反应、本能行为的神经调节，NS与免疫系统关系。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,6,神经系统,外周神经系统：(PeripheralNervousSystem,PNS)(神经节、神经干),中枢神经系统(CentralNervousSystem,CNS),躯体神经,内脏神经,脑,脊髓,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,7,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,8,神经组织,神经元（Neuron,N）,胶质细胞（glialcell）,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,9,第一节神经元和胶质细胞的一般功能,一、神经元（Neuron,N）NS的基本结构与功能单位,N的一般结构与功能,数量繁多;,大小不一、形态各异；,传递信使物质多；,但：基本结构和活动形式是相同的。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,10,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,11,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,12,神经元的基本结构与功能,1、基本结构：,胞体(Soma):物质合成部位，代谢中心,突起（Cytoplasicprocess）,树突（Dendrite),轴突(Axon),轴丘（Axonhillock）突触小体（Synapticknob）始段（Initialsegment）,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,13,2基本功能：A.功能部位,受体部位;产生AP的起始部位;传导神经冲动部位;释放神经递质部位,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,14,B神经元基本功能感受内外环境变化的刺激；传导兴奋；整合、分析、贮存信息；神经-内分泌功能。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,15,附：神经元的分类,按突起数目：假单极、双极、多极按功能：感觉、运动、联络按所含递质：DA、Ach、NE、5-HT等按对下一级神经元所产生的效应：兴奋性、抑制性,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,16,（二）神经纤维的兴奋传导和纤维类型神经纤维（Nervefiber，Nf）,Nf,轴索(neurite),轴膜,轴突,长树突,髓鞘（myelinsheath）,神经膜（neurilemma),28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,17,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,18,神经冲动（NerveImpulse）,1Nf兴奋传导的特征：,完整性:结构、功能完整,绝缘性,双向性,相对不疲劳性,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,19,2、神经纤维传导兴奋的速度,速度（AP传导）=距离/时间,影响传导速度的因素,纤维直径：与直径成正比；V(m/s)=6D(总直径,m)；,轴索与总直径的比值：比值=0.6,为最适比例；,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,20,有髓纤维无髓纤维；,温度：恒温动物变温动物；,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,21,传导速度检测及临床意义：评定周围运动和感觉神经传导功能;检测外周神经的结构完整性:如:髓鞘受损速度降低。轴索受损波幅降低。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,22,3、Nf的分类,按有无髓鞘分：有髓纤维无髓纤维,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,23,根据电生理特性分：,A类,AAAA,有髓躯体传入,和传出纤维,B类(有髓)：自主神经的节前纤维,C类(无髓)：自主神经的节后纤维后根中的痛觉传入纤维,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,24,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,25,根据直径分四类：,类：,a和b类。相当于A,类：相当于A、A,类：相当于A、B类,类：相当于C类,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,26,神经元的轴浆运输,轴浆运输(Axoplasmtrasport),特点：,A、双向性：顺向胞体轴末逆向,顺向运输：多数神经递质、酶、蛋白质等逆向运输：外源性物质、神经营养因子等双向运输：颗粒、空泡、线粒体等,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,27,B、经常性、普遍性,C、快、慢两种速度:快：1-4um/s；慢：0.01-0.04um/s(1-2mm/d),28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,28,轴浆运输的原理（众多）,囊泡滑动学说；运载理论；团流学说等,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,29,轴浆运输的功能：,A、运输作用：,提供营养物质；输送神经递质和酶,B、反馈作用：,保持功能联系,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,30,神经对所支配组织发挥的作用,功能性作用和营养性作用,功能性作用：神经冲动控制其功能,营养性作用：轴浆流动末梢经常性释放某些调节性物质调节所支配组织内在代谢活动结构和功能的变化,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,31,神经营养因子(Neurotrophin,NT),本质：蛋白质,产生：所支配的组织、星形胶质细胞,运输：NT作用于神经末梢的特异受体被末梢摄取逆向轴浆运输胞体。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,32,已分离出的NT:神经生长因子（NGF）神经营养因子-3（NT-3）神经营养因子4/5(NT-4/5)脑源性神经营养因子(BDNF),神经末梢的NT受体：TrkA、TrkB和TrkC。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,33,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,34,二、神经胶质细胞（自学内容）,数量为神经元的1050倍,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,35,中枢神经系统内几种胶质细胞示意图,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,36,(一)类型,1.周围神经：1）施万细胞(Schwannscell）又称神经膜细胞，形成轴突髓鞘2）卫星细胞(Satellitecell）又称被囊细胞，在脊神经节中,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,37,2中枢神经系统：1)星形胶质细胞(Astroglia)2)少突胶质细胞(Oligodendrocyte)3)小胶质细胞(Microglia)4)其它:室管膜细胞,Millers细胞等胶质细胞无树突、轴突之分，相邻细胞以缝隙连接相连；胞内外具有膜电位差，且随细胞外K+浓度改变，但不能产生AP。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,38,（二)功能1支持作用2修复和再生作用3物质代谢和营养性作用4绝缘和屏障作用5维持合适的离子浓度6摄取和分泌神经递质,第二节神经元间的信息传递突触传递(SynapticTransmission),28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,40,突触(Synapse),神经元间相互接触并传递信息的部位。N-N,接头(Junction),神经元与效应器间接触并传递信息的部位。N-M；N-G,N间功能联系（信息传递）两种主要方式：电信号：少部分（10%）化学性信号：绝大部分（90%）,附:突触的分类,按传递信息物质（性质）：,化学性突触；电突触；混合性突触,按突触排列方式：交互突触；并联突触；串联突触,按接触的部位：轴-树突触；轴-体突触；轴-轴突触；体-体突触等,按对下一级神经元活动的影响：兴奋性突触；抑制性突触,一、经典的突触传递,结构：突触前部分：突触间隙：突触后部分：,电镜下的突触模式,突触的传递过程,突触前过程：AP递质释放？突触间传递过程：递质跨细胞的信号传递？突触后过程：递质后级神经元活动改变？,电-化学-电传递过程,Ca2+在突触传递中的作用,A、降低轴浆的粘度，有利于突触小泡的位移（使囊泡上肌动蛋白结合蛋白与肌动蛋白的结合降低图）；,B、消除突触前膜内侧的负电位，促进突触小泡和前膜接触、融合和胞裂，促进神经递质的释放；,经典突触的传递过程,AP抵达轴突末梢,突触前膜去极化,电压门控性Ca2+通道开放,Ca2+内流入突触前膜,突触小泡前移与前膜融合、破裂,递质释放入间隙,弥散与突触后膜特异性受体结合,化学门控性通道开放,突触后膜对某些离子通透性增加,突触后膜电位变化（突触后电位）（去极化或超极化）,总和效应,突触后神经元兴奋或抑制,递质失活机制,突触后电位（PostSynapticPotential,PSP）,突触后电位（属局部电位）,快突触后电位潜伏期仅仅几msFastPostSynapticPotential,FPSP慢突触后电位潜伏期长达100500msSlowPostSynapticPotential,SPSP,兴奋性突触后电位ExcitatoryPostSynapticPotential,EPSP,抑制性突触后电位InhibitoryPostSynapticPotential,IPSP,1、兴奋性突触后电位（EPSP）,概念：兴奋性递质引起突触后膜去极化，下一级神经元容易发生兴奋（AP）。即兴奋性增高。,机制：兴奋性递质与突触后膜上受体结合钠(主)/钙、钾（次）离子通道开放内向离子流去极化,2、抑制性突触后电位（IPSP）,概念：抑制性递质引起突触后膜超极化，下一级神经元难以发生兴奋（AP）。兴奋性降低。,机制：抑制性递质与突触后膜上受体结合氯和/或钾通道开放（钠、钙通道关闭）外向离子流超极化,IPSP记录过程,外周Nf不同强度刺激,突触后电位,外周Nf不同强度刺激,突触后电位,3、AP在突触后神经元的产生,AP在后一级神经元轴突始段产生，是全或无式的,后一级神经元是兴奋还是抑制，取决于与之相接触的各神经元兴奋和抑制效应的总代数和（突触后电位总和）,总和：空间总和、时间总和,突触后电位属局部电位：与阈下刺激强度成正比；衰减性传导；总和现象,Postsynapticpotentials，PSPs,Excitatorypostsynapticpotential=EPSPsInhibitorypostsynapticpotentials=IPSPs,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,63,突触的抑制和易化,1、突触的抑制（中枢抑制）突触前抑制突触后抑制,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,64,1)、突触后抑制postsynapticinhibition,概念:,神经元信息传递过程中，通过兴奋一个抑制性中间神经元释放抑制性递质，而引起它的下一级神经元突触后膜产生IPSP致使其活动发生的抑制。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,65,分类：,A、传入侧枝性抑制AfferentCollateralInhibition或称交互抑制(ReciprocalInbition)B、回返性抑制RecurrentInhibition,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,66,BACK,两种突触后抑制,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,67,机制：,中间抑制性神经元突触后膜超极化（IPSP）,生理意义：,A、传入侧枝性抑制（交互抑制）使不同中枢之间的活动相协调,B、回返性抑制a.使神经元活动及时终止；b.使同一中枢内各神经元同步活动。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,68,两类突触后抑制的比较,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,69,2)、突触前抑制,presynapticinhibition,概念：,抑制发生在突触前部位，不改变突触后膜兴奋性而使EPSP受到抑制的方式。由于它的发生大多与轴突前末梢的持续去极化发生有关，故又称去极化抑制。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,70,过程：如图,三个神经元间形成轴-轴-胞体串联型突触,作用的持续时间约100200ms。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,71,突触前抑制产生示意图,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,72,机制：,轴-轴突触后膜GABA与GABAA-受体结合内向离子流（Cl-外流）轴-体突触前膜去极化引起AP幅值、时程Ca2+内流突触前兴奋性递质释放轴-体后膜EPSP下一级神经元兴奋性,神经元膜上GABAA-受体激活与Cl-内流原因：继发性主动转运系统如：Na+-K+-2Cl-同向转动体；Cl-HCO3-交换体,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,73,特点：,a接触方式：轴-轴-体突触；,b抑制部位：突触前；,c机制：去极化、AP、兴奋性递质释放；,d多突触传递：潜伏期长（2030ms）,持续时间长(100200ms）。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,74,生理意义：,a调节传入神经的活动（选择性的信息传递）,b控制传入信息，保证特异传导。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,75,2、突触的易化facilitation）,机制：突触前：某些因素突触前AP时程Ca2+内流延长、增多递质释放去极化EPSP。突触后：,易化：使下一级神经元易于兴奋（产生AP），可发生于突触前，也可发生于突触后。分类：突触前易化；突触后易化。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,76,突触传递的调制,1、突触前的调制：,通过控制递质释放、重摄取与失活机制。,神经调质突触前膜受体神经递质自身突触前膜受体如：Ca2+内流增减递质释放增减,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,77,突触前易化和抑制示意图（通过异体受体和自身受引起NA释放）,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,78,2、突触后的调制受体数量和效应,上调：受体数目或受体与配体（递质、激素、药物等）亲和力的增加（致敏）。,下调：受体数目或受体与配体（递质、激素、药物等）亲和力的降低（脱敏）,突触的可塑性（plasticity）,概念：突触传递功能可发生较长时间的增强或减弱,形式：,强直后增强（PosttetanicPotentiation）敏感化（Sensitization）长时程增强（Long-termPotentization，LTP）长时程抑制（Long-termDepression，LTD）习惯化（Habituation）,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,80,二、兴奋传递的其他方式,信息传递的其他方式,电突触electricalsynaptictrasmission,非突触性的化学传递non-synapticchemicaltransmission,局部神经元回路localneuronalcircuit,、电突触传递,结构：缝隙连接（见图）,间隔23nm膜不增厚，无突触小泡存在沟通胞浆水相通道（带电小离子、分子量1-1.5KD或直径1nm物质可通过）无前后膜之分,特点：,双向传导；传导速度快，几乎无潜伏期。,电突触X线衍射示意图,功能：促进同一区域不同神经元同步性放电（活动）,非突触性化学传递（非定向突触传递）,1、结构：曲张体（varicosity）,2、特点：不存在前后膜结构无一对一支配关系曲张体与效应细胞间距大于20nm递质扩散较远，传递时间可大于1S效应取决受体分布,外周NS（NA能神经）曲张体示意图,接头传递,神经-肌肉接头处的兴奋传递,神经肌肉接头示意图,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,88,神经-平滑肌接头处的兴奋传递,曲张体（varicosity）,神经-心肌接头的兴奋传递,曲张体,三、神经递质和受体,神经递质neurotransmitter,神经调质neuromodulator,受体receptor,神经元信息传递的中介物质和相关结构,神经介质neuromediator,神经元信息传递物质,1、神经递质,符合条件：突触前神经元中合成，有合成递质的前体和酶系统。递质存在于突触小泡内，受到适宜刺激时，能从突触前神经元释放出来。与突触后膜上的受体结合并产生一定的生理效应。存在有使其失活的机制。有特异的受体激动剂和拮抗剂。,脊髓内发现的神经递质和调质种类,3、递质和调质的分类,按分泌部位,按化学性质,中枢神经递质外周神经递质,胆碱类胺类氨基酸类肽类嘌呤类脂类、气体类等,胆碱类:ACh,胺类:Dopamine(DA),Noradrenaline(NA，NE),Adrenaline(Adr,E),5-HT,histamine(HA),氨基酸类:兴奋性：glutamateacid(Glu),asparticacid(Asp)抑制性：glycine(Gly)aminobutyric(GABA),肽类:VP,OXT,阿片肽，脑肠肽，AngII等,嘌呤类:腺苷，ATP,气体:NO，CO脂类:花生四烯酸及其衍生物,胃肠道神经所释放的神经递质种类示意图,4、递质的共存,戴尔原则Dalesprinciple,一个神经原的全部神经末梢均释放同一种神经递质,递质共存（coexistence）：,一个神经原内可以存在两种或两种以上的神经递质或调质，末梢可同时释放两种或两种以上的递质,递质共存现象,递质共存现象,5、递质的代谢,合成：主要在胞体贮存：囊泡释放：Ca2+依赖性释放。失活：重摄取：主要为单胺类酶降解：Ach-E，MAO等稀释扩散,受体Receptor,1、概念：,细胞膜或细胞内能与某些化学物质（递质、调质、激素等）特异性结合并诱发生物效应的特殊生物分子（蛋白质）。,配体（ligand）：能与受体结合的化学物质,配体,（内、外源性）,激动剂（agonist）,拮抗剂（antagonist）,2、受体特性：,特异性：饱和性：可逆结合性；活性可变化性：上调：反应性（致敏现象）或受体数目；下调：反应性（脱敏现象）或数目。,3、受体命名,按部位,细胞内（胞浆、胞核）,膜受体,突触前膜,突触后膜,同源受体,异源受体,按配体,以胆碱能受体为例,内源性配体：Ach-R外源性配体：烟碱型受体、毒蕈碱受体,按激活机制：,促（亲）离子型（ionotropic）受体（化学门控性离子型受体）,促（亲）代谢型（metabotropic）受体大多数受体属此,与G-蛋白耦联，通过第二信使引发细胞内生物效应,BACK,NA突触前、后受体示意图,通过G-蛋白中介发挥效应的受体作用示意图,主要的递质和受体系统,1、乙酰胆碱及其受体,胆碱能神经元：以ACh作为递质的神经元胆碱能纤维：神经末梢释放ACh作为递质的纤维,外周胆碱能纤维,自主神经节前纤维大多数副交感神经节后纤维少数交感神经节后纤维（汗腺和骨骼肌舒血管）运动神经纤维,中枢胆碱能系统神经,脊髓前角运动神经元丘脑后腹侧特异感觉投射纤维脑干网状结构上行激动系统尾核、壳核、苍白球边缘系统（梨状区、杏仁核、海马）,胆碱能受体,毒蕈碱受体muscarinicreceptor（M-ACh受体）（M1M5),心脏抑制平滑肌收缩消化腺分泌汗腺分泌骨骼肌血管舒张脑神经元,烟碱受体nicotinicreceptor（N-ACh受体）,神经原型烟碱受体（N1）,肌肉型烟碱受体（N2）,N-Ach-R结构示意图,Cholinergicreceptor(Muscarinicsubtype),M-Ach-R亚型及作用机制,胆碱能受体激动剂：N-Ach-R：Ach、烟碱（烟碱样作用）M-Ach-R：Ach、毒蕈碱（毒蕈样作用）胆碱能受体拮抗剂：N1：筒箭毒碱、六烃季铵N2：筒箭毒碱、十烃季铵M：阿托品,2、去甲肾上腺素和肾上腺素及其受体（Norepinephrine、AdrenalineandAdrenergicReceptor）,肾上腺能神经元及纤维：以Adr作为递质的神经元和纤维。PNS：尚未发现；CNS：胞体集中在低位脑干（C1、C2、C3区）,去甲肾上腺素能神经元及纤维：以NA作为递质的神经元和纤维。CNS：胞体主要集中在低位脑干（延髓、脑桥等）PNS：交感神经节内,I.,I.,Noradrenaline,Noradrenaline,1.,1.,Central,Central,noradrenergic,noradrenergic,pathways,pathways,肾上腺素能受体（AdrenergicReceptor）能与Adr和NA结合的受体,肾上腺素能受体,12,123,肾上腺能受体的激动剂的化学结构,肾上腺能受体的分布及功能,肾上腺素能受体特征,NA对受体的作用较受体强；Adr对和受体的作用都强；异丙肾上腺素主要对受体有强烈作用。,肾上腺素能受体与M受体具有高度同源性，结构十分相似，作用机制也通过G蛋白介导。,受体（主要是1受体）产生的效应主要是兴奋性的；受体（主要是2受体）产生的效应主要是抑制性的。,肾上腺能受体亚型及作用机制,肾上腺素能受体阻断剂,受体：普萘洛尔（1、2受体）阿提洛尔（1受体）丁氧胺（2受体）,受体：酚妥拉明（主要是1受体）育亨宾（2受体）,3、多巴胺及其受体,4、5-羟色胺及其受体,兴奋性氨基酸：谷氨酸、门冬氨酸抑制性氨基酸：GABA、甘氨酸,5、氨基酸递质及受体,A、促代谢型（metabotropic）glu受体：L-AP4-glu-R、ACPD-glu-RB、促离子型（ionotropic）glu受体：NMDA-glu-R：Na+、Ca2+内流、K+外流非NMDA-glu-R：KA-glu-RAMPA-glu-R,谷氨酸受体,Na+内流、K+外流,两类促离子型谷氨酸受体示意图,NMDA,Non-NMDA,NMDAreceptorsareblockedbyMg2+ionsinavoltage-dependentmanner,NMDA受体双重特性化学门控性和电压门控性,亲离子型谷氨酸受体结构示意图,nAChRorGABAA,Glutamate(NMDA,AMPAorkainate)B图,抑制性氨基酸：甘氨酸和氨基丁酸glycine(Gly),aminobutyric(GABA),甘氨酸（gly）及其受体：脊髓闰绍细胞释放的递质，其受体为离子通道（Cl-），可为士的宁阻断。,甘氨酸也能与NMDA受体结合，产生兴奋效应。,氨基丁酸（GABA）及其受体：,GABA：主要存在于大脑、小脑皮层。,GABA受体分为两型：GABAACl-通道GABAB促代谢型受体，激活后可增加K+通道的电导。,GABAA受体示意图,地西泮,抗精神失常药,抗焦虑药,巴比妥钠,6、肽类递质及受体,最多一类递质或调质；,下丘脑神经元调节肽，阿片样肽，脑肠肽等。,阿片样肽及受体：-内啡肽、脑啡肽和强啡肽;三种受体：（-内啡肽）（强啡肽）,阿片肽在CNS的分布,7、其它递质、受体系统,嘌呤类及其受体嘌呤递质：ATP、ADP(CNS、PNS均发现）。嘌呤受体：A受体（A1A2AA2BA3）-嘌呤介导咖啡因和茶碱受体P受体（P2U、P2X、P2Y、P2Z）。组胺及受体：组胺有三种受体：H1H2H3（突触前）其它递质：NO、CO等气体分子直接进入细胞，激活鸟苷酸环化酶。,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,148,第三节、反射中枢的活动规律,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,149,反射与反射弧：非条件反射：机体固有的反射条件反射：在一定条件下通过后天学习而产生的,28.05.2020,中南大学湘雅医学院生理学系,150,反射中枢：CNS内参与调节某一特定生理功能的神经