现代生物科学导论反应与调控

1、第一节 神经系统和神经调控,第二节 信息的产生和传递,第三节 感觉器和效应器,第四节 脑的高级机能,第五节 激素和调控作用,第六节 免疫调控,第十二章 反应和调控,一、 中枢神经系统,二、 周围神经系统,三、 自主神经系统,第一节 神经系统和神经调控,(一) 脑的结构与基本职能,一、 中枢神经系统,大脑， 丘脑， 下丘脑， 中脑， 小脑和 延髓,Frontal lobe (额叶) Temporal lobe (颞叶) Parietal lobe (顶叶) Occipital lobe (枕叶),大脑皮层大划分,大脑：为神经系统的主宰，人类的大脑为一切意识，思想，语言和行为等的策划中枢。,丘脑：

2、哺乳类以上，大脑取代了部分丘脑的功能，但来自脊髓和脑后部的感觉冲动要通过丘脑。,下丘脑：是内脏机能的重要控制中心。,中脑：为视觉和听觉的反射中枢.,小脑：管理肢体肌肉平衡和协调各部分肌肉运动。,延髓：是脏腑器官的反射中枢，含有多种 “ 活命中枢”。,脑脊膜(meninges)是结缔组织，保护脑。 脑脊膜分3层：,硬膜 (dura mater)，外层,厚而有韧性， 软膜 (pia mater)，内层,薄而多血管， 蛛网膜(arachnoid)，内外层之间的疏松网状结缔组织。,脑脊髓液(cerebrospinal fluid)， 在3层脑膜之间，有缓冲撞击的作用。,脑脊膜(meninges)脑脊膜

3、分3层：,(二)脊髓的结构与功能,脊髓(spinal cord)是脊椎动物中枢神经系统的低级部位。 为一条灰白色的长管。 脊髓分灰质和白质。灰质在内，白质在外。 灰质是神经原的细胞体和无鞘神经，白质是主要是有鞘神经集中处。,脊髓的中央部分在脊髓横切面上成蝴蝶形，称为灰质(gray matter)。细胞体和突触都位于灰质。灰质的左右两“翅”又可分为背角和腹角两部分。,灰质之外是白质(white matter)。白质中没有细胞体，主要是成束的神经纤维。白质之所以白，是由于有髓鞘纤维存在。有髓鞘纤维进入灰质的部分都是末端，都没有髓鞘，所以灰质不白。,感觉神经的细胞体位于背角。运动神经的细胞体位于腹角

4、。它们的轴突从腹角伸出，和进入背角的感觉神经组成脊神经，,1. 传导 由周围神经(脊神经)传来的冲动经脊髓上行入脑，脑的信息也经脊髓、脊神经而达到身体各部。把躯体组织器官同脑的活动联系起来。,2. 反射中心 完成某些基本的反射活动。 如：屈肌反射，抓痒反射，泄殖系统的反射等。,(三)动物神经系统的进化,1. 网状神经系统,水螅：神经细胞伸出纤维互相连接(突触)，形成一个遍布全身的神经网,2. 梯状神经系统,蜗虫,淡水涡虫的神经系统，一方面还保留着网状的特性，即神经细胞分散，并以突触相连成网；另一方面很多神经细胞已集中而成身体腹面的2个神经索和头部的“脑神经节”,梯状神经系统和 链状神经系统,3

5、. 链状神经系统,节肢动物等的神经系统称为链状或神经节式神经系统。其特点是，神经细胞集中成神经节，神经纤维聚集成束而成神经。,链状神经系统已可分为中枢和外围2个部分,4. 管状神经系统,人5周胚胎的矢状切面，背部为神经管,5. 脑的进化,5. 脑的进化,5. 脑的进化,5. 脑的进化,5. 脑的进化,(一)脑神经(cranial nerve)的分布和功能,一嗅二视三动眼，,四滑五叉六外展，,七面八听九舌咽，,迷走副，舌下毕。,二、周围神经系统,各类动物的脑神经数目不一。,如头索动物文昌鱼只有两对(嗅神经和视神经)；,七鳃鳗、硬骨鱼、两栖类为10对(无第11和12对)；,鲨鱼有11对(缺少第11

6、对)；,爬行类，鸟类和哺乳类都是12对，,但蛇和蜥蜴和鲨鱼一样只有11对(缺少第11对)。,(二) 脊神经的分布和功能：,脊神经由脊髓的背，腹两根发出，,背根包含感觉神经纤维，腹根包含运动神经纤维。,混合后再分出背支，腹支和脏支，它们是既有感觉纤维又有运动纤维的混合神经。,交感神经在脊柱两侧，,副交感神经在头部和荐部。,一、 阈刺激与全或无定理,二、 神经原与突触的结构,三、 静息膜电位与动作电位,四、 突触传递过程和特征,五、 反射弧(reflex arc),第二节 信息的产生和传递,(一)阈刺激：,引起有机体反应的最小刺激称之为阈值。小于阈值的刺激。机体不发生反应。,(二)全或无定理,当一

7、个阈上刺激到达神经原上的时候，不论它的强度如何，一律引起同样的全力发放。而阈下的刺激有机体不发生反应。,一、阈刺激与全或无定理,(一) 神经原的结构,二、神经原与突触的结构,神经原就是神经细胞。,神经细胞体：直径约10150，形状多样。有一个大而圆的核，胞膜极薄。,细胞突：每一个神经细胞都有数个树突和一个轴突。,神经纤维：一条神经纤维就是一个神经原的树突或细长的轴突。神经纤维分传出纤维和传入纤维。,(一) 神经原的结构,有的神经纤维包有髓鞘，髓鞘呈白色，具隔离作用。 有的神经纤维没有髓鞘，故呈现灰色。,(二) 突触的结构-电突触,电突触中突触前膜与突触后膜之间的突触间隙很小(2nm)。,突触间

8、隙有间隙连接相连。,突触由三部分组成：,1.突触前结构：神经原纤维，突触前神经末梢，突触小泡(=200800埃)和突触前膜。,2.突触间隙：突触前膜和突触后膜之间有间隙，或称突触裂(厚度约200500埃)。,3.突触后结构：为另一个神经原的树突或细胞体相接触的部分和突触后膜(厚度约70埃)。,(三)突触的功能,腔肠动物神经网的突触是一种电突触。,1. 突触前后两膜很接近，神经冲动可直接通过，速度快；,2. 传导没有方向之分，形成电突触的2个神经元的任何一个发生冲动，即可以通过电突触而传给另一个神经元。,化学突触的突触小体中有神经介质在突触后结构的突触后膜上含有各种能与神经介质特异结合的受体，以

9、及各种酶系。,乙酰胆碱(ACh)、去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)、5羟色胺、氨基丁酸(GABA)、甘氨酸和谷氨酸等。,但在中枢神经与外周神经(包括周围神经系统和自主神经系统)的递质不尽相同。,(四)突触联络的方式,1. 轴树联络：一个轴突末梢另一个树突末梢相接；,2. 轴体联络：一个轴突末梢另一个细胞体相接；,3. 混合联络：一个轴突末梢另一个树突和细胞体相接。,(四)突触联络的方式,(四)突触联络的方式,(一) 静息膜电位：,细 胞 内 细 胞 外 Na+ 12毫克分子/升 Na+ 145毫克分子/升 K + 155毫克分子/升 K+ 4毫克分子/升 其他阳离子 5毫克分子/升 Cl-

10、 4毫克分子/升 Cl- 120毫克分子/升 HCO3- 8毫克分子/升 HCO3- 27毫克分子/升 A- 55毫克分子/升,极化 静息电位 -90毫伏 膜外电位 0毫伏,细胞处于安静状态下的膜电位。,三、静息膜电位与动作电位,(一) 静息膜电位：,离子在细胞内外的不平均分配是靠Na+K+泵维持的，需要ATP供能。,神经纤维的Na+K+泵每消耗一个ATP， 将3个Na+逆浓度梯度泵出细胞， 将2个K+逆浓度梯度泵入细胞， 这就使膜的内外出现了Na+和K+2个相反的浓度梯度。,膜对Na+、 K+的透性不同， Na+很难通过， K+易于通过，因而泵出的Na+很难重新过膜进入神经，而泵入的K+却可

11、以从膜漏出.,(一) 静息膜电位：,(一)静息膜电位：,(二) 动作电位,当膜受到超过阈值的刺激时，膜的去极化、超极化和复极化的过程。,阈上刺激 膜的通透性改变， 钠离子大量进入膜内。 去极化 Na+,Na+ 300 Na+,反(超)极化 动作电位 30毫伏 膜外电位 0毫伏峰形电位 刺激结束 膜的通透性恢复 K +,复极化 膜内电位 -90毫伏 膜外电位 0毫伏,(二) 动作电位,(二)动作电位,(二) 动作电位机制研究,具巨大神经轴突的章鱼,(二)动作电位 机制研究,(三) 兴奋的传递,兴奋的神经段和它相邻的未兴奋的神经段之间的电位恰好相反，所以将由于电位差的存在而有电荷移动，形成局部电流

12、。这种局部电流犹如外加电刺激的作用，足以使峰形电位前沿的静息膜发生去极化、超极化和复极化。刺激信号就向前传递。,(三) 兴奋的传递,两节髓鞘相接的地方，即郎飞节是没有髓鞘的，有鞘神经的动作电位正是在没有髓鞘的郎飞节处发生的。,在郎飞节上发生的神经冲动是跳跃式的传导，即一个郎飞节出现的动作电位引起相邻郎飞节出现动作电位。这种跳跃式传导：加速传导的速度，并能节约能量。,有髓鞘神经传导所需的能不过是同样大小的无髓鞘神经传导所需能的1/5000!,神经冲动 神经终末释放化学物质 突触裂 化学介质于突触后膜受体的化学反应 突触后膜离子通透性变化 去极化(兴奋性突触后电位) 超极化(抑制性突触后电位),(

13、一) 突触传递的过程：,四、突触传递过程和特征,(二) 突触传递的特征,1. 单向传递：前膜到后膜,2. 突触延搁：0.52ms,3. 总和：可积累，可叠加,4. 对内环境变化敏感：缺氧，二氧化碳,5. 对某些药物敏感：咖啡碱，茶碱等,反射弧主要由,五、 反射弧(reflex arc),感受器、,感觉神经元(传入神经)、,中间神经元(神经中枢)、,运动神经元(传出神经)、,效应器 等五部分组成,反射弧主要由五部分组成,A一个传导细胞；B.感觉元和运动元居间简单；C.多元。,膝跳反射,神经与肌肉的连接：,神经与肌肉的连接：,运动神经纤维在到达末梢处时先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜上称

14、作终板的膜凹陷中。,但轴突末梢的膜和终板膜以约200的间隙隔开；终板膜有规则地再向细胞内凹入，形成许多皱褶，作用可能是增加接头后膜的面积。,轴突末梢的轴浆中含有大量直径500的囊泡，内含乙酰胆碱。一次动作电位约200300个囊泡释放内容物。,第三节 感觉器和效应器,温度感受器(冷、热) 皮肤感受器 机械感受器(压力差、触觉) 外感受器 痛觉感受器(痛觉) 化学感受器 味觉,嗅觉 感受器 声感受器 听觉 光感受器 视觉 内感受器 本体感受器 肌梭、肌腱 内脏感受器 肺牵张、颈动脉窦感受器、 颈动脉体感受器,(一) 皮肤感受器：,一、感觉器的类型,(一) 皮肤感受器：,温度,(一)皮肤感受器：,温

15、度,(一)皮肤感受器：,触、压,触、压,(二) 光感受器,眼球构造,章鱼的眼睛,昆虫的复眼,复眼由单眼组成,复眼成的象，尚需经脑整合,视杆细胞和视锥细胞,(三) 声感受器,(三) 声感受器,(三) 声感受器,(三) 声感受器,(三) 声感受器,(四) 化学感受器,(四)化学感受器,感受器对适宜刺激(声波、可见光、温度)的变化敏感；,(一) 感受器的适宜刺激,对非适宜刺激的变化不很敏感。,二、 感受器接受特征,1. 强度阈值：,2. 时间阈值：,3. 面积阈值： (触觉),4. 辨别阈值： (压力),(二) 感受器的阈值,感受器接受刺激，发生兴奋；刺激的能量(光能、声能，机械能、热能等)转化为神

16、经上的电活动。这就是感受器的换能作用,(三) 感受器的换能作用,当刺激作用于感受器一定时间后，其感觉冲动发放的频率就逐渐下降，这一现象就称“ 感受器的适应”,(四) 感受器的适应,感受器本身及其传导部分又常受到神经系统的反馈调节。反馈调节对避免因刺激而产生过度的兴奋是重要的，起到保护肌体免受损伤。,三、 感受器的反馈调节,四、 效应器,(一) 肌肉和肌肉收缩-肌肉收缩的机制,(二) 色素反应,细胞质中有一种特殊的细胞器，即色素体。色素细胞在收到来自神经或激素的信号时，可能是由于细胞骨架发生了变化而导致色素体移动。,(三) 生物发光,夜光虫,(四) 其他效应器,一、大脑皮质的生物电活动,二、 条

17、件反射,三、 人类的语言机能,四、 睡眠与觉醒,五、 学习与记忆,第四节 脑的高级机能,一、大脑皮质的生物电活动,两种不同的形式的生物电：,诱发电位(evoked potential)， 是当人工刺激感受器或传入神经时，在感觉传入冲动的激发下，大脑皮质的某一特定区域可以产生较为局限的电位变化，并可用电生理记录仪进行观察记录。,两种不同的形式的生物电：,自发脑电活动，是在安静情况下，虽然没有任何明显的外界刺激，大脑皮质仍经常产生持续的节律性的电位改变。,脑电图的正常波形：,脑电图的正常波形：,1. 波频率813次/秒，振幅为20100微伏。波在清醒安静闭目时即出现。,2. 波 频率1430次/秒

18、，振幅520微伏。安静闭目时在额叶出现。突然的刺激或思考时，其他部位也出现波。,脑电图的正常波形：,3. 波频率47次/秒，振幅约100150微伏。在困倦时一般即可见到。,4. 波频率135次/秒，振幅20200微伏。成人睡眠时出现。在深度麻醉、缺氧、或大脑有器质性病变时也可出现。,脑电波形成的原理：,大量的神经元同时发生突触后电位变化，才能同步起来，引起皮质表面出现电位改变。,巴甫洛夫认为 条件反射的形成是无关刺激在大脑皮质建立的兴奋灶与非条件刺激在大脑皮质引起的兴奋灶之间建立暂时联系的结果。,铃声(无关刺激),分泌唾液,食物(非条件刺激),二、条件反射,1. 两个信号系统的概念,第一信号是

19、现实的具体信号，是直接作用于感觉器官的各种刺激。,第二信号是现实的抽象信号，即词语刺激(对具体的直接刺激的概括与抽象化)。,三、人类的语言机能,2. 第二信号系统的形成,第二信号系统是在婴儿个体发育过程中逐渐形成的，是在第一信号系统活动的基础上建立起来的。,各种波,四、睡眠与觉醒,学习可能引起神经通路发生变化。,不断学习，不断使用这个通路，使通路中各突触的阻力不断减小，结果通路畅通，这也许就是记忆的机制。,五、学习和记忆,一、植物激素,二、动物激素,三、激素的作用机制,第五节 激素和调控作用,(一) 生长素,吲哚乙酸，简称 IAA(indole acetic acid),一、植物激素,生长素刺

20、激植物生长 :刺激细胞分裂,顶芽优势：抑制侧芽的生长,向性 ：向光性，向地性,果实发育：没有授粉的花 ，形成离层,其他效应：促进休眠,抑制发芽 ,增加坐果率,吲哚乙酸，简称 IAA(indole acetic acid),顶芽优势：抑制侧芽的生长,(二) 赤霉素,不成熟的种子中含量最高,赤霉素最突出的作用是刺激细胞延长。,(三) 细胞分裂素,一种核酸的降解产物，有刺激细胞分裂的作用 。细胞合成的，含量很低 。,根尖、胚、果实等部,促使种子萌发、果实发育、开花等,还有防止或延缓器官衰老的作用,(四) 多胺,一类含有两个或更多氨基的化合物,促进某些组织生长，维持 膜的正常功能,正电荷的氨基使和带有负电荷的磷酸基的DNA或RNA结合 ，促进转录和翻译 。,膜上的蛋白质或磷脂结合，保持膜的稳定性,(五) 乙烯,幼苗的茎尖，乙烯的产量就较高,对茎的延长有抑制作用,二、动物激素,(一) 甲状腺,1. 甲状腺机能亢进,2. 甲状腺机能减退,3. 甲状腺肿,4. 降钙素:血钙,1.甲状腺机能亢进,(二) 甲状旁腺,4个，各成小黄豆状，附在甲状腺上,一