医学生理学神经元间的信息传递

1、医学生理学神经元间的信息传递Information transmission from one neuron to next 化学性突触 电突触 定向突触 化学性突触 directed synapse 非定向突触 non- directed synapse 一、突触传递synaptic transmission (一)经典突触的结构和分类Structure & types of the classical synapse经典突触即经典的定向化学性突触(Chemical synapse) 1突触的结构(synaptic structure)： 突触小体(synaptic knob)： A.小体轴

2、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： 突触间隙（Synaptic cleft）： 宽20nm，与细胞外液相通；神经递 质经此间隙扩散到后膜。 突触后膜（Postsynaptic membrane)： 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）2突触的分类 types of synapses： 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

3、式突触其它方式：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。 根据突触的组合形式分为： 根据突触的传递功能分为： 兴奋性突触 (Excitatory synapse) 抑制性突触 (Inhibitory synapse)(二)突触传递过程与突触后电位 The process of synaptic transmission and Postsynaptic potential 1.突触传递过程 process of synaptic transmission (1)突触前过程： 神经冲动到达突触前神经

4、元轴突末 梢突触前膜去极化； 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) (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Postsynaptic potential。 总之，在突触传递过程中，突触前末梢去

5、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。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Excitatory postsynaptic potential, EPSP A.兴奋性突触后电位的记录 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-52

6、mV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。 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。 (2)抑制性突触后电位 Inhibitory postsynaptic potential, IPSP A.抑制性突触后电位的记录 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， 膜发生超极化；对K+的通透性增 加、K+外流，或Na+和Ca2+通道关闭, 膜发生超

7、极化。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(3)慢突触后电位 slow postsynaptic potential A.sEPSP and sIPSP: 可在自主神经节,皮层神经元记录到; 潜伏期长(100500ms),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.late slow EPSP 可在交感神经节记录到; 潜伏期15s,持续时间1030

8、min; 机制:K+电导降低;递质为GnRH 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。 4.突触可塑性synaptic plasticity 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。 强直后增强(posttetanic potentiation): 突触前Ca2+

9、积聚递质释放PTP(60s); 习惯化与敏感化habituation & sensitization: 重复刺激 Ca2+通道关闭Ca2+内流少 递质释放减少; 激活AC cAMPCa2+内流递质释 放增多； 长时程增强(long-term potentiation,LTP) 突触后Ca2+ Ca2+/CaM PKC 长时程抑制(long-term depression, LTD)(三)非定向突触传递 Non-directed synaptic transmission 又称为非突触性化学传递 Non- synaptic chemical transmission 1非定向突触的结构：2非定向

10、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； 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。(四)电突触 Electrical synapse 1结构特点： 结构基础是缝隙连接Gap junction 两个神经元间膜间距仅2-3nm； 胞浆内不存在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； 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。

11、2功能意义：使许多神经元产生同步 性放电或同步性活动。 二、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(5条) 3.神经调质 Neuromodulator 的概念及调质的调制作用 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。 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：

12、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。 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 Amino acides 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。 肽类Peptides： 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 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(Prostaglan

13、din,PG) 气体类：NO; CO； 5神经递质的共存 neurotransmitter co-existence 戴尔原则(Dale principle)：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)。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

14、作用； 可能与信息的化学编码有关。 （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。 (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。 2受体的激动剂和拮抗剂 Agonist and Antagonist 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)。 拮抗剂： 可与receptor发生特异性结合,从而占据受

15、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。3Receptor与Ligand结合的特性 相对特异性； 饱和性； 可逆性； 竞争性； 4Receptor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ligand在与不同亚型受体结合 后，可生多样化效应。 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(presynaptic receptor)。 按受体激活机制分类： 根据

16、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： 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。 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。5. 受体的调节regulation of receptor 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)up regulation: 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

17、体蛋白表达于膜表面)下调 (减量调节)down regulation: 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.(三)外周神经递质及其受体 Peripheral neurotransmitter & Its receptor 1Acetylcholine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 (Cholinergic fiber)。 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

18、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； 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 Nicotinic receptor， 是配体化学门控通道。aACh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。 bN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- type nicotinic receptor)； N2亚型分布于骨骼

19、肌终板膜，又称 为肌肉型烟碱受体(muscle- type nicotinic receptor) 。cN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)aACh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Muscarinic receptor b.M受体又分为M1、M2、M3、M4、M5 等亚型。M1亚型在脑内含

20、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。 cM受体的阻断剂是阿托品(Atropine)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)； 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)； 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

21、，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。 2Norepinephrine 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(Adrenergic fiber)。 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。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。 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；PrazosinYohimbinePhentolamine对1受体作用强。 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 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