生理学教材-第十一章-神经系统

第十一章神经系统(NervousSystem)

本章导读

神经系统是机体内最重要的调控系统。本章主要讲述机体各器官系统完成多种功能的神经调节机制、特征与规律。本章的前三节内容可看作总论部分，后四节应为各论部分。总论讲述神经系统完成各种功能的基本规律，是学习各论内容所必备的基本知识。各论讲述神经系统重要的部分具体功能。第一节介绍神经元和神经胶质细胞的基本生理特性与基本功能。其中神经元是神经系统的基本结构与功能单位，具有接受信息、整合信息和传送信息的重要功能。第二节介绍神经元间进行信息传递的基本规律。神经元间进行信息传递的部位是突触，按照信息传递方式突触分化学突触与电突触两种，哺乳动物的神经系统内主要是化学性突触。根据突触前成分对突触后成分的影响，化学性突触又分为兴奋性突触与抑制性突触两种。前者的突触前末梢兴奋所释放的神经递质使突触后膜产生去极化的突触后电位，即兴奋性突触后电位(EPSP)；后者的突触前末梢的兴奋引起突触后膜产生超极化突触后电位，即抑制性突触后电位(IPSP)。两者都属于局部电位。兴奋性突触后电位必须经过整合才能在轴突始段产生动作电位，完成细胞间的兴奋传递。抑制性突触后电位是中枢抑制中突触后抑制的形成基础，另一种重要的抑制是突触前抑制，是去极化抑制，其形成的结构基础是在突触前存在轴-轴突触。以上突触传递过程均属于快突触传递，神经系统内还存在慢突触传递过程。化学突触是以神经递质作为中介物质完成信息传递的。神经递质包括小分子的引起快突触传递的经典递质和大分子的以引起慢突触电位为主的神经肽。两类递质可共存于同一神经终末。化学性突触传递具有与神经纤维传导不同的重要特征。第三节主要介绍反射活动的基本规律。完成反射活动的结构基础是反射弧。根据反射中枢的结构可将反射分为单突触反射与多突触反射。反射中枢的神经元池由于其结构的不同可使其输出信号发生辐散、会聚或延长等变化。从而使反射活动具有一定的特征。第四节介绍感觉（主要是躯体感觉）形成的基本过程与特征。躯体感觉的形成一般经过三两次突触接替，其中丘脑接受除嗅觉以外的各种感觉传入，并向大脑皮层发出特异性与非特异性投射系统。大脑皮层中央后回是躯体感觉的主要分析中枢。第五节介绍躯体运动控制的基本理论。躯体运动受到脊髓、脑干和大脑皮层的三级控制以及脊髓、脑干、基底神经节、小脑和大脑皮层的调节。其中脊髓前角运动神经元（及脑干运动核）是运动调控的"最后公路"。脊髓阶段即可完成重要的躯体反射，但在正常情况下受到高级中枢的调节。随意运动必须由大脑皮层的参与。大脑皮层通过锥体系与锥体外系对躯体反射和随意运动进行调节。第六节介绍内脏活动的神经调节的特征，包括内脏调节的外周部分和中枢部分的特点。外周部分包括交感神经、副交感神经和肠道神经系统。调节内脏活动的中枢部分主要是脊髓、脑干、下丘脑与边缘系统。第七节简要介绍脑的高级功能，包括语言功能与学习和记忆；结合脑电图介绍睡眠的规律与特征。

神经系统在机体功能活动的调节中发挥着重要作用。它每时每刻都从分布于全身各处的感受器接受传入信息并进行整合，决定机体做出适应性反应。神经系统可以直接或间接调节各器官系统的活动，使各系统的活动相互协调，使机体成为一个统一体，并使机体适应内外环境的变化，所以它是对机体的生存具有特殊意义的系统。在人类，神经系统得到了高度的进化，在结构和功能上均较任何动物复杂，具备了学习与记忆、抽象思维和语言活动等高级功能。第一节神经元与神经胶质细胞

(Neuronandneuroglia)

神经元(neuron)与神经胶质细胞(neuroglia)是构成神经系统的主要细胞成分。其中神经元（即神经细胞）是组成神经系统的基本功能单位，神经胶质细胞虽然目前仍然认为是神经系统内的辅助成分，但越来越多的实验证据表明，它对神经系统功能的完成具有重要作用。

一、神经元和神经纤维

(Neuronandnervefiber)

中枢神经系统内有超过1000亿个神经元，这是神经系统能够完成复杂功能的结构基础。神经元由胞体和突起两部分组成（图11-1）。胞体主要位于脑、脊髓、神经节以及某些器官的神经组织中，它是神经细胞营养与代谢的中心；突起分树突(dendrite)和轴突(axon)两种。树突一般较短，可有几级分支，其主要功能是接受其他神经元传来的信息。轴突一个神经元一般只有一条，不同的神经元其轴突的长短差异很大。长的轴突外面包有神经膜或髓鞘，称为神经纤维(nervefiber)，它的基本功能是传导神经冲动(nerveimpulse)。

（一）神经元

1．神经元的功能形态特征

神经元的形态在很大程度上不同于身体其他部位的细胞，主要因为其体积的一大部分是突起。脊髓前角运动神经元胞体的体积不足总体积的1/10，其余的9/10是树突和轴突。在细胞内成分的组成上，树突内的细胞器和分子组成均与胞体相同，且树突内的细胞骨架也与胞体相类似。树突上有大量的小刺，称为树突棘(dendriticspine)，增大了接触面积。树突与胞体之间没有分界，只是其所含细胞器的数量随着与胞体的距离增大而减少。而轴突与胞体之间有着明显的功能分界，即轴突的起始部位──轴丘(axonhillock)。大多细胞器不在轴突内出现，如粗面内质网和高尔基复合体。而线粒体、滑面内质网则存在于神经元的所有部位，包括轴突内。这种细胞器在神经元胞体、树突、轴突中的不同分布决定了它们功能上的差异。神经元的大小也有很大差异，人类神经系统内最小的神经元是小脑颗粒细胞，胞体直径5～8μm，体积约300μm3，而最大的神经元是脊髓前角运动细胞和大脑皮层的贝茨(Betz)细胞，它们的胞体直径可超过100μm，体积可达2×x105μm3。神经元的胞体和树突上贴伏着大量由其他神经元轴突终末形成的终扣(endbutton)。例如，脊髓前角运动神经元的胞体和轴丘上，表面积的一半被突触小体(synaptosome)或终扣附着，树突表面积的3/4覆盖着突触小体。这是神经元进行信息整合的结构基础。

2．神经元的分类

如按神经元的形态进行分类，可分为五十余种，而结合其功能分类可分为两类，即投射神经元(projectionneuron)与中间神经元(interneuron)。投射神经元具有较长的轴突，可将信息进行远距离传送，如传出神经与传入神经中的神经纤维，神经元具有较长的轴突是神经冲动远距离传导的结构基础；而中间神经元一般具有大量的树突，轴突很短甚至缺如，其主要功能是进行信息整合与局部的信息传递。在人类的神经系统中，投射神经元只占很小的比例；大量存在的都是中间神经元，如大脑皮层中绝大多数的神经元都是中间神经元。

3．神经元的电生理特性

神经元属于体内兴奋性最高的细胞类型。神经元胞膜上分布的特定离子通道使其能在静息电位的基础上产生动作电位，因而神经元属于可兴奋细胞。而神经元的电学特性对于它接受信息、整合信息和传导信息十分重要。

（1）神经元的静息电位神经元的静息膜电位可通过细胞内记录的方法测量。在不同神经元所记录的结果表明，不同类型的神经元，其静息电位值非常接近，一般为－65mV～－70mV。即膜内较膜外负70mV左右。神经元胞体静息膜电位的形成机制与神经纤维和骨骼肌的相同，即膜内外离子分布不均衡以及在安静时细胞膜基本上只对K+通透。神经元在安静状态下对K+、Na+、Cl－的通透性大小的比值为1.0．0：:0.04：:0.45，所以神经元在安静时主要对K+通透，因而神经元的静息膜电位接近K+的平衡电位。

（2）神经元膜的电学特性神经元膜有三个被动电学特性，即静息膜阻抗(rm)、膜电容(cmCm)以及树突与轴突的纵向阻抗(ri)。这些电学特性决定突触电流所引起的突触电位的时程和幅度，决定突触电位扩布至轴丘处的衰减程度。此外，这些电学特性还决定了神经纤维上动作电位的传导速度。

1）膜电阻即细胞膜对输入跨膜电流所起的电阻器作用，又称为膜的输入阻抗。当给不同的神经元输入相同大小的电流时，膜输入阻抗高的将产生较大的膜电位改变，当不计算突起时，大的神经元的输入阻抗较小。因为大的神经元膜面积较大，具有较多的离子通道。

2）膜电容细胞膜的结构特点使其具有电容器的作用，其单位面积的电容约1μF/cm2。细胞膜的电容特征使得当有电流的输入（通电）或断电时，首先在细胞膜上产生充电和放电效应，因而使产生的电紧张电位的上升和下降均具有指数曲线变化特征。影响这种电紧张电位变化速度的时间常数(τ)主要取决于膜电容与膜电阻的乘积，即τ=·Cm。当膜电阻与纵向阻抗接近时，即τ=RC。而决定膜的电紧张电位扩布距离的空间常数(λ)取决于膜电阻(rm)与轴浆纵向电阻(ri)的比值，即λ=，所以神经细胞的rm大或ri小均使其λ值增大，易于形成局部电位的空间总合，神经纤维上动作电位的传导速度也更快。其中影响轴浆纵向阻抗的主要因素是神经纤维的直径（图11-2）。

（3）动作电位与膜的离子通道神经元的动作电位也与神经纤维和肌细胞相同，是在静息电位的基础上产生的膜电位的快速反转与恢复，具有"全或无"的特征。其形成机制也是主要由于细胞膜对离子通透性的改变。

膜片钳技术的发明与改进使人们对神经元膜上离子通道的分布与特性有了越来越深刻的认识。神经元膜上有多种离子通道，其中包括电压依赖性的及配体依赖性的。这些离子通道在不同的神经元上以及在相同神经元的不同部位均有着不同的分布，如在神经元的轴丘部位电压依赖性Na+通道的分布密度远远高于其他部位，这使得轴丘较胞体和树突更容易形成动作电位；在突触前神经纤维终末分布有高密度的电压依赖性Ca2+通道，这有利于传入冲动引起神经递质的释放；有髓神经纤维膜上Na+通道在郎飞节处的密度(1000～2000/μm2)远远高于无髓神经纤维(35～500/μm2)，这种Na+通道的分布特征与动作电位的产生和传导密切相关。

4．神经元的再生与增殖

长期以来的传统观念认为，成年哺乳动物中枢神经系统(CNS)内的神经细胞不能分裂再生和增殖。所以，一旦神经组织损伤，坏死的神经元即被吞噬细胞清除，损伤部位由增生的胶质细胞填充，形成胶质瘢痕。不能形成新生神经元的主要原因，一方面认为发育完成的中枢神经系统内没有前体细胞，其二是中枢神经系统内的神经组织存在有阻碍再生的抑制因子。但近年来的研究证明，成年哺乳动物的某些脑区，如海马结构的齿状回和脑室下区，仍然存在具有增生能力的前体细胞。在正常生理条件下，这些前体细胞的再生能力很低，但在局部损伤或接受学习训练刺激时，这些前体细胞可以分化生成新生的神经元，并迁移到发挥生理功能的区域，其生长的轴突可以形成正常的突触联系并行使其功能。这些神经元增生的新发现为中枢神经系统损伤的修复以及退行性中枢疾病（如老年痴呆）的治疗带来了希望。

（二）神经纤维

1．神经纤维的分类

通常使用的神经纤维分类方法有两种：

（1）根据电生理学特性分类在记录动作电位传导速度的实验中，如使用较长的神经干（如牛蛙的神经），则由于混合神经干中不同神经纤维的传导速度不同，记录的动作电位由多个波组成，即出现潜伏期不同的一系列波（图11-3）。Erlanger和Gasser根据这些波出现的先后分别命名为A、B、C波，相应的神经纤维为A、B、C类纤维，其中根据A波的组成又将A类纤维又分为Aα、Aβ、Aγ、Aδ（表11-1）。

表11-1哺乳动物的神经纤维类型*

纤维类型来源直径(μm)传导速度(m/s)锋电位时程(ms)绝对不应期(ms)

Aα本体感觉传入躯体运动传出纤维12～2070～1200.4～1

β触、压觉传入5～1230～700.4～0.5

γ支配梭内肌3～615～30

δ痛、冷、触觉传入2～512～30

B自主神经节前纤维<33～151.21.2

C背根痛、温度觉传入0.4～1.20.5～222

C交感交感节后纤维0.3～1.30.7～2.322

*A和B类纤维是有髓纤维；C类纤维是无髓纤维.

（2）根据纤维的直径和来源分类这种分类方法多用于描述传入神经纤维，用罗马数字命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四大类（表11-2），其中Ⅰ类纤维又分为Ⅰa、Ⅰb。罗马数字命名来源电生理学分类

ⅠaⅠb肌梭传入纤维,腱器官传入纤维AαAα

Ⅱ肌梭传入纤维触、压、振动觉传入纤维Aβ

Ⅲ痛、温度觉、深压觉传入纤维Aδ

Ⅳ痛觉、温度觉传入纤维C

以上两种分类方法在实际应用中习惯上对传出纤维多使用第一种命名法，如脊髓前角α运动神经元的传出纤维称为Aα纤维，γ神经元的传出纤维称为Aγ纤维；对传入纤维多使用第二种命名法，如对肌梭的传入纤维称Ⅰa、Ⅰb类纤维。但有时也出现两种分类的交叉混合使用，如在叙述痛觉传入纤维时，习惯的用法是Aδ纤维和C类纤维。

2．神经纤维传导兴奋的速度

神经纤维的传导速度受其电学特征的影响。就一般情况而言，直径大的纤维较直径小的传导速度快，因为直径大的纤维其空间常数大而纵向阻抗小；有髓纤维较无髓纤维传导速度快，因为有髓纤维的髓鞘增加了膜阻抗而使空间常数增大。此外，温度降低可以减低慢神经纤维的传导速度甚至造成传导阻滞，临床上使用的冷冻麻醉即根据这一原理。

记录神经纤维的动作电位，可以测定人体不同神经的传导速度。正常人体上肢正中神经内的运动神经纤维，传导速度约为58m/s，感觉神经纤维的传导速度约为65m/s。当神经纤维出现病变时（如脱髓鞘），其传导速度减慢。

3．神经纤维传导兴奋的特征

神经纤维的主要功能是传导动作电位，其传导机制是由于兴奋部位与未兴奋部位之间的电位差形成的局部电流引起邻近膜去极化，当去极化达到阈电位时，则在邻近膜上产生新的动作电位。动作电位在神经纤维上的传导具有以下特征。：

（1）双向传导在实验条件下，刺激神经纤维的任何一点，产生的动作电位均可向两端传导。但在体内，由于神经纤维总是作为反射弧的传入或传出部分，所以神经纤维上动作电位往往单方向传导。

（2）绝缘性神经纤维由于其神经膜及髓鞘的绝缘作用，神经纤维上传导的冲动基本上不会波及到邻近纤维，谓之神经纤维传导的绝缘性。这样，在混合神经干内，传入、传出纤维各自传送相关信息而互不干扰，保证了信息传送的准确、可靠。

（3）生理完整性神经纤维能将信息传送到远隔部位，不仅要求其结构的完整，而且必须功能正常。影响动作电位产生和传导的因素可以破坏神经纤维的生理完整性，如用冷冻或药物作用于神经纤维某一局部，破坏其生理功能的完整性时，可造成神经冲动的传导阻滞(conductionblock)。在医疗实践中可以利用这一特点阻断神经的传导功能，达到医疗的目的，如采用低温麻醉和药物麻醉的方法进行手术，可以减轻病人的疼痛和痛苦。

（4）相对不疲劳性神经纤维可以在较长时间内持续传导冲动而不容易产生疲劳。实验发现，当电刺激神经-肌肉标本的神经部分时，肌肉很快因疲劳而不再收缩；但是，当预先阻滞了神经-肌肉接头部位的信息传递而以持续高频刺激神经纤维，10小时后除去对神经-肌接头部位的阻滞，此时仍可看到肌肉的收缩。这就证明了神经纤维依然保持着正常的传导功能。本实验同时证明，神经-肌肉接头部位的信息传递容易发生疲劳。

4．神经纤维的轴浆运输

神经纤维不仅具有传导动作电位的重要功能，而且其细胞浆（又称为轴浆）还具有运输功能。由于轴突内的细胞器与胞体和树突内的不同，它几乎不具备合成蛋白质的能力，其所有代谢需要的酶及其他蛋白质均需要在胞体的粗面内质网与高尔基复合体内合成，然后通过轴浆运输将它们运送到神经末梢；此外，含有递质的囊泡也大多在胞体形成后通过轴浆运输至神经末梢。

轴浆运输是双向的，即可以从胞体向轴突末梢运送，这称为顺向轴浆运输(orthodromicaxonalanterogradeaxoplasmictransport)；也可以从轴突末梢运向胞体，这称为逆向轴浆运输(retrogradeaxoplasmicnaltransport)。用简单的结扎神经纤维的方法即可以证实轴浆运输的双向性。实验还发现，顺向运输有快速与慢速之分，快速轴浆运输主要运送含有神经递质的囊泡、线粒体及其他内分泌颗粒等。慢速轴浆运输实际上是胞体新合成的微管和微丝等结构缓慢向前延伸以及其他可溶性成分随之向前移动。在哺乳动物的坐骨神经，快速运输的速度可达410mm/d；慢速运送速度仅为1～12mm/d。快速运输过程要消耗能量，其机制比较复杂。通过逆向运输的物质一般是在神经终末通过末梢摄取的，如神经生长因子、嗜神经病毒等。其运输机制类似于顺向快速运输，只是方向相反，运输速度约205mm/d。

轴浆运输的发现促进了神经科学的发展。利用轴浆运输的特性，科学家揭示了中枢神经系统内神经核团之间的纤维联系，逐渐总结出成熟的束路追踪研究法。例如采用辣根过氧化物酶(HRP)进行束路追踪，既可以将示踪剂注射在神经终末附近，通过轴浆的逆向运输显示胞体的位置；又可以通过轴浆的顺向运输特点，使胞体摄取示踪剂后，显示神经纤维的投射部位。

5．神经末梢的营养作用

神经末梢对它所支配的组织，除了调节其功能活动外，还具有营养作用(alimentationtrophicaction)。这是因为神经末梢可以缓慢释放某些物质，改变所支配组织的代谢活动，影响其结构和生理功能。这种作用当神经损伤时就可以显示出来和观察到。如实验切断支配骨骼肌的运动神经后，被支配的肌肉会逐渐萎缩。临床上周围神经损伤的病人也会出现肌肉萎缩的现象。神经末梢的营养作用可能由于末梢释放某些营养性因子所致。

二、神经胶质细胞

(Neurogliocyteacell)

神经胶质细胞是组成神经组织的重要成分。在人类的神经系统中，神经胶质细胞约占神经系统体积的一半，数量上约为神经元的10～50倍。神经胶质细胞广泛分布于中枢神经系统和外周神经系统中。在不同的区域，其数量和种类有较大差异。中枢神经系统内的胶质细胞，按照其起源可以分为两大类，大胶质细胞（包括星形胶质细胞和少突胶质细胞）和小胶质细胞。大胶质细胞起源与神经细胞相同，均起源于外胚层；小胶质细胞起源于中胚层，归属于吞噬细胞一类。外周神经系统内的胶质细胞主要是施万细胞。神经胶质细胞也有突起，但没有树突与轴突之分（图11-4）。

（一）神经胶质细胞的生理特性

1．静息电位较高

使用细胞内记录的方法可以记录出胶质细胞的静息电位，为－75～－90mV。改变细胞外液的K+浓度时发现，胶质细胞的膜电位变化完全服从Nerst公式，这表明胶质细胞的细胞膜静息时主要对K+通透。

2．不能产生动作电位

实验发现，当向细胞内注入去极化电流时，胶质细胞的膜电位发生去极化改变，但不能产生"全或无"的动作电位；在生理条件下，神经元的兴奋可以引起细胞外K+浓度增高，此时，胶质细胞也可以出现膜的去极化，但仍不能产生动作电位。这主要因为胶质细胞膜上缺少产生动作电位的Na+通道。

3．分裂能力较强

发育成熟的中枢神经系统内，神经胶质细胞仍然具有较强的分裂增殖能力。

4．胶质细胞之间有低电阻的缝隙连接，细胞间可进行离子与小分子的扩散和交换。

（二）神经胶质细胞的功能

目前认为星形胶质细胞主要具有以下功能：

（1）支持作用星形胶质细胞的广泛突起构成神经组织的网架，对网架内的神经元起着支持作用。

（2）参与创伤的修复当神经元因外伤、缺血、感染等出现变性坏死时，邻近存活的神经元一般不会分裂生成新的神经元修复创伤部位，一般由星形胶质细胞形成胶质瘢痕。

（3）参与构成血-脑屏障(blood-brainbarrier，BBB)，并对神经元起到运送营养物质及排除代谢产物的作用。

（4）参与神经递质的代谢胶质细胞膜上有不同神经递质的转运体(transporter)，其作用是逆浓度梯度从胞外将神经递质摄入胶质细胞内，并在相应酶的作用下转化。如摄取谷氨酸、γ-氨基丁酸等。；

（5）调节细胞外的K+浓度神经元的强烈兴奋，可以引起细胞外K+浓度的明显升高，由于K+可以进入胶质细胞内，并在胶质细胞间扩散，从而维持了细胞外离子浓度的相对稳定。

（6）分泌神经营养因子(neurotrophicfactors，NFs)促进神经元的存活。

小胶质细胞主要功能是当神经组织损伤时转变为吞噬细胞，参与神经组织碎片的清除。少突胶质细胞和施万细胞分别在中枢与外周神经系统形成髓鞘。一个小胶质细胞可以包绕多条轴突，形成多段髓鞘。一个施万细胞只包绕一条神经纤维的一个区段，施万细胞之间留下的间隔形成郎飞结(nodeofRanvier)。施万细胞的另一个重要功能是生成多种神经营养因子，这是外周神经损伤后可以再生的重要原因。近年来，研究将体外培养、纯化的施万细胞移植入中枢神经系统内，发现它能促进胆碱能神经元、多巴胺能神经元等损伤后的存活以及轴突的再生。

此外，胶质细胞间由低电阻的缝隙连接形成的联络网，有利于离子在细胞间扩散及调节离子的平衡，对神经元细胞外液的离子浓度起缓冲和调节作用；星形胶质细胞的细胞膜上还分布有多种神经递质的受体，但对于激活这些受体的生理意义目前仍知之甚少。

（三）神经营养因子

神经营养因子，又称为神经细胞诱向（营养）因子(neurono-trophicfactors，NTFs)。它是一个庞大的家族，包括神经生长因子(nervegrowthfactor，NGF)、脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF)、睫状节神经营养因子(ciliaryneurotrophicfactor，CNTF)、胶质细胞株源性神经营养因子(gliacellline-derivedneurotrophicfactor，GDNF)和多种神经营养素(Neurotrophins，NTs)。目前认为，神经营养因子在神经元的正常存活、生长分化以及病理性损伤及修复中发挥着重要作用。

在80年代以前，一般认为成年哺乳动物的中枢神经系统在受损伤后不能再生。所以，长期以来认为，脑炎病人由于脑细胞坏死后不能新生而终身致残，脊髓横断性损伤后病人永久瘫痪，为解决这些世界性的医学难题神经科学家付出了巨大的努力但却收效甚微。脑内神经营养因子的发现以及近年来对神经干细胞的研究为解决以上医学难题带来了希望。

1945年Bueker的研究发现，将自发性小鼠肉瘤S180的瘤块移植到胚胎后，见有大量的感觉神经纤维长入肉瘤内。但当时对此现象尚不能解释。1952年，Levi-Montalcini将S180和S37两种肉瘤块与鸡胚的感觉神经节一起培养，发现神经节周围长出大量的神经突起；1954年Levi-Montalcini与Cohen一起又发现在蛇毒中也含有促进神经生长的这种活性物质，称其为神经生长因子(NGF)。1960年，神经生长因子被纯化。从小鼠颌下腺提取的NGF，分子量140kDa，由3个亚单位组成；以小鼠NGF的cDNA为探针，从人的基因库中克隆出人的NGF基因，在其产物NGF氨基酸序列中90%与小鼠的相同。研究表明，神经生长因子作用于交感神经元、某些感觉神经元以及中枢胆碱能神经元，对它们的存活及其功能的维持起重要作用。

神经营养因子(NFs)的主要作用包括：（1）防止神经元的自然死亡20世纪初期已经发现，神经系统在发生过程中同时有神经元的自然死亡，这种自然死亡是神经系统发生中的必然过程和普遍现象，但其发生程度与靶细胞提供的神经营养因子有关。研究资料显示，将神经元联系的靶区部分切除会造成更多的神经元死亡；而扩增靶区的结构或给予外源性的神经营养因子，相应的神经细胞数增加。（2）促进受损神经元的再生研究发现，将NGF施加于动物受损的脑区，具有防止神经元死亡和促进轴突再生的作用。使用CNTF也能有效地防止损伤造成的面神经核内大量神经元的退变。

神经胶质细胞在神经系统的再生中发挥重要作用，但不同的胶质细胞作用不同。一般认为，星形胶质细胞和施万细胞能在神经损伤时释放大量的神经生长因子，促进神经再生与修复；而少突胶质细胞在中枢神经的再生中有抑制作用。

神经营养因子对其应答神经元所起的生物学作用，主要是通过作用于这些细胞表面的特异性受体，启动细胞内的一系列反应而实现的。

Summary

Nervoussystemiscomposedofnumerousneuronsandneurogliacells.Neuronshavefourdistinctivecompartments:dendrites,forreceivingsignalsfromotherneurons;thecellbody,whichcontainscomplexapparatusandreceivessignalsandintegratesthem;theaxon,whichisresponsibleforconductingimpulsesawayfromthecellbodytootherneuronsandeffectors;andnerveterminals,forreleasingofneurotransmittersatsynapses.

Neuronshavethreepassiveelectricalpropertiesthatareimportanttoelectricalsignaling:therestingmembraneresistance,themembranecapacitanceandtheintracellularaxialresistance.Thesepassivepropertiesinfluencethespeedatwhichactionpotentialisconducted.

Nervefibersincludethemyelinatedandunmyelinatedfibers.Actionpotential(AP)generatedontheaxonhillockconductingalongaxonsisnamedasnerveimpulses.ThecharacteristicsofAPconductionare:physiologicalintegrity,isolation,bi-directionandrelativelyindefatigability.Thenervefiberscanbedividedintodifferenttypesaccordingtotheirelectricalpropertiesandtheirdiameters.TheconductionvelocityofAPdependsmainlyonthediameterofnervefiberandthethicknessofmyelin.第二节神经元间的信息传递

(Signaltransmissionbetweenneurons)

人类的神经系统具有复杂的功能，不仅因为中枢神经系统内存在1011个神经元，更重要的是由于神经元之间相互连接，形成了多层次的神经回路和十分庞大的网络系统，这是完成各种信息传递和信息处理的结构基础。一个神经元与另一个神经元进行信息传递是通过突触进行的，脑内的突触数量超过1014。一个神经元的轴突分支大约可以与其他神经元形成约1000个突触联系，而一个神经元的胞体和树突上大约有10000个传入末梢形成的突触小体，小脑的浦肯野细胞(purkinjecell)大约接受10万个传入末梢。神经系统内神经元间的信息传递方式分为两类，即化学性传递与电突触传递。

一、信息传递的两种方式-化学的及电的

(Twowaysofsignaltransmission－chemicalandelectricaltypes)

神经系统内神经元间的信息传递方式分为两类，即化学性突触传递与电突触传递。

（一）化学性突触传递

化学性传递是以神经递质作为中介完成的神经元间的信息传递。前一个神经元的电活动，通过释放的神经递质，作用于后一个神经元，使其产生膜电位的变化或产生动作电位。所以化学性传递的基本作用方式是电-化学-电。

1．经典突触的信息传递

经典突触一般是指一个神经元的轴突末梢与另一个神经元的胞体或突起相互接触并进行信息传递的部位。根据前一个神经元与后一个神经元接触部位的不同，将突触分为前一神经元的轴突与后一神经元的树突、胞体和轴突形成的突触，即轴突-树突突触、轴突-胞体突触和轴突-轴突突触三类（图11-5）。实际上中枢神经系统内的突触形成部位更为多样，前一神经元除了它的轴突末梢可以与其他神经元形成突触外，它的树突、胞体均也可与另一个神经元形成突触。

（1）突触的主要结构特点借助电子显微镜，人们可以清楚地观察突触的细微结构（图11-6）。经典突触的突触前成分与神经-肌肉接头的接头前膜非常类似。不同的是神经--肌肉接头部位使用的递质只有一种即乙酰胆碱。而中枢神经系统内的神经递质种类很多。有的突触小体内含有两种囊泡(vesicle)，透明的较小的囊泡含有乙酰胆碱、儿茶酚胺等经典递质；有致密核心的较大囊泡，含有神经肽类物质。经典突触突触间隙的宽度(15～30nm)较神经--肌肉接头间隙(100nm)的窄。神经-肌肉接头的接头后膜是肌膜特化形成的；经典突触后膜成分则是神经元不同部位的细胞膜。突触的后膜往往增厚形成突触后致密区(postsynapticdensity，PSD)。在PSD内有能与神经递质结合的相应受体。由于PSD在电子显微镜下电子密度远高于其他组织，成为辨认突触的重要标志。突触小体内的部分囊泡靠近前膜，与相对的突触后致密区共同组成突触的活性区(activezone)。一般认为，活性区是释放神经递质的功能部位。哺乳动物脑内的单个突触一般有一个或多个活性区。在不同的功能状态下，突触的形态可以发生变化，活性区的数量也可以改变，这种突触结构的改变与突触传递功能的改变密切相关，这些变化反映出突触具有可塑性(plasticity)。

（2）突触传递过程突触传递过程是连续的，为叙述方便将其分为以下几个阶段。①突触前膜去极化当突触前神经元的兴奋通过动作电位的传导到达轴突终末时，突触前膜也发生去极化。②Ca2+进入突触小体突触前膜的去极化引起活性区邻近的前膜上电压门控性Ca2+通道开放。由于细胞膜外的Ca2+浓度远高于细胞内，Ca2+通过开放的通道内流。Ca2+的内流是神经递质释放的重要条件，它的主要作用是促进突触小泡接近前膜并与之融合。③递质释放囊泡膜在活性区部分与突触前膜"泊靠"(docking)、"融合"(fusion)，并形成一个"融合孔"，通过出胞作用将神经递质从融合孔排放到突触间隙；研究表明，囊泡的"泊靠"及"融合"作用都是由特异的蛋白质家族介导的。已被鉴定的蛋白质有三十余种，可按照其存在部位分为三类，即位于囊泡膜上的蛋白质、突触前膜上的蛋白质以及胞浆内的蛋白质。④递质与受体结合释放入突触间隙的递质通过扩散到达突触后膜，作用于后膜上的相应受体或配体门控通道，引起后膜离子通透性的改变。⑤产生突触后电位突触后膜上离子通道通透性增大，离子进入，继而引起突触后膜的膜电位改变。这种在突触后膜上形成的局部电位称作突触后电位(postsynapticpotential，PSP)。

递质释放后，原囊泡膜再重新被回收至突触前膜内，再次填充神经递质，形成突触囊泡的循环（图11-7）。排入突触间隙的神经递质通过不同途径及时清除，保证了突触部位信息传递的精确性和特异性。

2．非突触性化学传递

神经元间的信息传递，除了发生在经典的突触部位外，还可以在没有典型突触结构的部位释放神经递质，释放的化学递质经扩散到达附近的突触或远隔部位的神经元，影响多个靶细胞的功能。这种神经元间的信息传递方式称为非突触性化学传递(non-synapticchemicaltransmission)。

研究发现，在肠道，肾上腺素能神经元的活动可以抑制相邻胆碱能神经元的递质释放，中间并没有突触结构；用药物阻断了肾上腺素α2型受体，可以引起乙酰胆碱释放的增加。由于肾上腺素能纤维与胆碱能神经元之间并无突触联系，说明肾上腺素能神经元活动时，以某种形式释出的去甲肾上腺素对胆碱能神经元有紧张性抑制作用。应用荧光组织化学方法发现，这种递质释放的结构基础是肾上腺素能纤维末梢的分支形成串珠状的曲张体(varicosity)，内含高浓度的去甲肾上腺素，所以曲张体具有突触前终末的功能（图11-8）。现已证明，这种曲张体形成的非突触化学传递方式也存在于中枢神经系统内。

这种非突触性化学传递方式与经典的突触传递有很大不同。首先在递质释放的神经元与效应细胞之间没有经典突触的一对一关系，其次是否成为靶细胞以及是否出现效应取决于递质扩散范围内神经元上的受体。

在化学性传递过程中，信号有明显的放大效应。一个囊泡一般含有几千个分子的神经递质，递质作用于突触后膜的受体后，可以打开上千个离子通道。此外，化学性传递引起突触后膜的改变可以是兴奋性的也可以是抑制性的，这取决于神经递质的性质以及神经递质与受体的相互作用。这种对突触后膜的两重作用对于中枢神经系统的信息整合十分重要。

3．化学性突触传递的特征

化学性突触的传递过程决定了信息经过突触的传递与神经冲动在神经纤维上的传导有着明显不同的特征。

（1）单向传递化学性突触的信息传递只能沿单一方向。这是因为到达神经终末的神经冲动引起突触前膜释放神经递质，继之递质作用于突触后膜的受体，在突触后膜产生突触后电位，从而完成神经信息由突触前到突触后的传递过程。所以化学突触的信息传递是单方向的。但突触后的变化也可以通过某些物质传送给突触前，调节突触前的递质释放水平，这种将突触后信息传送给突触前的物质称为逆行信使，NO就是这样一种逆行信使。

（2）突触延搁在哺乳动物的中枢神经系统内，完成一次突触传递需要大约0.5ms，这称为突触延搁(synapticdelay)。也就是说，在0.5ms的时间内，神经信息只是跨过了突触间隙(20nm)。这一传递的速度较冲动在神经纤维上的传导慢得多。形成突触延搁的原因主要是化学突触的传递过程复杂，其中包括突触前膜Ca2+通道的缓慢开放、递质释放及扩散等。

（3）对内环境变化敏感突触传递易受内环境变化的影响，如细胞外液的钙离子Ca2+、镁离子Mg2+浓度对突触传递均有重要影响；钙离子Ca2+是递质释放的必要条件，镁离子Mg2+可以阻滞Ca2＋的作用。受体的拮抗剂及激动剂也都可以通过影响突触传递而发挥不同的作用，作用于中枢神经系统的药物，如中枢兴奋药、镇静剂和麻醉剂等，大多也是通过作用于突触部位而起作用。此外，缺氧、酸中毒等影响代谢的内环境变化，均可降低突触传递的功能。

（4）突触传递的可塑性突触传递的可塑性是突触活动依赖性的传递功能改变。对于兴奋性稳定的组织或细胞，相同的刺激应该引起相同大小的反应，这是生理活动的一般规律。但在突触部位发现，当突触前末梢受到不同形式的条件刺激后，相同的测试刺激可以引起突触传递效应的改变，这一现象表明突触传递功能存在可塑性。强直刺激后立即出现突触电位的明显增大而且持续时间仅几秒至几分钟，称为强直后增强(post-tetanuspotentiation，PTP)现象；如果出现的突触传递效应长时间(几小时甚至几天)增强，称为长时程增强(long-termpotentiation，LTP)现象；如果引起的改变是突触传递效应的长时间降低，则称为长时程抑制(long-termdepression，LTD)。以上三种现象均是突触传递功能可塑性的反映。它们在中枢神经系统的不同部位有着不同的表现形式，但一般认为这些现象可能与学习和记忆等脑高级功能密切相关。

（二）电突触传递

1．电突触传递的结构基础

电突触信息传递的结构基础是神经元间的缝隙连接。两个神经元在连接部位的缝隙间隔(3.．5nm)远远小于经典突触之间的突触间隙(20nm)。缝隙相对的两侧细胞膜，借"连接子"(connexon)形成架桥连接，"连接子"为由6个间隙连接蛋白(connexin)形成的半通道样的结构，两侧的半通道对接形成通道，不仅允许水及带电的离子通过，而且分子量小于1kDa的有机分子也可以通过，如cAMP、Ca2+、IP3等第二信使类物质以及小分子肽均可以通过该通道在两个神经元间交流。此外，缝隙连接两侧半通道间的偶联强度是动态变化的，这种变化可以改变通道的导通状态。神经递质是常见的影响因素和调节因素。

2．电突触的传递方式及特点

电突触进行信息传递是通过电紧张扩布实现的（图11-9）。一个神经元上的兴奋可以在缝隙连接处通过电紧张扩布到达另一神经元的邻近膜，使其发生电位改变。电突触的信息传递具有以下几个特点。

（1）信息传递快而固定。由于电突触的传递方式是电紧张扩布，几乎没有突触延搁；此外，电突触传递的大多是简单的去极化信号，较少突触整合，且不容易受内环境的影响，因此其传递效应比较固定。

（2）潜伏期短，几乎没有突触延搁。

（3）传递是双向的。

3．电突触传递的生理意义

信息传递迅速是电突触传递的主要优点。由于扩布迅速和双向传递，因而容易使具有缝隙连接的神经元间通过电传递形成同步活动。此外，还可以通过缝隙连接部位的物质交流传送神经元之间的代谢信号。

传统观点认为，电突触多见于低等动物的神经系统，但近来的研究发现，哺乳动物的神经系统内也有电突触存在；除了神经元之间的缝隙连接可以进行信息传递外，胶质细胞间的缝隙连接更加普遍，它们在信息传递中所起的作用日渐受到重视。

二、突触传递过程中突触后膜的电位变化-突触后电位

(Changesofpotentialinthepostsynapticmembrane-postsynapticpotential,PSP)

化学突触的信息传递，由于突触前神经元释放不同的神经递质，突触后膜上分布着不同的受体，因此突触的信息传递就较神经-肌肉接头部位复杂得多。不同的递质与受体结合后，可以引起突触后膜去极化，这种局部的去极化电位就称为兴奋性突触后电位(excitatorypostsynapticpotential，EPSP)；也可以引起突触后膜超极化，这种局部电位就称为抑制性突触后电位(inhibitorypostsynapticpotential，IPSP)；同一递质作用于不同的受体亚型，也可以引起两种不同的电位变化。

（一）兴奋性突触后电位

兴奋性突触后电位(EPSP)的形成主要是递质与受体结合后引起突触后膜对部分阳离子（Na+和Ca2+）的通透性增大，在电化学梯度的作用下形成局部内向离子流从而使突触后膜局部去极化（图11-10）。中枢内大部分的EPSP是由于Na+内流形成的。EPSP一般在动作电位到达突触前膜后0.5～1.0ms产生，其幅度小于1mV。这种EPSP又称为快传递的兴奋性突触后电位(fastexcitatorypostsynapticpotential，fEPSP)。产生EPSP的突触称为兴奋性突触，其相应的神经递质称为兴奋性递质。但由于同一种递质可因为结合的受体不同而产生不同的生理效应，所以，一般将主要是产生EPSP的神经递质才称为兴奋性递质。中枢神经系统内最主要的兴奋性神经递质是谷氨酸(glutamicacid，Glu)，乙酰胆碱的主要作用也是兴奋性递质的作用。

（二）抑制性突触后电位

抑制性突触后电位(IPSP)的形成主要是突触前膜释放的神经递质与后膜的受体结合后，引起突触后膜对Cl－通道的开放，Cl－在电化学梯度的作用下内流，突触后膜出现超极化改变（图11-11）。一般将产生IPSP的突触称为抑制性突触，其相应的神经递质称为抑制性递质，释放抑制性递质的神经元称为抑制性神经元。中枢神经系统内重要的抑制性递质是γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸。它们分别是脑和脊髓内抑制性中间神经元发挥作用的神经递质。

引起突触后膜出现怎样的电位变化，主要取决于递质与受体结合后形成的离子流。如在成年动物的神经系统，GABA引起突触后膜超极化，这是因为成年动物神经终末部位的膜内外离子浓度，决定了当Cl－通道打开时形成外向离子流（Cl－内流）。所以一般称GABA是抑制性神经递质；但是在新生动物的一些脑区，由于在动物发育中的神经终末膜内外的Cl－浓度与成年动物不同，当GABA作用于相同的受体后，产生的不是外向离子流而是内向离子流（Cl－外流），所以突触后膜发生去极化(EPSP)改变，这时GABA发挥了兴奋性递质的作用。

（三）慢突触电位

以上所述的突触后电位均称为快突触电位，它们由离子通道型受体介导，电位产生迅速，持续时间短。无论在中枢或外周神经系统均可以见到发生缓慢、历时长久的慢突触电位，它们的时程可以比快突触电位长一千余倍，如在交感神经节的神经元可以产生潜伏期1～5s、持续时间10～30min的十分缓慢的去极化电位，称为迟慢兴奋性突触后电位(lateslowESPS，lsEPSP)。慢突触电位的产生一般均由促代谢型受体介导，有胞内第二信使的参与。它们产生的离子机制通常是经过胞内的信号转导改变了K+的通导通状态。如果使原来开放的K+通道关闭，降低了膜电导，可以产生缓慢的去极化电位；相反，如果使膜对K+的电导增加，则产生缓慢的超极化电位。慢突触电位一般不直接引起神经元的兴奋或抑制，但影响神经元的兴奋性，影响神经元发放冲动的频率。

三、突触后神经元的兴奋与抑制

(Excitationandinhibitionofpostsynapticneurons)

（一）突触后电位的总合和

在神经-肌肉接头部位的兴奋传递，运动神经纤维的每一个动作电位，均可以使接头后膜产生70mV的去极化，即可以引起接头后膜由－90mV去极化至－20mV，远远超过了邻近肌膜形成动作电位的阈电位(－55mV)。所以在神经-肌接头部位的兴奋传递可以是1:1的。中枢神经系统内的兴奋传递则不同。一个动作电位在突触后膜产生的EPSP幅度仅为0.25～0.51mV，而神经元的兴奋所需的去极化幅度大于10mV，因此在中枢神经系统内的兴奋传递必须经过突触电位的总合和。突触电位的总合和包括空间总合和与时间总合和，是突触部位所有EPSP与IPSP的代数和。神经元膜上密集分布的突触以及神经纤维经常传送的高频冲动是空间总合和与时间总合和的基础。

（二）突触后神经元的兴奋

在神经系统的信息传递过程中，突触前神经元的兴奋经过突触传递引起了突触后神经元的兴奋，即兴奋跨过了突触。兴奋的跨突触传递才能在神经通路和环路上传送，这是中枢神经系统完成各种生理功能的基础。中枢的兴奋传递必须经过突触电位的总和。

兴奋的产生部位突触后电位经过总合和后，往往在轴突的始段--轴丘产生动作电位。这主要由于轴丘的直径较胞体与树突的直径小，纵向阻抗大，使轴丘部位易于形成较大的去极化电位；又由于轴丘膜上Na+通道的密度较胞体和树突膜高得多，产生兴奋所要求达到的去极化电位(10mvV)较胞体(30mvV)低，所以动作电位一般产生于轴丘。

（三）突触后神经元的抑制

神经系统的基本生理过程包括兴奋(excitation)和抑制(inhibition)。中枢兴奋就是上述的产生兴奋性突触后电位，以及在整合的基础上产生动作电位。中枢抑制根据其形成机制的不同，分为突触后抑制(postsynapticinhibition)和突触前抑制(presynapticinhibition)两类。

1．突触后抑制

（1）定义概念突触后抑制是指抑制的产生原因是由于抑制性中间神经元的活动，使突触后膜产生了抑制性突触后电位(IPSP)，而引起的突触后神经元的兴奋性降低所致。这种抑制产生的结构基础是环路中有抑制性中间神经元的存在。

（2）突触后抑制的主要类型突触后抑制主要有两种类型，即传入侧支性抑制(afferentcollateralinhibition)和回返性抑制(recurrentinhibition)（图11-12），均可见于脊髓前角运动神经元对骨骼肌舒缩活动的调节过程中。

1）传入侧支性抑制如图所示，感觉传入神经纤维进入脊髓后发出分支，分别与脊髓前角运动神经元和抑制性的中间神经元形成兴奋性突触联系，形成的兴奋性突触后电位均通过总合和引起脊髓前角运动神经元和抑制性中间神经元兴奋。运动神经元的兴奋通过传出神经纤维引起所支配骨骼肌（屈肌）收缩。抑制性中间神经元与另一支配伸肌（屈肌的拮抗肌）的运动神经元之间有突触联连接，当抑制性神经元兴奋后可在这个运动神经元上形成抑制性突触后电位而使其抑制，它所支配的拮抗肌舒张。这种传入侧支通过抑制性中间神经元的活动而使功能拮抗的另一神经元抑制的现象就称为传入侧支性抑制。由于这种抑制往往发生于调节同一生理活动、功能拮抗的神经元群之间，所以又称为交互抑制(reciprocalinhibition)。

2）回返性抑制这是一种负反馈抑制。如图所示，脊髓前角运动神经元的轴突支配某一骨骼肌的活动，轴突在离开轴丘后很快发出分支，与抑制性的中间神经元形成突触联系，这类抑制性的中间神经元称为润绍Renshaw细胞(Renshawcell)，润绍Renshaw细胞的轴突及其分支又返回来作用于运动神经元本身以及功能相同的邻近神经元。当运动神经元兴奋时，神经冲动不仅沿着轴突传到终末使受其支配的骨骼肌收缩，同时沿着轴突分支兴奋润绍Renshaw细胞，润绍Renshaw细胞的终末释放抑制性递质甘氨酸，抑制了原先发出兴奋的神经元以及相邻的同功能神经元。这种突触后抑制称为回返性抑制。这种抑制的其生理意义在于使已经发动的肌肉活动及时终止，并使同一中枢（同功能细胞群）神经元的活动协调一致。回返性抑制也见于海马等其他脑区，使这些神经元呈现同步化活动。

3）生理意义如前所述，突触后抑制主要参与运动的控制，可以通过传入侧支性抑制使功能拮抗的中枢出现相反的效应，并通过回返性抑制使功能相同的中枢活动同步，最终使活动协调。例如当屈肌收缩时，伸肌必须舒张才能使得关节屈曲。

2．突触前抑制

（1）定义概念及结构基础突触前抑制是指抑制的形成并非由于突触后膜产生了IPSP，而是由于突触前膜的预先去极化，致使神经冲动传来所引起的突触后的EPSP较没有预先去极化时减小，产生了不容易兴奋的抑制性效果。这种抑制产生的结构基础是在突触前膜上存在轴突-轴突性突触，即存在形式为轴突-轴突（突触前成分）-胞体（突触后成分）的串联式突触。

（2）形成机制突触前抑制的形成机制如图11-13所示，。轴突a与轴突b的终末形成了轴-轴突触，轴突b的终末又与神经元c形成轴-体突触。我们所要讲述的突触前抑制是指b-c形成的轴-体突触而言，所以说这种结构中轴-轴突触位于突触前膜。当单纯刺激轴突b时，可使神经元c产生10mV的EPSP，单纯刺激轴突a，神经元c没有反应。但如果先刺激轴突a，再刺激轴突b，则在神经元c所记录出的EPSP明显减小，仅为5mV。这种由于突触前膜（实际上是轴突b的终末膜）的预先去极化而使EPSP减小使神经元不容易兴奋的现象即为突触前抑制。探讨神经元c突触后膜上EPSP减小的原因，可能是由于a-b突触所形成的EPSP使轴突b的末梢膜出现去极化，即膜电位的绝对值减小。轴突b的动作电位传至末梢会出现动作电位的降低。因为神经递质的释放量与动作电位的幅度有关，所以在轴-体突触释放的兴奋性递质就减少，突触后膜产生的EPSP就减小。

（3）生理意义突触前抑制在中枢内广泛存在，主要分布于感觉传入的各级接替部位，所以突触前抑制在控制外周的感觉传入中具有重要作用。突触前抑制的主要特点是抑制产生的潜伏期较长，抑制作用的持续时间也较长。

四、化学性突触传递的中介物质

---神经递质和受体(Intermediatorsforchemicaltransmission-neurotransmittersandreceptors)

从突触传递的过程可以看出，化学突触的信息传递，必须有神经递质和受体的参与。

（一）神经递质

神经递质(neurotransmitter)是介导化学突触传递的一些化学物质。，它们一般在突触前的神经元内合成，当神经元兴奋时在突触前终末释放，经突触间隙扩散，作用于突触后膜的受体并引起突触后膜的电位变化。

1．确定神经递质的标准

一般认为，确定某物质为神经递质应符合以下几个条件：

（1）在突触前神经元内有合成该物质的前体物质和酶系统；

（2）该物质可以从突触前末梢释放，并作用于后膜的相应受体发挥生理效应；

（3）实验将适当浓度的该物质施加到突触后膜，能产生与刺激突触前成分时相同的反应；

（4）突触部位存在着消除该物质的方法及途径，如存在有降解该物质的酶类或重新摄取回神经元的机制等；

（5）有特异的受体激动剂和拮抗剂，能够分别模拟或阻断该物质的生理效应。但是，虽然目前认为可能是神经递质的物质有五十余种，真正完全符合以上条件的只有少数几种。

2．神经递质的代谢

包括递质的合成、贮存、释放、清除及再利用等步骤。乙酰胆碱与胺类递质的合成多在胞浆中进行，胞浆中存在合成递质的原料和有关酶系。合成的神经递质被摄入囊泡内贮存；大分子的神经肽一般在多个细胞器里经过几个阶段合成，也在囊泡内贮存。神经递质的释放过程复杂，涉及多种蛋白的作用（见前文）。递质的清除有多种途径。乙酰胆碱(ACh)的清除是以酶分解为主。ACh被存在于突触间隙及突触后膜上的胆碱酯酶分解为胆碱和乙酸，胆碱被重新摄取回突触末梢，再用于ACh的合成。去甲肾上腺素(NE)的清除途径是通过末梢的重摄取以及酶的分解。前膜对神经递质的重摄取是清除递质的主要途径。摄取的机制主要是依靠位于细胞膜上的转运体。神经肽的清除方式可能只是扩散和被细胞外的肽酶分解，肽类递质在突触间隙清除较慢可能与它们的长效作用有关。

（1）神经递质的转运体近年来关于不同递质的转运体的研究进展很快。研究发现递质的转运体不仅存在于突触前膜，而且存在于囊泡膜上。囊泡膜上的转运体将合成或回收的递质逆浓度梯度转运入突触小泡内，使小泡内的递质浓度远远高于胞浆。突触前膜的转运体将释放到突触间隙的递质回收入终末，及时终止递质的传递功能。转运体转运递质的方式属于继发性主动转运，其转运所需的能量来自Na+的跨膜浓度梯度。多种转运体的分子已被克隆，位于突触前膜的转运体，由于其结构与作用机制不完全相同分为两组，一组是谷氨酸转运体；另一组是转运GABA、NE、5-HT、甘氨酸和胆碱的转运体。它们在跨膜次数及转运时伴随的离子种类上有差异。如在以谷氨酸为递质的突触部位，神经元和胶质细胞膜上存在着高亲和力的谷氨酸转运体，它能逆着浓度梯度从胞外将谷氨酸转运入细胞，及时终止谷氨酸在突触间隙的传递作用，使胞外谷氨酸保持在较低的水平。谷氨酸转运体有5个类型，由500～600个氨基酸组成，具有6～8个跨膜片段。其转运过程是伴随着Na+的同向转运以及K+和H+（或OH－）的逆向转运。囊泡转运体的分子结构也已搞清楚，它们分为4组，分别转运谷氨酸、ACh、生物胺、GABA与甘氨酸。递质转运体的研究促进了新药的开发，如用于治疗抑郁症的药物。

（2）神经调质在化学突触的信息传递过程中，神经递质的作用是直接介导了神经元间的信息传递，在突触后膜上产生突触后电位；神经调质(neuromodulator)的作用是作用于相应的受体后，调节和改变原有的突触传递效能，并不直接引起突触后电位。但由于目前对于各种神经递质的作用机制并未全面了解，所以目前认为是递质的物质也可能是调质，或兼具有调质的作用，反之亦然。目前认为神经肽的作用可能大多是起调质的作用。

（3）递质的共存一个神经元内可以存在两种或两种以上的神经递质，这一现象称为神经递质的共存(neurotransmittercoexistence)。Dale（1935年）提出，由于神经细胞及其突起是一个统一的代谢体，在它的各个突起均应释放相同的递质。但由于当时只认识到脊髓前角运动神经元的轴突及其分支，分别与润绍Renshaw细胞和骨骼肌形成突触连接，均以乙酰胆碱作为递质。Dale提出的重要的有关化学传递的推理被另一个伟大的神经生理学家Eccles概括为一种神经元释放一种递质，并称之为戴尔原则(Dale'sprinciple)。由于研究手段的不断改进使研究者在同一神经元内观察到了两种或两种以上的递质，使得人们重新审视和正确理解戴尔原则。即神经元可能有多种递质的共存。

（二）中枢主要的神经递质

在目前认可的五十余种侯候选递质中，按照分子量的大小分为两类，一类是小分子物质，它们大多是作用于化学突触的经典递质(transmitter)，另一类是以神经肽为主的大分子物质，由于后者作用缓慢或间接影响突触传递，有时也把它们称为神经调质（表11-3）。

Ⅰ类Ⅱ类：单胺Ⅲ类：氨基酸Ⅳ类

乙酰胆碱(Acetylcholine)去甲肾上腺素(Norepinephrine)肾上腺素(Epinephrine)多巴胺(Dopamine)5-羟色胺(Serotonin)组胺(histamine)γ-氨基丁酸(GABA)甘氨酸(Glycine)谷氨酸(Glutamate)天冬氨酸(Aspartate)一氧化氮(Nitricoxide，NO)

1．小分子递质

小分子递质一般在突触前终末的胞浆合成，贮存在轴突终末的囊泡内。当神经冲动传来，引起一批囊泡释放递质。其递质的排放速度快，作用于后膜的受体引起突触效应所需时间短，整个突触传递过程一般在1ms左右的时间即可完成。递质释放过程中囊泡膜与突触前膜完全融合，递质释放后，经过几秒至几分钟，这部分膜又突向前膜内，与前膜脱离，进行循环再使用，包裹递质形成新的囊泡。小分子递质主要有以下几类。

（1）乙酰胆碱乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)是最先被确定的神经递质，也是少数几种完全符合标准的一种经典神经递质。它是神经系统内最重要的递质之一。以乙酰胆碱作为递质的神经元胞体主要分布于以下部位：大脑皮层运动区的锥体细胞；基底神经节的部分神经元；脊髓前角运动细胞；自主神经的节前神经元；大部分副交感神经的节后神经元以及少部分交感神经的神经元。乙酰胆碱的功能特征：一般认为是兴奋性神经递质，在大多数突触部位引起突触后膜产生EPSP。

（2）去甲肾上腺素以去甲肾上腺素(NE)作为递质的神经元胞体主要位于脑干和下丘脑，尤其是低位脑干；位于低位脑干的神经元的轴突投射到广泛的脑区，参与调节情感及睡眠等脑的高级功能。NE在大部分脑区发挥兴奋性递质的作用。此外，交感神经的节后神经元也主要以NE作为递质，对器官活动的调节既有兴奋性的也有抑制性的。

（3）谷氨酸谷氨酸是中枢神经系统内最重要的递质之一，目前资料显示它的作用基本上均为兴奋。以谷氨酸作为递质的神经元胞体大多位于感觉传入的各级接替核团；此外，海马、大脑皮层的许多神经元也以谷氨酸作为递质。

（4）多巴胺以多巴胺(dopamine，DA)作为递质的神经元胞体主要位于中脑黑质，在这些部位的作用多为抑制性的。

（5）5-羟色胺释放5-羟色胺(5-HT)的神经元的胞体主要位于低位脑干，突起投射到许多脑区及脊髓；到脊髓的下行投射，对痛觉传入有重要调制作用。向高位脑区的投射参与控制情感和睡眠。

（6）甘氨酸甘氨酸(glycine，Gly)是脊髓节段重要的重要抑制性递质，脊髓对运动的调节中的回返性抑制神经元即以甘氨酸作为递质。

（7）γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸(GABA)是脑内最重要的抑制性神经递质。小脑、大脑皮层以及海马等脑区的大量抑制性中间神经元均以它作为神经递质。

（8）一氧化氮一氧化氮(NO)作为神经递质尚需更多的实验证据，但它在突触部位的信息传递作用已有大量研究资料的支持。NO具有不同于其他小分子递质的特点，首先它是气体，也是第一个被认为参与信息传递的气体物质，它的半衰期很短(3～6s)；此外，它并不在囊泡内贮存而是当需要时在突触前合成后弥散到神经元外发挥作用。当它作用于突触后神经元时起到神经递质的作用；它也可以在突触后生成，扩散进入突触前，调节突触前其他递质的释放，这种作用又称为逆行信使(antidromicmessenger)作用。

2．神经肽

在神经系统内已发现具有药理活性的肽类物质已达50种以上，有些过去认为是激素的物质又发现其具有递质的作用。（表11-4）列入了哺乳动物脑内的重要神经肽(neuropeptide)，它们大多数不能完全满足递质的标准。

神经肽与小分子递质有以下不同之处：主要是合成过程及部位不同，小分子递质一般在胞浆里合成，因此可以在轴突终末合成，不需要进行轴浆运输；神经肽的合成比较复杂，分几个阶段在细胞器里合成。首先在核糖体内合

神经肽分布

P物质脊髓，脑内多个部位

加压素神经垂体，延髓，脊髓

催产素神经垂体，延髓，脊髓

血管活性肠肽下丘脑，大脑皮层，视网膜

强啡肽导水管周围灰质，延髓

内吗啡肽丘脑，下丘脑，纹状体

β-内啡肽下丘脑，丘脑，脑干

神经肽Y延髓的肾上腺素能神经元，导水管周围灰质，下丘脑

血管紧张素Ⅱ下丘脑，杏仁核，脑干

成大分子蛋白质，然后进入内质网，在酶的作用下裂解为分子量较小的多肽片段，此为神经肽的前体，有些已经是神经肽，最后进入高尔基复合体进行包装成囊泡，通过轴浆运输到达神经终末。当神经元兴奋时，神经肽从囊泡中释放，囊泡膜分解不再重复循环使用。

（三）神经受体

1．神经受体概述

受体的一般概念是指位于细胞膜、胞浆内以及细胞核内的大分子物质，它们能识别特定的生物活性物质并与之结合，产生特定的生物学效应。能与受体特异性结合的生物活性物质称为配体。配体中与受体结合后可产生生物学效应的又称为激动剂；与受体结合可选择性对抗激动剂所引起的生物效

应的配体又称为拮抗剂。在神经元上的受体称为神经受体(neuroreceptor)，与神经递质结合的神经受体均为膜受体。

2．突触后与突触前受体

一般的神经受体位于突触后膜，它们在神经系统的信息传递中具有重要作用（见突触传递部分）。但在突触前膜也发现有受体存在。存在于突触前膜上的受体称为突触前受体(presynapticreceptor)。突触前受体根据其分布及作用分为两类：（1）自身受体(autoreceptors)。它一般位于释放递质的突触本身，其生理作用有两种，一种作用是当它们与配体结合后抑制突触前递质的进一步释放，即对递质的释放起负反馈调节。如NE作用于突触前α2型受体所引起的作用；另一作用是突触前受体与配体的结合对递质的释放起促进作用，即正反馈地调节递质释放。如中枢内位于突触前膜的N型ACh(nAChRs)受体，它们的激活可以促进ACh的释放。（2）异源受体(heteroreceptors)。存在于释放递质神经元以外的其他神经元的突触前膜，调节其他递质的释放。如nAChRs在不同脑区分别调节多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸以及γ-氨基丁酸等多种递质的释放。

3．受体的作用特点

受体与配体的结合一般具有下列特点：（1）饱和性配体与受体的结合在剂量-效应曲线上可反映出具有饱和性。这是因为分布于膜上的受体数量有限，因此能结合的配体也是有限的。（2）特异性即受体只与特定的配体结合才能出现生物效应。（3）可逆性受体与配体的结合是可逆的，即可以结合，结合形成配体-受体复合物；配体-受体复合物也可以分离，分离的难易可用解离常数表示。（4）失敏现象受体如较长时间暴露于配体中，大多数受体会出现失敏(desensitization)现象，即反应性逐渐降低。不同的受体发生失敏的快慢不同。（5）受体内化(internalization)有些受体在长期暴露于配体中时，会出现配体-受体复合物进入胞浆，这称为受体的内吞或胞内化。受体内化使膜受体数量减少。受体内化可能是受体功能出现下调(downregulation)的机制之一。

4．受体的主要作用类型

按照配体与受体结合后的胞内信号转导途径，可将神经受体分为三类，即离子通道型受体，G蛋白耦联受体和酶耦联受体。（1）离子通道型受体又称为促离子型受体或配体门控通道，它们对离子通道开和关的控制迅速，其突触传递的速度一般以毫秒计，即它们介导了快突触传递。（2）G蛋白耦联受体又称为促代谢型受体，它们的作用特点一般是引起细胞内第二信使的变化，进而影响激酶的活性，通过激酶对离子通道蛋白的作用影响特定离子的通导状态，最终引起膜电位的改变。所以由促代谢型受体介导的突触传递其离子通导改变的速度慢，一般几十毫秒到几秒，它们介导了慢突触传递。（3）酶耦联受体按其作用机制属于促代谢型受体，但它们结合的配体主要是激素和神经营养因子。前两种受体结合的配体可以是激素也可以是神经递质。关于这些受体所涉及的信号转导过程以及功能分子，在第二章第二节已有详细讲解。同一种神经递质的受体往往既有促离子型的也有促代谢型的，从而使递质的功能表现为多样性。

除以上所列主要的受体类型外，有的受体具有更为复杂的特征。如谷氨酸的NMDA（N-甲基-D-氨基天冬氨酸）受体属于配体-电压门控性离子型受体。即该受体耦联的离子通道的开放不仅取决于配体的存在，而且突触后膜的电位必须有一定程度的去极化。此外该受体由于存在甘氨酸的结合位点，所以细胞外液的甘氨酸浓度也对该受体的效应及动力学变化起着调制作用。

编码促离子型受体的基因属于相关的一个大家族，称为基因家族Ⅰ，其表达的受体有乙酰胆碱N型受体(nAChR)、γ-氨基丁酸A型受体(GABAAR)、5-HT3R、促离子型谷氨酸受体(iGluRs)以及甘氨酸受体等，其中编码促离子型的谷氨酸受体的基因属于不同于其它他配体门控通道的另一类。其它他离子门控通道均由5个亚单位组成，但通透的离子不同。Ⅱ型基因家族编码了促代谢型受体，其中主要包括mAChRs、GABABR、mGluR等。

5．受体的多样性

根据受体选择性识别的内源性配体，将受体分为乙酰胆碱受体(AChR)、谷氨酸受体(GluR)、γ-氨基丁酸受体(GABAR)、肾上腺素受体(AdR)、5-羟色胺受体(5-HTR)、多巴胺受体(DAR)甘氨酸受体(GlyR)以及识别各种肽的受体等。根据受体作用机制将同一种受体分为促离子型受体与促代谢型受体，如将GluR分为iGluR和mGluR（见前文）。再根据受体所识别的外源性的激动剂和拮抗剂，又将同一受体分为不同的亚型。如将iGluR分为NMDA(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体、AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazoleproprionate)受体以及海人藻酸(kainicacid，KA)受体，后两种受体又统称为非NMDA受体。由于分子生物学技术的应用，不断鉴定出受体新的亚基、亚基异构体以及异构体的剪接变异体，使受体亚型越来越多。如目前对于GABA受体的五聚体Cl－通道，已鉴定出5组亚基(α、β、γ、δ、ρ)，共17个异构体，理论上这些亚基异构体可能组成的通道亚型有175个。由此可以看出受体亚型的多样性。这种多样性可以解释，为什么同一种递质和受体在不同脑区却存在着反应动力学的明显差异。

6．神经系统的主要受体

受体亚型具有多样性的特点，并且不断有新的亚型被发现。限于篇幅的关系，无法将所有亚型一一列出。现根据受体作用的机制，将经典递质的主要受体亚型列表如下（表11-5）。

递质受体第二信使离子通道效应

乙酰胆碱烟碱(N)型毒蕈碱(M)型M1M2（心脏）M3M4（腺体）M5↑IP3，DAG↓cAMP↓cAMP↑IP3，DAG↑IP3，DAG↑Na+，其他小离子↑Ca2+↑K+

多巴胺D1，D5D2D3，D4↑cAMP↓cAMP↓cAMP↑K+,↓Ca2+

去甲肾上腺素α1A，α1B，α1，Dα2A，α2B，α2，Cβ1β2β3↑IP3，DAG↓cAMP↑cAMP↑cAMP↑cAMP↓K+↑K+，↓Ca2+

5-羟色胺5-HT1A5-HT1B5-HT1D5-HT2A5-HT2C5-HT35-HT4↓cAMP↓cAMP↓cAMP↑IP3，DAG↑IP3，DAG↑cAMP↑K+↓K+↓K+↑Na+

腺苷A1A2↓cAMP↑cAMP

谷氨酸促代谢型促离子型AMPA，KANMDA↑Na+↑Na+，Ca2+

γ-氨基丁酸GABAAGABAB↑IP3，DAG↑Cl－↑K+，↓Ca2+

Summary

InformationtransmittedinCNSismainlyintheformofnerveimpulsesthroughasuccessionofneurons,oneafteranother,passingthespecialstructuresnamedsynapses.Therearetwomajortypesofsynapses:thechemicalsynap