第二讲动作电位神经递质

膜电位 (membrane potential)
膜电位通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差。 生物细胞被以半透性细胞膜，而膜两边呈现的生物电位就是这 种电位，平常把细胞内外的电位差叫膜电位。 神经细胞的膜电位主要表现为细胞在安静状态下所具有的静息 电位和细胞在受到刺激时产生的动作电位。
静息电位(resting potential，RP)
静息电位是指细胞在安静时，存在于膜内外的电位差。 形成机制： 1902年Bemstein提出了关于静息电位的学说， 指出该电位差来自胞膜对K+的选择通透性和跨膜的K+浓度差。 （早期假说） 神经元膜的两侧存在跨膜离子浓度差 神经元膜是离子扩散的障碍物 膜中的离子通道为离子跨膜流动提供孔道 离子跨膜浓度差与膜电位
根据突触排列方式分类：
串联式突触——类似于电路中的 串联一样 交互式突触——同一个突触有两 个传递方向相反的的活动点，
互为突触的前后膜，如绣球僧
帽细胞和颗粒细胞之间的突触。
并联式突触 ——两个或两个以上的突触前成分同时作用于突触 后膜上。
根据突触结合形式分类
(1) 包围式突触：一个轴突末梢的许多 分支密集地贴附在另一神经元的胞体 上，这种结合形式使兴奋易于总合， 相当于轴突-胞体突触。
人工智能：解码神经系统信息编码
动作电位的特征
全或无式脉冲反应 不减衰传导 绝对不应期和相对不应期 主要生理功能： 作为快速而长距离地传导的电信号 调控神经递质的释放、肌肉的收缩和腺体的分泌等
有髓纤维动作电位的传导
神经纤维传导的特征
完整性：神经纤维在结构和功能上必须完整，如果神经纤维 被切断或局部受麻醉药作用丧失了完整性，局部电流不能很 好通过断口或麻醉区就会发生传导阻滞。 绝缘性：一条神经干中包含着许多条神经纤维，但由于局部 电流主要在一条纤维上构成回路，加上各纤维之间存在结缔 组织，因此每条纤维传导冲动时基本上互不干扰。 相对不疲劳性：耗能小。
1897 年 ， 英 国 的 生 理 学 家 Charles Sherrington 提出突触（ synapse) 的概念，将 在突触处发生的信息传递过程称为突触传递 （synaptic transmission）。 每个神经元有很多突触，如大脑皮质锥体 细胞约有3万个突触，小脑中有的细胞多达20 万个突触。 成千上万的神经元通过突触组构成不同水 平的多级神经元环路，进行细胞间的信息传 递。
在胞膜中存在着被称为Na+ -K+泵 (Na+ -K+ pump) 的离子 通道，由它们不断地逆着电化学梯度将Na +泵到胞外，再将K+ 带入胞内。
高钠低钾
高钾低钠
哺乳动物神经元细胞内外离子浓度和平衡电位
静息电位应主要由K+、Na+、Cl-三种离子的平衡电位决定 细 胞 外 液 离子 浓度 （mM） 细 胞 内液 离子 平衡 电位 浓度 （mM） （mV）
a.CNS中的兴奋性突触 b. PNS中的一个突触
突触传递
是指经典的化学突触传递过程， 可简单概括为3部分： 突触前神经轴突末梢的电信号转 化为化学信号 化学物质到达突触后神经元 突触后神经元将化学信号转 化为电信号
电 化 学 电 传 递
-
经典突触传递过程
突触前神经元兴奋 → 突触前膜去极化→Ca2+通道开放→细胞 外Ca
Na+ K+ ClCa2+
145 5 125 2
Na+ 12 K+ 140 Cl9 Ca2+ 0.0001
+65 -84 -67 +125
神经元细胞处于相对安静状态时，细胞膜内、外存在的电位 差，细胞内电位约-65mV，接近于K+的平衡电位-80mv，此 种状态称极化。静息电位增大称超极化；减小称去极化；去 极化至零或变为正值则称反极化；去极化后再恢复至静息电 位称复极化。
动作电位(action potential，AP)
在静息电位的基础上，神经细胞受 到适当刺激时，其膜电位会发生可 扩布的改变。当刺激强度达到阈值 时，会产生一个不衰减的“全或无” 式的沿神经纤维传导的神经冲动， 称为动作电位。
阈电位（threshold）：能引起动 作电位的最小刺激强度
动作电位产生的机制
2+内流→突触囊泡向突触前膜靠近和融合→突触小泡释
放神经递质 → 突触后膜受体与递质相互作用 → 后膜离子通道 开放或关闭 → 突触后膜去极化或超级化 → 突触后电位 → 多余 递质失活→突触囊泡返回质膜
经典突触传递特点
单向传递：兴奋只能从突触前神经末梢传向突触后神经元而不 能逆向传递。
突触延搁：兴奋在突触处的传递比在神经纤维上的传导慢，约 需0.5ms。
总和：通常兴奋性突触每兴奋一次不足以触发突触后神经元兴 奋，而需同时传来一连串兴奋或许多突触前神经末梢同时传来 兴奋。 对内环境变化敏感性：缺氧、 CO2 增加或酸碱度改变都可以改 变突触部位的传递活动。
对某些药物敏感：突触后膜的受体对神经递质非常敏感，因而 某些药物也可以特异性地作用于突触传递过程，阻断或增强突 触的传递。
按照神经元接触的部位分类
轴—树突触：最常见，可以是轴突与树突干或树突棘相突触， 多为不对称型，据认为是兴奋性突触。 轴—体突触：可为对称型或不对称型，但以对称型为多 轴—轴突触：多在轴丘处或轴突起始处或轴突末梢部，大多 具有突触前抑制作用。
另外还有树—树突触、体—树突触、体—体突触、树—体突 触、体—轴突触、树—轴突触，这些突触多为电传递，可能 有修饰神经环路中的传入冲动，并起相当复杂的调制作用。
突触标准：
解剖上的实体； 独特的生化组成； 有特殊的功能； 有多个控制位点。
突触的分类
1. 根据突触结构和传递机制分类：
电突触——通过缝隙连接，借离子流（局部电流）为媒介构成电 信号的直接传递。主要见于无脊椎动物，在脊椎动物大脑内， 心肌和平滑肌细胞间也存在这种突触。 化学性突触——借化学递质媒介进行信息传递。根据其递质又可 分为乙酰胆碱能、多巴胺能、谷氨酸能、GABA能突触等。 混合性突触——在两个神经元之间的突触面上，可有化学传递和 电传递两种结构并存，称为混合性突触（mixed synapse）。
决定神经纤维传导速度的因素
有髓神经纤维兴奋传导呈跳跃式。髓鞘越厚，结间体越长，传 导速度越快。而无髓纤维传导速度则慢得多。 轴突直径 v= κd1/2 v(m/s)=6d(um) 温度的高低，温度低则传导速度慢。 测定传导速度有助于诊断神经纤维的疾患和估计神经损伤的预 后。
突触 Synapse
刺激 ↓ 感觉末梢离子通道开放 ↓ 膜去极化 ↓ 动作电位 ↓ 信息传给其它神经元 ↓ 信号处理 ↓ 发布指令
突触整合的关键部位：
轴突起始段，此处是动作电位的触发区，其细胞膜 具有高密度的电压门控钠通道，阈电位较其它部位 低。
与突触有关的疾病
1．重症肌无力：
重症肌无力是神经肌肉接头处传 递障碍的慢性疾病，也就是说支 配肌肉收缩的神经在多种病因的 影响下，不能将“信号”正常传递 到肌肉，使肌肉丧失了收缩功能， 所以临床上就出现了眼睑下垂、 复视、斜视，表情肌和咀嚼肌无 力表现为表情淡漠、不能鼓腮吹 气等，延髓肌无力则出现语言不 利、伸舌不灵、进食困难、饮食呛咳等。问题出在突触后，递质 与受体结合受阻。
(2) 依傍式突触：一个神经元的轴突末 梢分支与另一神经元的树突或胞体的 某一点相接触，这一结合形式起易化 作用，相当于轴突 - 树突突触或轴突 胞体突触。
突触结构
电突触（Electrical synapse）
1. 概念：神经元膜紧密接 触的部位，是一种电传递
2. 结构基础：缝隙连接（gap junction)。
动作电位产生与细胞膜的通透性及离子转运有关： 去极化过程：当细胞受刺激而兴奋时，膜对Na+通透性增大， 对 K+ 通透性减小，胞外的 Na+ 内流形成了的电 - 化学平衡电位。
复极化过程：当细胞膜去极到峰值时，细胞膜的Na+通道迅速 关闭，而对 K+的通透性增大，细胞内的 K+ 外流，导致膜内负 电位增大，直至恢复到静息时的数值。
根据突触生理作用分类：
兴奋性突触——突触前膜释放的是兴奋性神经递质，引起突触 后膜呈现兴奋性（膜的去极化）
抑制性突触——突触前膜释放的是抑制性神经递质，引起突触 后膜发生抑制性变化。
根据突触前后膜的特征分类：
Gray 氏 1 型（非对称型） 往往是兴奋性的，如谷氨 酸能突触。突触小泡以圆 形为主，其突触源自文库致密带 （活性带）明显，突触间 隙较宽，突触后膜致密。 Gray氏2型（对称型） 往往是抑制性的，如GABA 能突触，其突触前致密带 不明显，突触间隙较窄， 突触后膜较薄，突触小泡 以扁平形为主。
突触的整合功能
CNS内的突触传递的复杂性：
中枢神经元的各个部位每时每刻都接受着不同性质、不同强度 突触传入活动的影响，在神经元上产生幅度大小不一、持续时 间不一的局部电流。
突触整合：
神经元将各种传入冲动引起的突触后反应进行时间和空间的总 和，最终决定是否输出动作电位的过程称为突触整合。
突触整合的本质：
2．突触前神经肌接头阻断
突触前存在电压门控钙离子通道抗体，致钙离子内流减少，递质 释放受阻。使用免疫抑制剂往往使症状得到缓解。问题出在突 触前。
神经信息物质的分类
神经递质 神经调质 神经肽 神经受体 神经营养因子 神经蛋白
神经递质(Neurotransmitter)
概念
在神经信息物质中，常把那些由突触前神经元合
突触处被激活的电导和离子流的对抗； 脑的最基本的功能活动的本质就是进行突触整合。
突触整合的简单形式：
是总和，包括时间总和和空间总和。前者指某一突触 连续活动时，相继产生的多个突触后电位进行的叠 加过程；后者指几个相邻突触同时活动时产生的多 个突触后电位的叠加过程。当总趋势为超极化时， 突触后神经元表现为抑制；当突触后膜去极化时， 则神经元的兴奋性升高，如去极化达阈电位，即可 爆发动作电位。
由突触前膜、突触后膜和突触
间隙组成；突触间隙极窄，约 2-4nm左右；突触前、后膜的 构造完全相等，无增厚，紧相 贴附，突触前膜无突触囊泡
连接子
电信号的传递是通过连接子通道进行
化学性突触 （chemical synapses）
是哺乳动物神经组织信息传递的 主要形式，由突触前成分、突触 后成分和突触间隙所构成，呈单 向性传导。突触前后膜厚约 7.5nm。
信息传导与动作电位
神经元是高度特化的细胞，是神经系统的基本结构和功能单位，
其主要功能是接受、整合和传递信息。
神经系统信号的传递都通过电或者化学信号，其中电信号对于信 息的快速及长距离传播具有重要意义。
所有的电信号（受体电位、突触电位、动作电位）都是通过膜两
侧的离子浓度变化来实现的，离子进入或者流出细胞导致细胞偏 离其静息状态。
成、释放，与受体结合时能导致快速的突触后电
绝对不应期(absolute refractory period)：钠通道失活， 不能被激活
相对不应期(relative refractory period)：超极化状态
对于神经元而言，多个局部电流经过空间和时间上的整合，超 过阈值（阈电位），将引发动作电位。
动作电位发放频率、大小，是神经系统信息编码的基本形式。
广义的突触：不仅指两个神经元之间的功能性接触，亦包
括神经元与效应器或感受细胞，以及与胶质细胞之间的功能性 接触；是神经元回路的组成单位，是不同信息加工的关键环节； 其功能是进行神经冲动的传递、情报的整合和信息的处理。
现代的突触定义★：
两个神经元之间、神经元与感 受细胞/效应细胞之间、同一 个神经元的突起之间的结构 上特化的机能联系部位。
可兴奋细胞每发生一次动作电位，激活了Na+-K+依赖式 ATP 酶即 Na+-K+ 泵，将胞内多余的 Na+ 泵出胞外，同时把胞外 K+ 泵进胞内，以恢复静息状态的离子分布，保持细胞的正常兴 奋性。动作电位是可兴奋细胞兴奋的标志。
小结动作电位特征的形成原因:
阈值(threshold): 足够多的钠通道的开放使钠离子通透性大 于钾离子 上升相（rising phase)：钠通道完全开放，钠离子迅速进入 胞内 超射（Overshoot）：趋向于钠平衡电位 下降相(falling phase)：钠通道失活，钾通道开放增加 回射（后超级化，undershoot)：接近于钾平衡电位