1、基础篇之二基础篇之二 第三讲第三讲 神经元上电信号传导神经元上电信号传导肖肖 飞飞 ( (暨南大学医学院暨南大学医学院 )引言 传递和处理信息是神经元的独特之处，神经元传递和处理信息是神经元的独特之处，神经元是通过产生电信号和化学信号来实现信息传导的，是通过产生电信号和化学信号来实现信息传导的，那么神经元如何才能实现这一目标呢？那么神经元如何才能实现这一目标呢？ 神经元之间是通过化学信号来传递的。神经元神经元之间是通过化学信号来传递的。神经元上是通过产生上是通过产生动作电位动作电位来传导电信号的。静息状态来传导电信号的。静息状态下胞内电位相对于胞外为负下胞内电位相对于胞外为负（-65mV)，动
2、作电位是，动作电位是这一电位的快速翻转，即在瞬间使胞内电位为正。这一电位的快速翻转，即在瞬间使胞内电位为正。 第三讲 神经元上电信号传导上电信号传导一、神经元电的化学基础二、神经元静息膜电位的离子基础三、动作电位的特性四、动作电位的机制离子跨膜运动五、动作电位的传导神经元电特性的起源神经元电特性的起源1751年，年，Franklin（弗兰克林）出版了（弗兰克林）出版了Experiment and Observations on Electricity，宣告了对电现象一次全新的，宣告了对电现象一次全新的认识。认识。自然界中的自然界中的“生物电生物电”现象，如一种名叫电鳗的鱼能放电现象，如一种名叫
3、电鳗的鱼能放电击昏猎物或来犯之敌。击昏猎物或来犯之敌。意大利科学家意大利科学家Luigi Galvani证明神经受到电刺激时会引起证明神经受到电刺激时会引起肌肉的颤动，也就是神经具备了肌肉的颤动，也就是神经具备了电兴奋性电兴奋性，揭开了神经元，揭开了神经元的传递电信号特性。的传递电信号特性。能放电的鱼能放电的鱼电鳗电鳗生活在南美洲亚马逊河，能产生高达生活在南美洲亚马逊河，能产生高达300V的电压！的电压！电镘视频电镘视频（有兴趣可以看一下有兴趣可以看一下） Luigi Galvani (1737-1798)与它的青蛙肌肉收缩实验与它的青蛙肌肉收缩实验神经元电特性的化学基础神经元电特性的化学基础
4、 电流的本质是电荷在电场中的移动，神经的电活动不像金电流的本质是电荷在电场中的移动，神经的电活动不像金属中电子的移动，而是带电离子在电场中移动。神经元膜属中电子的移动，而是带电离子在电场中移动。神经元膜（membrane)上的跨膜电流由三个要素组成：上的跨膜电流由三个要素组成： 1、神经元膜内外的盐溶液、神经元膜内外的盐溶液：提供带电离子：提供带电离子 2、神经元膜、神经元膜：将内外隔开形成电场：将内外隔开形成电场 3、跨膜蛋白质、跨膜蛋白质：离子在膜内外电场移动的通道：离子在膜内外电场移动的通道1、膜内外的盐溶液、膜内外的盐溶液水水: 是神经元膜内外溶液的主是神经元膜内外溶液的主要成份。带电
5、的原子（离子）要成份。带电的原子（离子）溶解其中。水分子最重要的特溶解其中。水分子最重要的特性是它不均衡的电荷分布，因性是它不均衡的电荷分布，因此具有此具有极性极性。离子离子(ion)：带有电荷的原子或：带有电荷的原子或分子称为离子。带正电荷的称分子称为离子。带正电荷的称为阳离子（为阳离子（cation),带负电荷的带负电荷的称为阴离子（称为阴离子（anion)。生物体。生物体内常见阳离子有：内常见阳离子有：Na+ ,K+和和Ca2 + 。常见阴离子为。常见阴离子为Cl-固体固体NaCl溶解过程溶解过程极性共价键极性共价键2、神经元膜、神经元膜由磷脂组成由磷脂组成（磷脂双层）（磷脂双层）（极性
6、（极性“头头”）（非极性（非极性“尾尾”）（细胞外）（细胞外）（细胞内）（细胞内） 磷脂：是神经元膜的主要化学构件。磷脂：是神经元膜的主要化学构件。既含有亲水的极性既含有亲水的极性“头头”（含磷酸）和（含磷酸）和又含有另一疏水性的非极那又含有另一疏水性的非极那“尾尾”（含（含碳氢链）。碳氢链）。尾尾相对的双层磷脂尾尾相对的双层磷脂将细胞将细胞质和细胞外液分隔开来。质和细胞外液分隔开来。3、跨膜蛋白质、跨膜蛋白质蛋白质是由蛋白质是由20种氨基酸排列组合而成的分子。种氨基酸排列组合而成的分子。一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基相互连接形成肽一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基相互连接形成肽键，许
7、多个氨基酸互相连接就形成了蛋白质，也称多肽。键，许多个氨基酸互相连接就形成了蛋白质，也称多肽。不同的按基酸组合形成不同的空间结构和形状。不同的按基酸组合形成不同的空间结构和形状。通道蛋白通道蛋白具有独特的三维结构具有独特的三维结构蛋白质形成了独特空间结构，有些膜上的蛋白质能形成像通蛋白质形成了独特空间结构，有些膜上的蛋白质能形成像通道一样形状，以使特定离子通过。主要有两种类型。道一样形状，以使特定离子通过。主要有两种类型。离子通道离子通道（ion channel)：打开时，只允许特定离子通过，如：打开时，只允许特定离子通过，如钾通道钾通道(只允许钾离子通过）只允许钾离子通过）,钠通道（只允许钠
8、离子通过），钠通道（只允许钠离子通过），钙通道等。打开时让离子从高浓度流向低浓度，不需能量。钙通道等。打开时让离子从高浓度流向低浓度，不需能量。离子泵离子泵(ion pump)：不仅允许离子通过，而且还能像：不仅允许离子通过，而且还能像泵泵一样一样将离子从低浓度向高浓度转运，需要消耗能量（分解能量货将离子从低浓度向高浓度转运，需要消耗能量（分解能量货币币ATP）膜离子通道膜离子通道（细胞外液）（细胞外液）（细胞质）（细胞质）（磷脂双层）（磷脂双层）（多肽亚基）（多肽亚基） A 离子通道离子通道 B 离子泵离子泵 二者都是让离子进行跨膜运动，有何区别？二者都是让离子进行跨膜运动，有何区别？离子的
9、运动离子的运动 离子通过离子通道进行跨膜运动受两个因离子通过离子通道进行跨膜运动受两个因素影响素影响:扩散和电学扩散和电学1、扩散（、扩散（diffusion)：从浓度高向浓度低区：从浓度高向浓度低区域的净移动。域的净移动。离子跨膜进行扩散要有两个条件离子跨膜进行扩散要有两个条件 1.膜两侧有浓度差膜两侧有浓度差 2.离子通道打开离子通道打开（若关闭，离子不能通过膜）（若关闭，离子不能通过膜） 、电学、电学：离子在电场作用下发生净移动。：离子在电场作用下发生净移动。与两个因素有关。与两个因素有关。 ）电位：又称电压。是施加在带电粒子）电位：又称电压。是施加在带电粒子上力，电位越大，流过的电流越
10、多。上力，电位越大，流过的电流越多。 ）电导：电阻的倒数。电荷从一点迁移）电导：电阻的倒数。电荷从一点迁移到另一点的相对能力，电导越大，流过的电到另一点的相对能力，电导越大，流过的电流越多。流越多。 离子跨膜进行电学运动要有两个条件离子跨膜进行电学运动要有两个条件 1.膜两侧要有电位差膜两侧要有电位差 2.离子通道打开（若关闭，离子不能离子通道打开（若关闭，离子不能通过膜）通过膜）离子跨膜运动小结离子跨膜运动小结由于磷脂双层中间的疏水性，单纯的磷脂双层的细胞膜对由于磷脂双层中间的疏水性，单纯的磷脂双层的细胞膜对水溶性离子（水溶性离子（ Na+ ,K+，Ca+和和Cl-）不具通透性。）不具通透性
11、。神经元膜上存离子通道蛋白，在其打开时能形成通道让水神经元膜上存离子通道蛋白，在其打开时能形成通道让水溶性的离子通过。溶性的离子通过。离子通过离子通道进行跨膜运动受三个因素影响离子通过离子通道进行跨膜运动受三个因素影响浓度差浓度差电位差电位差离子通道的开放（电导增大，若关闭则电导为）离子通道的开放（电导增大，若关闭则电导为）返回返回什么是静息电位什么是静息电位膜电位膜电位:是指在任何状态下神是指在任何状态下神经元膜内外差用符号经元膜内外差用符号Vm。静息电位：静息电位：静息（静息（相对于电信相对于电信号传递的时期号传递的时期）时神经元的膜）时神经元的膜电位。一般为电位。一般为65mV（膜外（膜
12、外当作），也就是说静息时膜当作），也就是说静息时膜内比膜外低内比膜外低65mV。此电位是由电荷的跨膜不均衡此电位是由电荷的跨膜不均衡分布引起的。分布引起的。电压计电压计微电极微电极平衡电位（平衡电位（equilibrium potential)a图图，胞内的钾盐浓度为胞外的，胞内的钾盐浓度为胞外的20倍，而此时没有离子倍，而此时没有离子通道存在，膜电位是多少？通道存在，膜电位是多少？b图图，在此基础上在膜上加入，在此基础上在膜上加入K离子通道，并且是开放离子通道，并且是开放状的，状的， 胞内的胞内的K离子由穿过细胞膜到达胞外，此时膜离子由穿过细胞膜到达胞外，此时膜电位怎么变化？（以胞外为电位怎
13、么变化？（以胞外为0）胞内的）胞内的K离子会一直流离子会一直流下去吗？下去吗？c图图， K离子不再进行扩散，进出达到平衡，为什么？离子不再进行扩散，进出达到平衡，为什么？电位差与浓度差的驱动力正好相反，达到平衡。此时的电位差与浓度差的驱动力正好相反，达到平衡。此时的膜电位称为平衡电位。精确平衡某种离子的浓度差的电膜电位称为平衡电位。精确平衡某种离子的浓度差的电位称为该位称为该离子平衡电位离子平衡电位，简称，简称平衡电位平衡电位。内内 外外平衡电位的特点平衡电位的特点只要膜内外存在浓度差，当离子通道开放后，只要膜内外存在浓度差，当离子通道开放后，+的净运动，的净运动，膜电位便逐步达到膜电位便逐步
14、达到+的平衡电位。的平衡电位。若胞内浓度为若胞内浓度为100mmol/L 离子，膜外的浓度为离子，膜外的浓度为5mmol/L，两者相差两者相差20倍，达到倍，达到-80mV的平衡电位，只需要胞内很少的的平衡电位，只需要胞内很少的离子流到胞外，胞内浓度只降低了离子流到胞外，胞内浓度只降低了0.00001。已知某一离子跨膜浓度差，可以计算其平衡电位。已知某一离子跨膜浓度差，可以计算其平衡电位。静息电位静息电位K离子的平衡电位离子的平衡电位静息条件下，神经元膜内外存静息条件下，神经元膜内外存在着各种不同浓度的离子。在着各种不同浓度的离子。 胞胞内内为高钾、为高钾、低低钠。钠。 胞胞外外为为低低钾、高
15、钠。钾、高钠。静息时，只有静息时，只有K通道处于开放，通道处于开放，此时的电位为此时的电位为K离子平衡电位，离子平衡电位，大约为大约为-80mV。实际静息电位为实际静息电位为-65mV，原因是，原因是还有少量的还有少量的Na持续漏入细胞。持续漏入细胞。平衡电位平衡电位钾通道的发现钾通道的发现钾通道的选择性通透是决定静息电位的重要因素。钾通道的选择性通透是决定静息电位的重要因素。加州大学旧金山分校的加州大学旧金山分校的Jan等成功的测定了一类钾通道的氨等成功的测定了一类钾通道的氨基酸序列。基酸序列。 他们在培育果蝇时发现了一种对乙醚产生晃动的果蝇，他们在培育果蝇时发现了一种对乙醚产生晃动的果蝇，
16、称为称为Shaker。进一步研究表明，这种异常行为是一种钾通。进一步研究表明，这种异常行为是一种钾通道受损伤引起的。利用分子生物学技术，道受损伤引起的。利用分子生物学技术，Jan等找到了大量等找到了大量不同的钾通道，包括维持神经元膜电位的钾通道。不同的钾通道，包括维持神经元膜电位的钾通道。另一个例子是被称为另一个例子是被称为Weaver鼠，该鼠难以保持正常姿势和鼠，该鼠难以保持正常姿势和运动，是由于小脑神经元中钾通道一个氨基酸突变，导致运动，是由于小脑神经元中钾通道一个氨基酸突变，导致钾通道空间结构的变化，使得钾通道空间结构的变化，使得Na+和和K+都能通过通道。都能通过通道。许多遗传性神经疾
17、病，如某种类型的许多遗传性神经疾病，如某种类型的癫痫癫痫，可能是由特定，可能是由特定K通道突变引起的。通道突变引起的。K通道突变可引起癫痫通道突变可引起癫痫患者患者,男，男，16岁，发作性抽搐岁，发作性抽搐8年。发作时大叫一声，突年。发作时大叫一声，突然意识丧失，跌到在地，全身肌肉强直收缩，头向后仰，然意识丧失，跌到在地，全身肌肉强直收缩，头向后仰，口张开后闭合，咬舌，口吐白沫，双眼上翻口张开后闭合，咬舌，口吐白沫，双眼上翻20秒，全身秒，全身肌肉阵孪，上肢屈，两手握举，双下肢伸直强直。经肌肉阵孪，上肢屈，两手握举，双下肢伸直强直。经3分分钟清醒，瞳孔由大变为正常，醒后无记忆发病情况。钟清醒，
18、瞳孔由大变为正常，醒后无记忆发病情况。其特征为脑神经元突发性异常高频率放电并向周围扩散，其特征为脑神经元突发性异常高频率放电并向周围扩散，引起引起短暂的运动、感觉、意识和植物神经功能异常短暂的运动、感觉、意识和植物神经功能异常,可伴可伴有脑电图改变。有脑电图改变。 癫痫大发作时放电的传播癫痫大发作时放电的传播病灶异常放电病灶异常放电向对侧大脑传播向对侧大脑传播 向周围组织传播向周围组织传播 钾通道结构钾通道结构 钾通道由钾通道由4个亚基组成，如木个亚基组成，如木桶的铁板一样排列成一个孔。桶的铁板一样排列成一个孔。膜内外各种离子浓度差是怎样建立并维持？膜内外各种离子浓度差是怎样建立并维持？是由于
19、离子泵的存在，通过离子泵的不停工作来建立各种是由于离子泵的存在，通过离子泵的不停工作来建立各种离子浓度差。主要有离子浓度差。主要有钠钾泵钠钾泵和和钙泵钙泵，这是一个耗能的过程，这是一个耗能的过程，它们均为一种能分解它们均为一种能分解ATP的酶，引起空间结构改变。据估的酶，引起空间结构改变。据估计钠钾泵消耗的能量约占大脑总计钠钾泵消耗的能量约占大脑总ATP消耗量的消耗量的70%。钠钾泵钠钾泵:将钾离子泵入细胞内，而钠离子泵出细胞，使得细将钾离子泵入细胞内，而钠离子泵出细胞，使得细胞内高钾低钠，而胞外低钾高钠。胞内高钾低钠，而胞外低钾高钠。钙泵钙泵:将钙离子泵入细胞内的内质网中。使得细胞内离子浓将
20、钙离子泵入细胞内的内质网中。使得细胞内离子浓度低，而胞外高钙。度低，而胞外高钙。图片图片钠钾泵钠钾泵返回返回细胞外液：高细胞外液：高Na低低K细胞质：低细胞质：低Na高高K调控细胞外钾浓度的重要性调控细胞外钾浓度的重要性由于静息电位是需要由于静息电位是需要胞外低钾和胞内高钾胞外低钾和胞内高钾的浓度差来维持的浓度差来维持的。因此细胞外钾浓度的变化将影响其平衡电位。因此有的。因此细胞外钾浓度的变化将影响其平衡电位。因此有机体必需很好的控制胞外钾离子浓度。机体必需很好的控制胞外钾离子浓度。 膜外钾离子浓度增膜外钾离子浓度增加将导致膜电位负值加将导致膜电位负值减少甚至为变为减少甚至为变为0mV.膜膜电
21、电位位细胞外液细胞外液K+浓度浓度静息电位消失的后果静息电位消失的后果 静脉注射静脉注射KCl可引起死亡。可引起死亡。 注射死型程序：先给予麻醉剂，然后静脉注射注射死型程序：先给予麻醉剂，然后静脉注射KCl。 原因：静息电位对于维持神经元及心肌细胞的电兴奋性的原因：静息电位对于维持神经元及心肌细胞的电兴奋性的基础。一旦细胞外出现高钾破坏了正细胞内外的基础。一旦细胞外出现高钾破坏了正细胞内外的K离子浓离子浓度差，首先将导致心肌失去静息电位，从而失去兴奋性，度差，首先将导致心肌失去静息电位，从而失去兴奋性，无法产生无法产生动作电位动作电位，心肌无法进行收缩。而神经元由于，心肌无法进行收缩。而神经元
22、由于血血脑屏障脑屏障的保护受影响小一些，但过高也会使神经元无法形的保护受影响小一些，但过高也会使神经元无法形成静息电位，使电传导无法进行。成静息电位，使电传导无法进行。结语结语1神经元膜内外存在不同离子的浓度差异，它是由离子泵建立和神经元膜内外存在不同离子的浓度差异，它是由离子泵建立和维持的。这一过程需要消耗大量能量（分解维持的。这一过程需要消耗大量能量（分解ATP）。静息时细）。静息时细胞内高钾低钠钙，胞外则相反。胞内高钾低钠钙，胞外则相反。静息条件下，由于钾通道的存在而对静息条件下，由于钾通道的存在而对K有高通透性，有高通透性，K顺浓度顺浓度梯度跨膜迁移使得神经元膜内负电荷增加，并最终达到
23、其平衡，梯度跨膜迁移使得神经元膜内负电荷增加，并最终达到其平衡，（电压驱动力与浓度驱动力相等），此时的膜电位便是（电压驱动力与浓度驱动力相等），此时的膜电位便是K的平的平衡电位。衡电位。判断题：判断题： 1、平衡电位是一种特殊状态时的膜电位，各种离子有、平衡电位是一种特殊状态时的膜电位，各种离子有相同的平衡电位。相同的平衡电位。2、静息电位是指神经元静息时的膜电位，、静息电位是指神经元静息时的膜电位，主要是主要是K的平衡电位。的平衡电位。返回返回动作电位：神经元膜传递电信号动作电位：神经元膜传递电信号神经元静息状态下，即不产生动作电位时，通过插入胞内神经元静息状态下，即不产生动作电位时，通过插
24、入胞内微电极可以测定细胞膜内电位（微电极可以测定细胞膜内电位（Vm,膜电位膜电位）。此时电压）。此时电压表的读数稳定在表的读数稳定在-65mV，也就是静息电位。，也就是静息电位。动作电位产生程中，膜内电位短暂地变为正电位。这个过动作电位产生程中，膜内电位短暂地变为正电位。这个过程非常之快，比眨眼快程非常之快，比眨眼快100倍。用示波器（一种特殊的电压倍。用示波器（一种特殊的电压计）可以记录到膜电位随时间的变化。计）可以记录到膜电位随时间的变化。动作电位形状象一个陡峭的山峰，可分为两部分，即上升动作电位形状象一个陡峭的山峰，可分为两部分，即上升相和下降相。相和下降相。动作电位的记录动作电位的记录
25、细胞外电极细胞外电极细胞内电极细胞内电极单个动作电位的上升相和下降相单个动作电位的上升相和下降相 膜膜电电位位 Vm时间时间动作电位的产生动作电位的产生静息时，神经元膜内为负，膜外为正，即静息电位，约为静息时，神经元膜内为负，膜外为正，即静息电位，约为-65mV,这种电荷不对称状态称为这种电荷不对称状态称为极化极化状态。状态。膜内的负电位减小膜内的负电位减小, 膜内与膜外电位差值减小膜内与膜外电位差值减小,称为称为去极化去极化。 1、物理因素。如牵张刺激导致钠离子进入胞内，引起去极化；、物理因素。如牵张刺激导致钠离子进入胞内，引起去极化； 2、化学因素。如化学物质释放导致钠离子进入胞内，引起、
26、化学因素。如化学物质释放导致钠离子进入胞内，引起去极化；去极化； 3、人为的用微电极向胞内注入电流直接使神经元去极化。、人为的用微电极向胞内注入电流直接使神经元去极化。只有负电位减小到阈值只有负电位减小到阈值（threshold，触发动作电位的膜电位水平，触发动作电位的膜电位水平，-40mv）时，即时，即去极化去极化达到或超过阈值时达到或超过阈值时,才触发动作电位。才触发动作电位。向细胞内注入电流导致动作电位的产生向细胞内注入电流导致动作电位的产生注入电流注入电流注入电流引起膜内负值变小注入电流引起膜内负值变小去极化去极化达到或超过阈值才会引发动作电位达到或超过阈值才会引发动作电位返回返回动动
27、作作电电位位产产生生机机制制A：静息时：静息时：钾通道开放，钠通道关闭，达到钾平衡电位钾通道开放，钠通道关闭，达到钾平衡电位B：上升相，：上升相，钠通道开放，钠离子内流，膜电位上升钠通道开放，钠离子内流，膜电位上升细胞膜内离子状态细胞膜内离子状态:高钾低钠高钾低钠钠内流钠内流动动作作电电位位产产生生机机制制C：下降相：下降相：钠通道关闭，钾离子外流，膜电位下降钠通道关闭，钾离子外流，膜电位下降D：恢复静息电位：恢复静息电位：钾通道重新开放，钾平衡电位钾通道重新开放，钾平衡电位钾外流钾外流细胞膜内离子状态细胞膜内离子状态:高钾低钠高钾低钠动作电位产生的关键动作电位产生的关键钠通道短暂开放钠通道短
28、暂开放动作电位的上升相是由于钠通道打开，钠离子内流引起的膜动作电位的上升相是由于钠通道打开，钠离子内流引起的膜电位上升。而下降相是由于钾离子在电压梯度驱动下外流，电位上升。而下降相是由于钾离子在电压梯度驱动下外流，而使膜电位恢复，从而形成了一个脉冲峰。而使膜电位恢复，从而形成了一个脉冲峰。前面讲到去极化能引起动作电位产生，而动作电位的产生是前面讲到去极化能引起动作电位产生，而动作电位的产生是首先钠离子内流引起的。换句话说，去极化先导致了钠通道首先钠离子内流引起的。换句话说，去极化先导致了钠通道的开放，引起钠离子内流。的开放，引起钠离子内流。这种随着电压改变而开放关闭的钠通道，称之为这种随着电压
29、改变而开放关闭的钠通道，称之为电压门控钠电压门控钠通道通道。当去极化达到阈值时，电压门控钠通道就打开，钠离。当去极化达到阈值时，电压门控钠通道就打开，钠离子内流引发动作电位。子内流引发动作电位。现在的问题是：通道的打开为什么能受电压的控制？现在的问题是：通道的打开为什么能受电压的控制？ 电压门控钠通道电压门控钠通道 由多个氨基酸组成的蛋白由多个氨基酸组成的蛋白质长链。链反复穿过细胞质长链。链反复穿过细胞膜，开成四个部分，每个膜，开成四个部分，每个部分又由部分又由6个个螺旋组成，螺旋组成，分别为分别为S1-S6。电压门控钠通道打开关闭机制电压门控钠通道打开关闭机制膜去极化，由膜去极化，由-65m
30、V到达到达-40mV时，膜内正电荷增加，电荷排时，膜内正电荷增加，电荷排斥作用，使蛋白结构发生变化，钠通道打开。而当电位恢复时，斥作用，使蛋白结构发生变化，钠通道打开。而当电位恢复时，则使钠通道关闭。则使钠通道关闭。+ + + +电鳗为什么能放电？电鳗为什么能放电？ 人人都能放电，只是电太弱了（动作电位从人人都能放电，只是电太弱了（动作电位从-65mV到到+40mV之之间间)。电鳗形成了特殊的放电器官。器官的细胞膜上含有大量钠。电鳗形成了特殊的放电器官。器官的细胞膜上含有大量钠通道，单个细胞产生的动作电位高，再加上细胞成串联排列，同通道，单个细胞产生的动作电位高，再加上细胞成串联排列，同时启动
31、，可将电压差升到时启动，可将电压差升到300V。为了吃美味不要命！为了吃美味不要命！河豚（河豚（puffer):在受到干扰后能充气或充水发生鼓胀如球，分在受到干扰后能充气或充水发生鼓胀如球，分布于暖水及温带海区，也见于半咸水或淡水。脏器有毒。布于暖水及温带海区，也见于半咸水或淡水。脏器有毒。河豚被认为是一道美味佳肴，采用特殊方法烹制，以避免中河豚被认为是一道美味佳肴，采用特殊方法烹制，以避免中毒，尽管如此，但仍导致嘴唇周围麻木，每年都有中毒事件毒，尽管如此，但仍导致嘴唇周围麻木，每年都有中毒事件发生！而导致中毒原因是误食！发生！而导致中毒原因是误食！河豚毒素的河豚毒素的化学结构化学结构河豚毒素
32、（河豚毒素（tetrodotoxin,TTX)最初是从日本河豚卵巢中分离出最初是从日本河豚卵巢中分离出来的，来的，是一种毒性很强的神经毒素，只要食入豚毒是一种毒性很强的神经毒素，只要食入豚毒0.5mg - 3mg就能致死就能致死。它能在纳摩尔浓度它能在纳摩尔浓度与钠通道结合，能完全阻断钠离子的内流与钠通道结合，能完全阻断钠离子的内流, 导致神经元无法传递电信号，导致神经元无法传递电信号，严重引起神经元的信号不能传到严重引起神经元的信号不能传到呼吸肌，引起呼吸麻痹，导致死亡。呼吸肌，引起呼吸麻痹，导致死亡。除了除了TTX外还有许多其它的毒素能如石房蛤毒素从一种甲藻中外还有许多其它的毒素能如石房蛤
33、毒素从一种甲藻中提取。而以这些海藻为食的蚌、蚝等体内会富集这种毒素。有提取。而以这些海藻为食的蚌、蚝等体内会富集这种毒素。有时，甲藻爆长会导致时，甲藻爆长会导致“赤潮赤潮”，此时食用将是致命的。，此时食用将是致命的。返回返回动作电位的传导动作电位的传导 产生的动作电位能沿神经元轴突进行传导。产生的动作电位能沿神经元轴突进行传导。 局部去极化，使邻近的电压门控钠通道开放，钠离子内流，局部去极化，使邻近的电压门控钠通道开放，钠离子内流，邻近局部去极化，去极化又引起邻近的电压门控钠通道开放，邻近局部去极化，去极化又引起邻近的电压门控钠通道开放，钠离子内流。就这样依次向前推进。平均速度为钠离子内流。就
34、这样依次向前推进。平均速度为120米米/秒。秒。钾外流钾外流钠内流钠内流局部麻醉药（局部麻醉药（local anesthesia）为什么让你不感到痛？）为什么让你不感到痛？局部注射局部注射利多卡因（利多卡因（lidocaine)是如何使你的嘴变得麻木，在是如何使你的嘴变得麻木，在拔牙时不感到痛疼？拔牙时不感到痛疼？利多卡因是一种局部麻醉药，被直接注射到需要的局部组织利多卡因是一种局部麻醉药，被直接注射到需要的局部组织中，引起局部感觉（皮肤感觉、痛觉、温觉）缺失。中，引起局部感觉（皮肤感觉、痛觉、温觉）缺失。第一个药用的局部麻醉药是由德国医生第一个药用的局部麻醉药是由德国医生Niemann在在1
35、860年从年从古柯树叶中提取出来的可卡因古柯树叶中提取出来的可卡因（cocaine)。在寻找可卡因的替代物过程中，得到了利多卡因。它已成为在寻找可卡因的替代物过程中，得到了利多卡因。它已成为应用最为广泛的局麻药。将利多卡因溶于液体中，然后涂于应用最为广泛的局麻药。将利多卡因溶于液体中，然后涂于粘膜麻醉神经末梢（粘膜麻醉神经末梢（表面麻醉表面麻醉）；也可注入组织（）；也可注入组织（浸润麻醉浸润麻醉）或神经（或神经（神经封闭神经封闭）。甚至可将其注入脊髓段脑脊液中（）。甚至可将其注入脊髓段脑脊液中（脊脊麻麻），能使身体大部区域麻醉。），能使身体大部区域麻醉。脊麻脊麻:作用于脊髓一段作用于脊髓一段引
36、起下半身被麻醉引起下半身被麻醉麻醉机制：利多卡因等局麻药麻醉机制：利多卡因等局麻药物暂时阻断轴突上动作电位的物暂时阻断轴突上动作电位的产生及传导。药物穿过神经元产生及传导。药物穿过神经元的轴突膜，通过开放钠通道门，的轴突膜，通过开放钠通道门，在孔道中找到结合位点（在孔道中找到结合位点（S6螺旋区），将钠通道的孔堵塞，将钠通道的孔堵塞，钠离子无法流入膜内，阻断了钠离子无法流入膜内，阻断了动作电位的产生和传导。来自动作电位的产生和传导。来自外周的感觉（皮肤感觉、痛觉、外周的感觉（皮肤感觉、痛觉、温觉）信息无法传递到大脑，温觉）信息无法传递到大脑，自然也就感觉不到疼痛。自然也就感觉不到疼痛。S6螺旋
37、区螺旋区Lidocaine结合位点结合位点髓鞘和跳跃传导髓鞘和跳跃传导少突胶质细胞包裹轴突形成一个个髓鞘，迫使电流顺轴突少突胶质细胞包裹轴突形成一个个髓鞘，迫使电流顺轴突流动，增加了动作电位的传导速度，称为跳跃传导。流动，增加了动作电位的传导速度，称为跳跃传导。去髓鞘疾病去髓鞘疾病 1、多发性硬化（、多发性硬化（multiple sclerosis):病人经常抱怨无力，协病人经常抱怨无力，协调性差，视力以及言语能力受损。主要是调性差，视力以及言语能力受损。主要是中枢白质包括神中枢白质包括神经纤维的髓鞘的减少甚至消失经纤维的髓鞘的减少甚至消失引起神经传导减慢。该病反引起神经传导减慢。该病反复发作
38、，迁延不愈。复发作，迁延不愈。 2、格林、格林巴利综合征（巴利综合征（Guilain-Barre syndrome):损坏损坏外周外周神经中支配肌肉和皮肤神经中支配肌肉和皮肤的神经髓鞘。使支配肌肉和皮肤的轴的神经髓鞘。使支配肌肉和皮肤的轴突动作电位传导变慢或无效。患者伴有感染史，突动作电位传导变慢或无效。患者伴有感染史，12周后患周后患者出现双手和者出现双手和/或双足的无力，并逐渐向双上肢及双下肢发或双足的无力，并逐渐向双上肢及双下肢发展，可伴有麻木感，病情严重时可以累及呼吸肌而导致呼吸展，可伴有麻木感，病情严重时可以累及呼吸肌而导致呼吸困难，此时患者感到咳痰无力、气憋，若治疗不及时可危及困难
39、，此时患者感到咳痰无力、气憋，若治疗不及时可危及生命，此病具有自愈性，只要控熬过此期，便能恢复。生命，此病具有自愈性，只要控熬过此期，便能恢复。结语结语2本节介绍了神经的电信息传递本节介绍了神经的电信息传递动作电位的产生及传导。动作电位的产生及传导。回顾一下踩图钉的起始过程。回顾一下踩图钉的起始过程。 图钉划破皮肤，牵张感觉神经末梢，对牵张敏感的钠离子图钉划破皮肤，牵张感觉神经末梢，对牵张敏感的钠离子通道开放，带正电荷的钠离子进入神经末梢，内流的正电荷通道开放，带正电荷的钠离子进入神经末梢，内流的正电荷使起始区的神经元膜去极化达到阈值，产生动作电位。动作使起始区的神经元膜去极化达到阈值，产生动
40、作电位。动作电位沿神经纤维传导，到达神经元终末，就是与下一个神经电位沿神经纤维传导，到达神经元终末，就是与下一个神经元连接点即突触。信息如何从一个神经元终末到达另一个神元连接点即突触。信息如何从一个神经元终末到达另一个神经元的起点的，即如何通过突触？这是下一节要绍的内容。经元的起点的，即如何通过突触？这是下一节要绍的内容。 问题：简述临床上使用局麻药利多卡因的作用机制。问题：简述临床上使用局麻药利多卡因的作用机制。基础篇之三基础篇之三 第四讲第四讲 神经元之间的化学信号传递神经元之间的化学信号传递肖肖 飞飞 ( (暨南大学医学院暨南大学医学院 )引言引言 神经元上通过动作电位的方式来传导电信神
41、经元上通过动作电位的方式来传导电信号，神经元之间是通过突触进行接触，突触之号，神经元之间是通过突触进行接触，突触之间存在着突触间隙。神经元如何将信息通过这间存在着突触间隙。神经元如何将信息通过这个间隙而送到下一个神经元个间隙而送到下一个神经元? ? 第四讲 神经元之间的化学信号传递一、突触传递二、突触传递的原理三、突触整合神经元上的信息流动（电流的形式）神经元上的信息流动（电流的形式）从树突传入的动作电位到达胞体，胞体综合多个信从树突传入的动作电位到达胞体，胞体综合多个信息后，产生动作电位沿轴突传出。息后，产生动作电位沿轴突传出。神经元之间的化学信息传递（化学物质形式）神经元之间的化学信息传递
42、（化学物质形式） 上一个上一个 神经元上的电神经元上的电 信号传递到突触时，突触信号传递到突触时，突触 释放某种化学物质，化学释放某种化学物质，化学 物质扩散，穿过突触间隙，物质扩散，穿过突触间隙， 作用下一个神经元，在下作用下一个神经元，在下 一个神经元上产生新的一个神经元上产生新的 电信号。电信号。 （1.突触前：轴突终末）突触前：轴突终末）（2.突触间隙）突触间隙）（3.突触后：树突）突触后：树突）（突触）（突触）神经元之间的相接触的部位神经元之间的相接触的部位突触突触(synapse)突触传递：突触处发生的化学信息传递突触传递：突触处发生的化学信息传递第一个神经信息传递物质的发现第一个
43、神经信息传递物质的发现Otto Loewi的双蛙心实验的双蛙心实验 Otto Loewi发现电刺激神经轴突可以释放化学物，后来研究发现电刺激神经轴突可以释放化学物，后来研究证实该化学物质就是乙酰胆碱，是一种神经递质。获证实该化学物质就是乙酰胆碱，是一种神经递质。获1936年年Nobel prize。电刺激电刺激迷走神经迷走神经心率心率 突触传递的基本过程突触传递的基本过程 神经元产生的动作电位到达突触，引起突触释放化学物质，神经元产生的动作电位到达突触，引起突触释放化学物质， 化学物质通过突触间隙作用下一个神经元，产生新的动作化学物质通过突触间隙作用下一个神经元，产生新的动作 电位。该化学物质
44、被称为电位。该化学物质被称为神经递质（传递信息的物质）。神经递质（传递信息的物质）。 电传导电传导 电传导电传导化学传导化学传导返回返回突触传递的原理突触传递的原理1、神经递质概念、神经递质概念 神经递质神经递质（neurotransmitter)：由神经元合成并由：由神经元合成并由 突触释放参与突触信息传递的化学物质。神经元突触释放参与突触信息传递的化学物质。神经元 之间通过神经递质进行电之间通过神经递质进行电化学化学电信号的转换。电信号的转换。神经递质神经递质脑内有五十多种神经递质，不同的神经元使用不同的神经递质。脑内有五十多种神经递质，不同的神经元使用不同的神经递质。不同的神经递质在脑内
45、的功能各不相同，有的使人兴奋不同的神经递质在脑内的功能各不相同，有的使人兴奋(如如去甲去甲肾上腺素肾上腺素)，有的使人抑制，有的使人抑制(如如甘氨酸甘氨酸, 氨基丁酸氨基丁酸有催眠作用有催眠作用)。有。有的具有抗痛作用的具有抗痛作用(如如脑啡肽脑啡肽)，有的含量增加会致痛有的含量增加会致痛(如如P物质物质)。氨基酸类氨基酸类单胺类单胺类多肽类多肽类甘氨酸甘氨酸 （Gly）谷氨酸谷氨酸 （Glu）氨基丁酸（氨基丁酸（GABA）乙酰胆碱（乙酰胆碱（Ach)多巴胺（多巴胺（DA）肾上腺素肾上腺素去甲肾上腺素（去甲肾上腺素（NE）5-羟色胺（羟色胺（5-HT）胆囊收缩素胆囊收缩素脑啡肽脑啡肽生长抑素生
46、长抑素P物质（物质（substance P)血管活性肠肽（血管活性肠肽（VIP） 神经递质的种类和功能：神经递质的种类和功能：代表性的神经递质代表性的神经递质(a)氨基酸类氨基酸类(b)单胺类单胺类 (c)多肽类多肽类 谷氨酸谷氨酸 氨基丁酸氨基丁酸 甘氨酸甘氨酸乙酰胆碱乙酰胆碱 去甲肾上腺素去甲肾上腺素P物质物质神经递质的合成和储存神经递质的合成和储存 (a) 多肽类(b)氨基酸、单胺类突触囊泡神经递质的释放神经递质的释放突触囊泡神经递质分子神经递质与膜上的受体（神经递质与膜上的受体（receptor,能接受化学物质的能接受化学物质的一种蛋白质一种蛋白质）结合后产生动作电位）结合后产生动作电
47、位 （A） 递质门控递质门控离子通道离子通道 （受体）（受体） 递质与递质门控离子通道结合递质与递质门控离子通道结合 递质门控离子通道打开递质门控离子通道打开 钠离子流入膜内钠离子流入膜内 膜内电位增加膜内电位增加 产生动作电位产生动作电位（B）G蛋白耦联蛋白耦联离子通道离子通道 神经递质与神经递质与G蛋白结合蛋白结合G蛋白亚基与离子通道结合蛋白亚基与离子通道结合 钠离子通道打开钠离子通道打开 钠离子流入膜内钠离子流入膜内 膜内电位增加膜内电位增加 产生动作电位产生动作电位小结小结神经元之间的连接部称之为突触，突触之间的信息传递就是神经元之间的连接部称之为突触，突触之间的信息传递就是突触传递，
48、神经递质充当信使，作用于下一个神经元的离子突触传递，神经递质充当信使，作用于下一个神经元的离子通道（受体，能与化学物质结合的蛋白质），产生动作电位通道（受体，能与化学物质结合的蛋白质），产生动作电位，化学信号转变为电信号。，化学信号转变为电信号。突触传递的过程由递质合成、储存、释放及和下个神经元膜突触传递的过程由递质合成、储存、释放及和下个神经元膜上的上的受体结合受体结合产生动作电位这几个基本过程组成。产生动作电位这几个基本过程组成。由于人的神经系统突触传递都是由于人的神经系统突触传递都是化学性化学性的，因此，一些化学的，因此，一些化学物质（药物和毒物）能对突触传递的任一过程产生影响，加物质（
49、药物和毒物）能对突触传递的任一过程产生影响，加强或减弱某种递质的信息传递，从而达到强或减弱某种递质的信息传递，从而达到治病或致病治病或致病的作用的作用。这也是化学物质与脑作用的物质基础。这也是化学物质与脑作用的物质基础。破伤风、蜘蛛和蛇产生的神经毒素作用机理破伤风、蜘蛛和蛇产生的神经毒素作用机理神经与肌肉的连接处神经与肌肉的连接处1. 破伤风产生肉毒素、破伤风产生肉毒素、黑寡妇蜘蛛毒液、银黑寡妇蜘蛛毒液、银环蛇毒素都能破坏神环蛇毒素都能破坏神经肌肉连接处的经肌肉连接处的化学化学突触的传递。突触的传递。2. 神经肌肉之间的信息神经肌肉之间的信息传递的化学物质是乙传递的化学物质是乙酰胆碱。酰胆碱。
50、3. 神经毒素通过抑制神神经毒素通过抑制神经递质乙酰胆碱的释经递质乙酰胆碱的释放，达到阻碍神经与放，达到阻碍神经与肌肉的信息传递，达肌肉的信息传递，达到呼吸肌麻痹，呼吸到呼吸肌麻痹，呼吸衰竭。衰竭。运动神经元运动神经元有机磷化合物有机磷化合物作用于神经递质乙酰胆碱的降解酶，引起乙酰胆碱不能及作用于神经递质乙酰胆碱的降解酶，引起乙酰胆碱不能及时降解，使受体失敏，产生致死效应。主要有两个用途：时降解，使受体失敏，产生致死效应。主要有两个用途：早期的化学武器，至今仍是恐怖活动的武器。早期的化学武器，至今仍是恐怖活动的武器。 1995年日本的奥姆真理教对东京地铁发动的恐怖主义攻击年日本的奥姆真理教对东
