生理学/兴奋性和兴奋含义及其变迁

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上世纪中后期的生理学家用两栖类动物做实验时,发现青蛙蟾蜍的某些组织在离体的情况下,也能在一定的时间内维持和表现出某些生命现象。这些生命现象的表现之一是:当这些组织受到一些外加的刺激因素(如机械的、化学的、温热的或适当的电刺激)作用时,可以应答性出现一些特定的反应或暂时性的功能改变。这些活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力,就是生理学最早对于兴奋性(excitability)的定义。例如,把蟾蜍的腓肠肌和支配它的神经由体内剥离出来,制成神经-肌肉标本,这时如果在神经游离端一侧轻轻地触动神经,或通以适当的电流,那么在经过一个极短的潜伏期后,可以看到肌肉出现一次快速的缩短和舒张;如把刺激直接施加于肌肉,也会引起类似的收缩反应;而且只要刺激不造成组织的损伤,上述反应可以重复出现。这就是神经和肌肉组织具有兴奋性能证明。实际上,几乎所有活组织或细胞都具有某种程度的对外界刺激发生反应的能力,只是反应的灵敏度和反应的表现形式有所不同。在各种动物组织中,一般以神经和肌细胞,以及某些腺细胞表现出较高的兴奋性;这就是说它们只需接受较小的程度的刺激,就能表现出某种形式的反应,因此称为可兴奋细胞或可兴奋组织。不同组织或细胞受刺激而发生反应时,外部可见的反应形式有可能不同,如各种肌细胞表现机械收缩,腺细胞表现分泌活动等,但所有这些变化都是由刺激引起的,因此把这些反应称之为兴奋(excitation)。人和高等动物的细胞和组织一样具有兴奋性,但在离体情况下要保持它们的兴奋性,需要严格的环境条件,因此在研究组织的兴奋性时,常用较低等动物的组织作为观察对象。

随着电生理技术的发展和资料的积累,兴奋性和兴奋的概念有了新的含义。大量事实表明,各种可兴奋细胞处于兴奋状态时,虽然可能有不同的外部表现,但它们都有一个共同的、最先出现的反应,这就是受刺激处的细胞膜两侧出现一个特殊形式的电变化(它由细胞本身所产生,不应与作为刺激使用的外加电刺激相混淆),这就是动作电位;而各种细胞所表现的其他外部反应,如机械收缩和分泌活动等,实际上都是由细胞膜的动作电位进一步触发和引起的。在神经细胞,特别是它的延续很长、起着信息传送作用的轴突神经纤维),在受刺激而兴奋时并无肉眼可见的外部反应,其反应只是用灵敏的电测量仪器才能测出的动作电位。在多数可兴奋细胞(以神经和骨骼肌心肌细胞为主),当动作电位在受刺激部位产生后,还可以沿着细胞膜向周围扩布,使整个细胞膜都产生一次类似的电变化。既然动作电位是大多数可兴奋细胞受刺激时共有的特征性表现,它不是细胞其他功能变化的伴随物,而是细胞表现其他功能的前提或触发因素,因此在近代生理学中,兴奋性被理解为细胞在受刺激时产生动作电位的能力,而兴奋一词就成为产生动作电位的过程或动作电位的同义语了。只有那些在受刺激时能出现动作电位的组织,才能称为可兴奋组织;只有组织产生了动作电位时,才能说组织产生了兴奋。这样的理解显然比原定义更严格些。

据此定义,可以对上述神经-肌标本的现象描述如下:当刺激作用于坐骨神经某一点时,由于神经纤维具有兴奋性而出现兴奋,即产生了动作电位,此动作电位(常称为神经冲动)沿着神经纤维传向它们所支配的骨骼肌纤维,通过神经-肌接头处的兴奋传递(即ACh参加的跨膜信号转换),再引起骨骼肌细胞兴奋而产生动作电位,以后是动作电位沿整个肌细胞膜传遍整个肌细胞,并触发了细胞内收缩蛋白质的相互作用,表现出肌肉一次快速的收缩和舒张。

32 兴奋性和刺激引起兴奋的条件 | 刺激引起兴奋的条件和阈刺激 32
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