生理学/神圣元间相互作用的方式

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(一)经典的突触概念

神经元之间在结构上并没有原生质相连,每一神经元的轴突末梢仅与其他神经元的胞体或突起相接触,引相接触的部位称为突触。主要的突触组成可分为三类:①轴突与细胞体相接触;②轴突与树突相接触;③轴突与轴突相接触(图10-1)。突触有特殊的微细结构,一个神经元的轴突末梢首先分成许多小支,每个小支的末梢部分膨大呈球状,称为突触小体,贴附在下一个神经元的胞体或树突表面。在电子显微镜下观察到,突触的接触处有两层膜,轴突末梢的轴突膜称为突触前膜,与突触前膜相对的胞体膜或树突膜则称为突触后膜,两膜之间为突触间隙。一个突触即由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分组成。突触前膜和后膜较一般的神经元膜稍增厚,约7.5nm左右。突触间隙约20nm左右,其间有粘多糖糖蛋白(图10-2)。在突触前膜内侧有致密突起,致密突起和网格形成囊泡栏栅,其间隙处正好容纳一个囊泡;因此设想,这种栏栅结构具有引导囊泡与突触前膜接触的作用,促进囊泡内递质的释放。在突触小体的轴浆内,含有较多的线粒体和大量聚集的囊泡(突触小泡)。突触小泡的直径为20-80nm,它们含有高浓度的递质(图10-3)。不同突触内含的泡大小和形状不完全相同,释放乙酰胆碱的突触,其小泡直径约为30-50nm,在电镜下为均匀致密的囊泡;而释放去甲肾上腺素的小泡,直径为30-60nm,其中有一个直径为15-25nm的致密中心。突触小泡在轴浆中分布不均匀,常聚集在致密突起处。

突触类型


图10-1 突触类型

甲:轴突与细胞体相接触 乙:轴突与树相接触丙:轴突与轴突相接触

神经突触示意图


图10-2 神经突触示意图

甲、乙:光学显微镜所见 丙、丁:电子显微镜所见

突触结构模式图


图10-3 突触结构模式图

显示囊泡栏栅引导囊泡与突触前膜接触

由于突触传递功能有兴奋性的抑制性两种,因此有人认为,突触在形态上也可能存在两种类型。例如,有人观察了小脑皮层内突触的形态特征,见到所有平行纤维与哺肯野细胞之间的兴奋性突触的小泡呈圆于形,而篮状细胞与哺氏细胞之间的抑制性突触小泡呈扁平形;由此认为,兴奋性与抑制性突触的突触小泡有形态学上的区别。兴奋性突触的前膜释放兴奋性递质,它对突触后膜的作用是产生兴奋性突触后电位;抑制性突触的前膜释放抑制性递质,它对突触后膜的作用是产生抑制性突触后电位(参见本章第二节)。

一个神经元的轴突末梢一般都分支形成许多突触小体,与其后的神经元构成突触,所以一个神经元能通过突触传递作用于许多其他神经元。另一方面,一个神经元的树突或胞体可以接受许多神经元的突触小体构成突触,因此一个神经元又可接受许多不同神经元的作用。据估算,一个脊椎前角运动神经元的胞体和树突上可有2000个左右突触,而一个大脑皮层锥体细胞则约有30000个突触。

(二)是突触

神经元之间除了上述的经典突触联系外,还存在电突触。电突触的结构基础是缝隙连接(参见第二章),是两个神经元膜紧密接触的部位。两层膜间的间隔只有2-3nm,连接部位的神经元膜没有增厚,其旁轴浆内无突触小泡存在(图10-4)。连接部位存在在沟通两细胞胞浆的通道,带电离子可通过这些通道而传递电信号,这种电信号传递一般是双向的。因此,这种连接部位的信息传递是一种电传递,与经典突触的化学递质传递完全不同。电突触的功能可能是促进不同神经元产生同步性放电。电传递的速度快,几乎不存在潜伏期。电突触可存在于树突与树突、胞体与胞体、轴突与胞体、轴突与树突之间。

几种不同形式突触的模式图箭头示传递方向


图10-4 几种不同形式突触的模式图箭头示传递方向

(三)非突触性化学传递

由于荧光组织化学等新方法的应用,目前已明确除了经典的突触能进行化学传递外,还存在非突触性化学传递(non-synaptic chemical transmission )。关于这方面的研究,首先在交感神经肾上腺素能神经元上进行。实验观察到,肾上腺素能神经元的轴突末梢有许多分支,在分支上有大量的念珠状曲张体(varicosity)。曲线体内含有大量的小泡(图10-5),是递质释放和部位。一个神经元的轴突末梢可以具有30000个曲线体,因此一个神经元具有大量的递质释放部位。但是,曲张体并不与效应细胞形成经典的突触联系,而是处在效应细胞附近。当神经冲动抵达曲张体时,递质从曲张体释放出来,通过弥散作用到效应细胞的受体,使效应细胞发生反应。由于这种化学传递不是通过经典的突触进行的,因此称为非突触性化学传递。在中枢神经系统内,也有这种传递方式存在。例如,在大脑皮层内具有直径很细的无纤维,这种纤维是去甲肾上腺素能性的,纤维分支上具有许多曲张体,能释放去甲肾上腺素递质;这种曲张体绝大部分不与支配的神经元形成经典的突触,所以进行的是非突触性化学传递。又如在黑质中,多巴胺能纤维也有许多曲张体,且绝大多数也进行非突触性化学传递。此外,中枢内5-羟色胺能纤维也能进行非突触性化学传递。由此看来,单胺神经纤维都能进行非突触性化学传递。已知,非突触性化学传递也能在轴突末梢以外的部位进行,轴突膜也能释放化学递质(如释放胞浆中的乙酰胆碱),树突也能释放化学递质(如黑质中、树突可释放多巴胺)。

交感神经肾上腺能神经示意图


图10-5 交感神经肾上腺能神经示意图

非突触性化学传递与突触性化学传递相比,有下列几下特点:①不存在突触前膜与后膜的特化结构;②不存在一对一的支配关系,一个曲张体能支配较多的效应细胞;③曲张体与效应细胞间的距离至少在20nm以上,距离大的可达几十微米;④递质弥散的距离大,因此传递花费的时间可大于1s;⑤递质弥散到效应细胞时,能否发生传递效应取决于效应细胞上有无相应的受体。

(四)局部回路神经元和局部神经元回路

中枢神经系统中存在长轴突的神经元,也有大量短轴突和无轴突的神经元。长轴突的神经元是投射性神经元,它们投射到远隔部位,起到联系各中枢部位功能的作用;其轴突末梢通过经典的突触联系和非突触性化学传递的方式,完成神经元间的相互作用。短轴突和无轴突神经元不投射到远隔部位,它们的轴突和树突仅在某一中枢部位内部起联系作用;这些神经元称为局部回路神经元(local circuit neuron),例如大脑皮层内的星状神经元、小脑皮层内的篮状细胞和星状细胞、视网膜内的水平细胞和无长突细胞、嗅球内的颗粒细胞、脊髓内的闰绍细胞等。从进化来看,动物越高等,局部回路神经元数量越多,它们的突起越发达。局部回路神经元的活动可能与高级神经功能有密切的关系,例如学习、记忆等。

由局部回路神经元及其突起构成的神经元间相互作用的联系通路,称为局部神经元回路(local nuronal circuit)。这种回路可由几个局部回路神经元构成,例如小脑皮层内的颗粒细胞、篮状细胞、星状细胞等构成的回路。这种回路也可由一个局部回路神经元构成,例如脊髓内闰绍细胞构成的回路。这种回路还可通过局部回路神经元的一个树突或树突的某一部分构成,这种神经元间相互作用的实现不需要整个神经元参与活动。

通过对局部神经回路的研究,现已阐明除了轴突-胞体型、轴突-树突型、轴突-轴突型突触联系外,还存在树突-树突型、树突-胞体型、树突-轴突型、胞体-树突型、胞体-胞体型、胞体-轴突型联系;而且这种联系除了主要属于化学传递性质外,还有属于电传递性质的(电突触)。它们的组合形式也比较复杂,可以形成串联性突触(serial synapses)、交互性突触(reciprocal synapses)、混合性突触(mixed synapses)(图10-5)。以交互性突触为例,局部神经元回路仅在甲、乙两树突的某一部分形成;甲树突通过树突-树突型突触作用于乙树突,乙树突被作用后又通过附近的树突-树突型突触反过来作用于甲树突。这样甲乙两树突通过交互性突触构成了相互作用的局部神经元回路。这种回路不需要整个神经元参与活动,就能完成局部的整合作用。

树突多数不能产生动作电位,因为树突膜上电压门控式钠通道很少。因此,树突上的兴奋或抑制活动是以电紧张性形式扩布的,这种扩布是衰减性的。上述交互性突触中相邻两突触的相互作用就是以电紧张形式实现的。

32 神经元和神经纤维 | 神经递质 32
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