动物生理学 第九章神经生理

三、反射中枢活动的一般规律,（一）中 枢 兴 奋,中枢兴奋的传布特征,1单向传布,2反射时和中枢延搁,3总和(summation),4扩散与集中,5兴奋节律的改变,6后放,7易化作用和抑制作用,8对内环境变化的敏感性和易疲劳性,（二）中 枢 抑 制,1.突触后抑制,如果突触后膜发生超极化，即产生抑制性突触后电位，使突触后神经元兴奋性降低，不易去极化而呈现抑制。这种抑制就称为突触后抑制(postsynaptic inhibition)。,（1）传入侧支性抑制(collateral inhibition),是指一条感觉传入纤维的冲动进入脊髓后，一方面直接兴奋某一中枢神经元，另一方面通过其侧支兴奋另一抑制性中间神经元，然后通过抑制性中间神经元的活动转而抑制另一中枢神经元。其作用在于使不同中枢之间的活动协调起来。这种抑制曾被称为交互抑制(reciprocal inhibition)。,（2）回返性抑制(recurrent inhibition),是指某一中枢的神经元兴奋时，其传出冲动在沿轴突外传的同时，又经其轴突侧支兴奋另一抑制性中间神经元，后者兴奋沿其轴突返回来作用于原先发放冲动的神经元。,2.突触前抑制,当突触后膜受到突触前轴突末梢的影响，使后膜上的兴奋性突触后电位减小，导致突触后神经元不易或不能兴奋而呈现抑制，称为突触前抑制(presynaptic inhibition)。,结构基础-轴轴突触,突触前抑制的作用,当机体同时受到不同刺激时，通过它抑制掉那些次要的神经元的活动，以突出对机体最有意义的神经元的活动。,大脑皮质、脑干、小脑等发出的后行纤维通过脑干和脊髓，也可分出侧支对感觉传入冲动发生突触前抑制，这可能是高级中枢控制感觉信息的传入，产生清晰感觉和“注意力”集中 的原理之一。,第三节 神经系统的感觉机能,一、感 受 器,(一)感受器的分类,感受器,外感受器,内感受器,皮肤感受器,化学感受器(味觉、嗅觉),声感受器(听觉),光感受器(视觉),本体感受器(如肌梭、肌腱、关节、迷路),内脏感受器,温度感受器,机械感受器(压力、牵 拉、渗透压),痛觉感受器,温度感受器,机械感受器(压觉触觉),(二)感受器的一般生理特性,1适宜刺激,2感受器的阈值及其换能作用,3刺激强度与神经冲动的关系,4感受器的适应,5感受器的反馈调节,二、脊髓的感觉传导功能,(一)浅感觉传导路,(二)深感觉传导路,三、丘脑及其感觉投射系统,(一)丘脑核团的分类,1第一类(感觉接替核),2第二类（特定感觉传递）,3第三类(主要是髓板内核群),(二)感觉投射系统及其作用,1.特异性投射系统(specific projection system),从机体各种感受器发出的神经冲动，进入中枢神经系统后，由固定的感觉传导路，集中到达丘脑的一定神经核(嗅觉除外)，由此发出纤维投射到大脑皮质的各感觉区，产生特定感觉。这种传导系统叫做特异性投射系统。,2.非特异性投射系统(unspecific projection system),感觉传导向大脑皮质投射时，即特异性投射系统的第二级神经元的纤维通过脑干时，发出侧支与脑干网状结构的神经元发生突触联系，然后在网状结构内通过短轴突多次换元而投射到大脑皮质的广泛区域。,此系统的作用,激动大脑皮质的兴奋活动，使机体处于醒觉状态，所以非特异性投射系统又叫脑干网状结构上行激动系统(ascending activating system)。,调节皮质各感觉区的兴奋性，使各种特异性感觉的敏感度提高或降低。,四、大脑皮质的感觉分析功能,躯体感觉在大脑皮质的投影有以下规律,具有左右交叉的特点，但头面部的感觉投影是双侧性的。,前后倒置，即后肢投影在大脑皮质顶部，且转向大脑半球内侧面，而头部投影在底部。,投影区的大小决定于感觉的灵敏度、机能重要程度和动物特有的生活方式。,1躯体感觉区,五、痛 觉,(一)皮肤痛觉与传导路,一是快痛，也叫刺痛。它的特点是感觉鲜明、定位清楚、发生迅速、消失也迅速。,二是慢痛，也叫灼痛。其表现为痛觉形成缓慢、呈烧灼感，是一种弥漫性而定位较差、持续时间长、强烈而难以忍受的疼痛，这类疼痛常伴以心血管和呼吸反应，临床上遇到的疼痛大部分属于慢痛。,(二)内脏痛觉与牵涉痛,第四节 神经系统对躯体运动的调节,第四节 神经系统对躯体运动的调节,一、脊髓对躯体运动的调节,脊髓动物(spinal animal),(一)牵张反射,无论屈肌或伸肌，当其被牵张时，肌肉内的肌梭就受到刺激，感觉冲动传入脊髓后，引起被牵拉的肌肉发生反射性收缩，从而解除被牵拉状态，这叫做牵张反射(stretch reflex)。,1腱反射(tendon reflex) 是指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射。,2肌紧张 是指缓慢地持续牵拉肌腱时所发生的牵张反射。即被牵拉的肌肉发生缓慢而持久的收缩，以阻止被拉长。,(二)屈肌反射和对侧伸肌反射,以伤害性刺激施与一侧后肢的下部，如针刺激左(或右)侧后肢跖部皮肤时，就可引起该肢屈曲，这种现象叫做屈肌反射。,如果刺激很强，除本侧肢体发生屈曲外，同时引起对侧肢体伸直，以支持体重，这种对侧肢体伸直的反射叫做对侧伸肌反射(crossed extensor reflex)。,二、脑干对肌紧张的调节,(一)脑干网状结构对牵张反射的调节,1脑干网状结构后行系统的机能,2.去大脑僵直(decerebrate rigidity),如果将动物麻醉并暴露脑干，在中脑前、后丘之间切断，造成所谓去大脑动物，使脊髓仅与延髓、脑桥相联系，动物则出现全身肌紧张(特别是伸肌)明显加强。表现为四肢僵直，头向后仰，尾巴翘起，躯体呈角弓反张状态。这种现象叫做去大脑僵直。,3.两种去大脑僵直,僵直。,僵直。,(二)脑干对姿势反射的调节,中枢神经系统通过对骨骼肌的肌紧张或相应运动的调节，以维持动物在空间的姿势，这种反射活动总称为姿势反射(postural reflex)。,1.状态反射,当动物头部在空间的位置改变或头部与躯干的相对位置改变时，反射性地改变躯体肌肉的紧张性，从而形成各种形式的状态，叫做状态反射(attitudinal reflex)。,2.翻正反射,动物摔倒时，自行翻转起立，恢复正常站立姿势，叫做翻正反射(righting reflex)。,三、基底神经节对躯体运动的调节,基底神经节主要包括尾状核、壳核和苍白球。尾状核和壳核又合称为纹状体。,基底神经节的主要功能是直接(通过红核、网状结构等)或间接(通过回路影响大脑皮质)地调节运动，对肌紧张有抑制作用。,四、小脑对躯体运动的调节,(一)小脑的结构,三个主要部分。古小脑、旧小脑和新小脑。,1古小脑与身体平衡有关,(二)小脑的功能,2旧小脑与肌紧张调节有关,3新小脑对肌张力及随意运动的调节,五、大脑皮质对躯体运动的调节,(一)大脑皮质运动区,大脑皮质的某些区域与骨骼肌运动有着密切关系。如刺激哺乳动物大脑皮质十字沟周围的皮质部分，可引起躯体的广泛部位的肌肉收缩，这个部位叫做运动区。,运动区对骨骼肌运动的支配有如下特点,一侧皮质支配对侧躯体的骨骼肌，两侧呈交叉支配的关系，但对头面部肌肉的支配大部分是双侧性的。,具有精细的功能定位，即对一定部位皮质的刺激，引起一定肌肉的收缩。而这种功能定位的安排，总的呈倒置的支配关系。,支配不同部位肌肉的运动区，可占有大小不同的定位区，运动较精细而复杂的肌群(如头部)，占有较广泛的定位区，而运动较简单而粗糙的肌群(如躯干、四肢)只有较小的定位区。,左右交叉，前后倒置，定位精细，大小不同。,第五节 神经系统对内脏活动的调节,内脏运动与躯体运动调节的不同点,内脏反射弧的传出途径总是包括两个相连接的传出神经元，而且多数内脏效应器常同时接受双重神经支配 。,高级中枢对内脏活动的调节，常常不是“有意识”的 。,一、交感和副交感神经的特征,1交感神经起自脊髓胸腰段(从胸部第1至腰部第2或第3节段)侧角，副交感神经的起源比较分散，其中一部分起自脑干有关的副交感神经核，另一部分起自脊髓荐部，相当于侧角的部位。,2植物性神经的纤维离开中枢神经系统后，不直接到达所支配的器官，先终止于神经节并换神经元，再发出轴突到达器官。,交感神经节离效应器较远,其节前纤维短，节后纤维长。交感神经一条节前纤维往往和交感神经节内的几十个节后神经元发生突触联系，所以交感神经兴奋反应比较弥散。,副交感神经节都位于所支配器官的附近或内部。其节前纤维较长，节后纤维短，副交感神经一条节前纤维常与副交感神经节内12个节后神经元发生突触联系，所以副交感神经兴奋，影响的范围比较局限。,3当刺激交感神经节前纤维时，效应器发生反应的潜伏期长。刺激停止后，它的作用可持续几秒或几分钟，刺激副交感神经节前纤维引起效应器活动时，其潜伏期短。刺激停止后，作用持续时间也短。,二、交感和副交感神经的功能,1. 植物性神经的生理作用,2. 植物性神经作用的特点,双重神经支配，对同一器官的作用，往往具有相互颉颃的性质。,一般具有持久的紧张性作用。,植物性神经的外周性作用与效应器本身的机能状态有关。,交感神经系统的活动，一般较广泛往往不是波及个别神经纤维及其所支配的效应器，而常以整个系统来参与反应。,副交感神经系统的活动，就其整体来说，其主要机能在于休整、促进消化、保存能量以及增加排泄和生殖功能等方面。,三、内脏活动的中枢性调节,(一)脊髓,(二)脑干,(三)下丘脑,1体温调节,2水平衡调节,3摄食行为调节,4内分泌腺活动的调节,(四)大脑边缘系统,大脑半球内侧面皮质与脑干连接部和胼胝体旁的环周结构，叫做“边缘叶”。它与大脑半球外侧面皮质相比，这些结构属于进化上比较古老的皮质，故又叫旧皮质，边缘叶包括扣带回、胼胝体回、海马沟与海马回等。 由于边缘叶在结构上和大脑皮质的岛叶、颞极、眶回等，以及杏仁核、隔区、下丘脑、丘脑前核等密切相关。于是人们常把边缘叶连同这些结构统称为边缘系统(limbic system)。 大脑边缘系统是内脏活动的重要调节中枢，而且还与情绪(emotion)、记忆功能有关。,第七节 脑的高级神经活动,higher nervous activity,一、条 件 反 射,巴甫洛夫（Ivan P.Pavlov 18491936）是俄国一个乡村牧师的儿子，他在当地的神学院受教育，后来就读于彼得堡大学，专修动物生理学，1875年获得学位后，成为医学院里生理学的高级研究生，后来又出国去深造，与当时最杰出的生理学家们一块儿从事研究。回国以后，巴甫洛夫任职于彼得堡军事医学院，他将全部身心都投入到了关于消化的研究上，并在消化生理方面做出了杰出的贡献。,巴甫洛夫囊袋（Pavlovian Pouch）,巴甫洛夫关于条件作用研究的实验装置,KAROLINSKA INSTITUTET 瑞典皇家卡罗林外科医学研究院 （诺贝尔生理学或医学颁奖委员会）,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1904,Ivan Petrovvich Pavlov Russia Military Medical Academy 1849 - 1936,非条件反射(unconditioned reflex),反射活动,条件反射(conditioned reflex),(一)非条件反射和条件反射,非条件反射是动物在种族进化过程中，适应变化的内外环境通过遗传而获得的先天性反射，是动物生下来就有的。,特点,有固定的反射途径。,反射比较恒定，不易受外界环境影响而发生改变 。,只要有一定强度的相应刺激，就会出现规律性的特定反应 。,反射中枢大多数在皮质下部位。,1.非条件反射,2.条件反射,条件反射是动物在出生后的生活过程中，适应于个体所处的生活环境而逐渐建立起来的反射。,特点,没有固定的反射途径。,反射不恒定，易受外界环境影响而发生改变 。,条件反射可以建立，也可以消失 。,条件反射的建立，需要有大脑皮质的参与 。,条件反射和非条件反射的区别,形成条件反射的基本条件,第一，无关刺激与非条件刺激在时间上要反复多次结合。这个结合过程叫做强化。,第二，无关刺激必须出现在非条件刺激之前或同时。,第三，条件刺激的生理程度比非条件刺激要弱。,(二)条件反射的形成,(三)条件反射形成的原理,(四)条件反射的消退,已形成的条件反射，如果在给予条件刺激时，再不伴用非条件刺激强化，久而久之，原来的条件反射逐渐减弱，甚至不再出现，这称为条件反射的消退。,(五)条件反射的生理学意义,极大地扩大了机体的反射活动范围。,增加了动物活动的预见性和灵活性。,对环境变化更能进行精确的适应。,二、 动 力 定 型,在役畜调教中，若给予一系列的刺激，就可以建立一整套的条件反射。也就是利用各种不同的信号以固定不变的顺序、间隔和时间，有的与非条件刺激结合，有的不与之结合，经过长期耐心细致的调教，就能形成一整套的条件反射。这种由一系列条件刺激，使大脑皮质的活动定型化，叫做动力定型(dynamic stereotype)。,三、 神经活动的类型,家畜在形成条件反射的速度、强度、精细度和稳定性等方面，对疾病的抵抗力、对药物的敏感性和耐受性以及生产性能等方面，都存在着明显的个体差异。这些个体差异，一般是由于大脑皮质的调节和整合活动存在着个体差异所致，生理学把这种特点叫做神经活动的类型，一般简称神经型(nervous type)。,(一)家畜的基本神经型,1兴奋型 其特点是兴奋和抑制都很强，但比较起来，兴奋更占优势。,2活泼型 其特点是兴奋和抑制都强，且均衡发展，互相转化比较容易且迅速。,3安静型 其特点是兴奋和抑制都强，发展也比较平衡，但互相转化比较困难而缓慢。,4抑制型 其特点是兴奋和抑制都很弱。一般更容易表现抑制。,(二)神经型的形成,神经系统的遗传特性,个体后天的生存条件,(三)神经型的实践意义,附：学习与记忆 学习（learning）：是指人或动物获得新知识或新技能的神经过程。 记忆（memory）：是指将学到的知识或技能编码、巩固、储存以及随后读出的神经活动过程。 学习和记忆是脑的最基本功能之一，是大脑神经回路对环境变化的终生适应，其目的是获得生存技巧，利用以更好地适应环境和改造环境。,第六节 神经免疫调节,神经免疫调节是从分子水平、细胞水平、器官水平以及整体水平研究神经系统、内分泌系统和免疫系统在结构和功能上相互关系的一门新兴学科。,发展简史,古希腊医生Galen,祖国医学,忧郁的妇女较乐观的女性易罹患癌症,七情(喜、怒、哀、思、悲、恐、惊) 可致病,Metalnikov等1924年,经典式条件反射可改变免疫反应,(1) 众多的神经递质、神经肽及激素于在体和离体条件下可影响免疫细胞及免疫应答的各环节。,瑞士学者Besedovsky等,(2) 免疫细胞膜上及胞内有多种神经递质、神经肽或激素的受体的表达。,(3) 免疫细胞可合成某些神经肽或激素。,(4) 神经细胞及内分泌细胞均可合成及分泌免疫分子(如细胞因子等)，且细胞因子对内分泌影响亦极为广泛。,(5) 神经内分泌及免疫系统间存在双向往返的反馈联系。,(6) 许多临床疾病的发生和发展与神经免疫和内分泌系统间的交互作用密切相关。,神经免疫内分泌学,一、神经和内分泌系统对免疫功能的调节,神经系统可以通过两条途径来影响免疫功能，一条是通过神经释放递质来发挥作用，另一条是通过改变内分泌的活动间接影响免疫功能。,(一)免疫细胞上的神经递质及内分泌激素受体,神经递质和内分泌激素的受体。它们包括类固醇受体、儿茶酚胺受体、组胺受体、阿片受体、胰岛素受体、胰高血糖素受体、血管活性肠肽受体、促甲状腺激素释放因子受体、生长激素受体、催乳素受体、生长抑素受体、P物质受体、升压素受体、胆囊收缩素受体、降钙素受体等。,(二)神经内分泌激素的免疫调节作用,1.神经肽、激素和递质信息分子对免疫的调控,-：抑制免疫；：增强免疫,2.阿片肽在免疫功能调节中的作用,阿片肽对免疫功能的调节作用显得比较复杂，可以表现为增强免疫或抑制免疫。这种矛盾的结果可以是因为用离体或整体实验模型的不同，或者应用浓度不同，有的目前还难以解释。阿片肽的发现人之一J.Hughes认为，阿片肽的主要功能是机体在应激条件下，在更高的水平上作复杂的调节，以使机体保持稳态。,神经和内分泌系统对免疫功能的调节,1免疫抑制,2免疫增强,3免疫调节,糖皮质激素(GC),生长激素(GH),阿片肽(opioid peptide),(三)植物神经系统对免疫功能的调节,交感神经纤维通过胸腺细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、单核细胞表面分布的肾上腺素受体支配胸腺细胞的发育、T、B细胞的成熟、改变T细胞表面的表型表达，调节造血细胞进入循环。,(四)应激对免疫功能的调节,下丘脑是应激时神经内分泌反应的整合中枢，各种躯体应激(如创伤)、心理性应激(如忧郁、焦虑)对免疫的调节主要通过下丘脑垂体肾上腺轴(hypothalamus pituitary adrenal axis，HPA)或交感肾上腺髓质释放的激素调控免疫系统，应激时免疫功能可以表现为免疫抑制或免疫增强。,1免疫抑制,应激所致免疫功能下降的原因有：,应激使下丘脑分泌CRH，刺激淋巴细胞产生ACTH，以及激活HPA轴分泌ACTH、糖皮质激素抑制免疫功能。,垂体分泌-内啡肽增加，-内啡肽与ACTH来自同一前体POMC。前阿黑皮素（proopiomelanocortin,POMC) 。,交感肾上腺髓质功能的激活，儿茶酚胺释放增加，使吞噬细胞的趋化和吞噬功能抑制，外周血淋巴细胞的增殖能力下降，抗体生成减少。,手术后机体免疫功能抑制的主要原因是细胞因子IL-2合成下降，IL-2的生成与手术损伤的严重性呈负相关。,免疫抑制因子的产生。损伤性应激(如严重创伤、大手术、休克)动物血中可以出现一类肽类或蛋白质性质的免疫抑制因子，在体外可以明显抑制正常淋巴细胞的转化。,2免疫增强,应激所致免疫功能增强的原因有：,催乳素(PRL)在应激时释放增加，通过外周血淋巴细胞和单核细胞表面的催乳素受体增强免疫功能，主要是增强体液免疫。,生长激素释放增加。实验证明生长激素可使切除垂体动物的NK细胞活性降低得到一定程度的恢复，逆转因应激或使用外源性糖皮质激素后动物体液免疫和细胞免疫功能的抑制。,(五)条件性免疫反应,条件性免疫反应(conditioned immune response)是指某些不引起免疫功能变化的中性刺激(或称条件刺激)与一些能够引起机体免疫反应的刺激(又称非条件刺激)相结合，经过反复强化后，单独给予中性刺激仍然出现近似于或大于单独非条件刺激的免疫效应，或者将中性刺激与减量的非条件刺激结合后也能得到等于或优于非条件刺激全量的免疫效应。,条件性免疫反应分为两类：条件性免疫增强反应和条件性免疫抑制反应。,二、免疫系统对神经内分泌系统的调节作用,(一)免疫细胞产生的神经肽和激素,免疫系统产生的神经肽和激素,(二)细胞因子对神经内分泌系统的调节,1神经内分泌系统产生的细胞因子及其受体,应用免疫组化方法发现视前区、下丘脑、脑室周围区以及视交叉后区、大脑皮质、视前区、海马、下丘脑、弓状核都有IL-1免疫阳性反应的胞体存在。,细胞因子(cytokine),用分子杂交和逆转录PCR(RT-PCR)技术证实，星形胶质细胞经脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导后，都有白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-(TNF-)、干扰素-(IFN-)和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的mRNA表达。,补体系统,运用分子杂交技术和PCR定量法发现，星形胶质细胞还可产生补体系统，产生的补体系统分子有1q、Clr、C1s、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、B因子(BF)及D因子(DF)等。,运用放射自显影研究证实在海马束状回、脉络膜丛、脑膜和垂体前叶均有高密度的IL-1受体(IL-1R)。神经元和内分泌细胞上也有IL-2、IL-3 、IL-6受体。,受体（receptor）,2细胞因子对神经内分泌系统功能的调节,促进神经元和神经胶质细胞的生长和存活，如IL-1、IL-3、IL-6、TNF、IFN-、IFN-等。 致发热作用。如IL-1、IL-6和TNF都是内源性致热原。 影响睡眠，如IL-1、IL-2、IFN-。IL-1能延长慢波睡眠时间。 影响摄食，如IL-1在急性感染或炎症时，由于IL-1含量的增加可以出现发热、嗜睡和厌食。,2细胞因子对神经内分泌系统功能的调节,对运动或行为的影响。IL-2微量注射到大鼠的不同脑区能够引起行动迟钝。,镇痛效应，如IL-2、IFN-提高痛阈的作用可被纳洛酮阻断。,影响神经元的电活动。在动物，外源性给予IL-2、 IL-1、IFN-、IFN-、TNF-可以抑制海马突触的长时程增强(LTP)。,影响中枢递质的释放。如IL-2可抑制海马内乙酰胆碱释放。,三、神经内分泌与免疫系统之间相互作用的途径,J.E.Blolack等将其称为“共用的生化语言”。,免疫系统不仅是机体的一个防卫系统，它同时还是机体的另一重要的感受和调节系统。,免疫细胞可随血液循环在全身各处移动，因此有人提出免疫系统可以起“游动脑”(mobile brain)的作用。,“双脑”学说,1.试述神经纤维传导的特征。 2.试述化学性突触的传递过程。 3.简述神经递质应具备的条件。 4.简述中枢兴奋的传布特征。 5.试述中枢抑制及其产生的机理。,思考题,1.试述感觉投射系统及其作用 。 2.何谓去大脑僵直？其发生机制如何？ 3.大脑皮质运动区对骨骼肌运动的支配有哪些特点 。,思考题,1.试述交感和副交感神经的特征及其作用特点 。 2.何谓去大脑僵直？其发生机制如何？ 3.大脑皮质运动区对骨骼肌运动的支配有哪些特点 。,思考题,1.试述条件反射的生理学意义 。 2.何谓非条件反射和条件反射？两者有何区别？ 3.何谓神经免疫调节？它对指导动物生产实践有哪些作用 。,思考题,