神经生物学十五、十六

nullnull 第十五章 自主神经系统 (autonomic nerve system) 自主神经系统是中枢神经系统不可分割的组成部分, 它对机体的各 种生命活动的维持和调控具有极其重要的作用。1889年Langley等 用烟碱研究神经纤维与周围神经节细胞关系时发现，从胸腰部和腰 骶部发出的神经纤维在分布和功能上都与躯体神经不同，由此提出 自主神经系统的概念。自主神经系统并非完全独立自主，它的活动 受高级中枢神经系统的控制，通常也称为植物神经系统(vegetative nerve system)。虽然它包括传入和传出神经纤维，但以前习惯仅指 支配内脏器官的传出纤维，并将其分成交感神 经和副交感神经两部分。因为在功能上自主神 经支配那些不受意识控制的组织和器官，如心 脏、腺体和平滑肌等，因此也常被称作内脏神 经系统(visceral nerve system)。自主神经系统 包括调节内脏活动的中枢部分和外周部分。交 感神经的中枢起源于整个胸段脊髓(T1-T12)及1- 3节腰段脊髓(L1-L3)灰质侧角;副交感神经中枢 起源于部分脑神经及2-4节骶段脊髓灰质侧部。nullnull 第一节 自主神经系统的结构和功能特性 自主神经系统与躯体神经系统的感觉神经在形态结构和功能上没有 很大区别，但它们的运动神经在结构和功能上存在很大差异。此外 自主神经系统中交感神经和副交感神经在分布和功能上有各自特征. 一. 自主神经与躯体神经的主要区别 ⑴躯体神经从中枢神经元发出的纤维都是直接到达所支配的效应器 官; 自主神经的传出纤维必须经过一个周围神经节交换神经元后， 再支配其效应器官。由中枢发出到神经节的纤维称为节前纤维，由 神经节发出的纤维则称为节后纤维(下图)。 ⑵躯体神经以神经干的形式存在; 自主神经系统则常常先攀附在脏 器和血管面形成神经丛, 再由神经丛分出分支到达效应器官. ⑶躯体部分为单神经支配；内脏器官除肾上腺髓质、汗腺和骨骼肌 外, 大部分都接受交感和副交感神经双重支 配，而它们对内脏器官的效应是相互拮抗的。 ⑷躯体神经终末释放单一的神经递质(Ach); 而自主神经系统神经终末释放的神经递质是 多种多样的, 包括Ach, 去甲肾上腺素, 肽类等。nullnull二. 交感神经和副交感神经的结构及机能特征 ⑴ 交感神经节(sympathetic ganglion)大都位于椎旁神经节组成的神 经干内,节前纤维在那里换元后发出节后纤维到达效应器官, 其节前 纤维短, 节后纤维长, 兴奋时发生的反应比较弥散; 副交感神经节 (parasympathetic ganglion)则多位于效应器官的壁内或附近, 其节 前纤维长, 节后纤维短, 兴奋时发生的反应比较局限(下图)。 ⑵ 交感神经分布很广,几乎所有脏器都有交感神经支配；副交感神 经分布稍差，在肾上腺髓质、汗腺、脾脏、竖毛肌和大部分内脏的 血管没有副交感神经支配。 ⑶ 自主神经对效应器官的支配有持久的紧张性作 用。如切断支配心脏的迷走神经(副交感神经)引 起心率加快, 说明它原本有紧张性冲动传出, 对心 跳频率有持久的抑制作用; 切断心交感神经则心 率减慢, 说明它也有紧张性冲动传出。 ⑷ 交感神经系统的活动比较广泛，当它作为一个 完整的体系进行活动时，其主要作用在于促进机 体适应环境的急剧变化。即动员机体许多器官的nullnull潜在力量适应环境的急变。非迫切需要的活动被抑制。副交感神经 的活动比较局限，而且在机体安静状态时增强，在于保护机体。 三. 内脏的感觉传入 最早提出自主神经系统概念的Langley曾坚持认为自主神经系统中 没有向中枢输入的纤维，以后用电生理学等方法有力地证明在自主 神经系统中存在传入纤维。内脏感觉传入神经虽然在形态和结构上 与躯体感觉神经大致相同，但仍然具有自身的有些特点： ⑴内脏感觉纤维数目较少，仅占传入纤维总数的10%，其中细纤维 占多数。其痛阈较高。对于一般强度，能引起皮肤的刺激并不引起 主观感觉(手术时翻动内脏并不引起病人疼痛)。但当内脏在比较强 烈的活动时可引起感觉, 如空腹收缩引起饥饿。 ⑵内脏感觉的传入纤维行走于交感与副交感神经纤维内，但它的传 入途径较为分散，即一个脏器的传入纤维可经过几个节段的脊神经 进入中枢。由于一个脊神经中常包含几个脏器的感觉纤维，因此内 脏疼痛往往是弥散的，而且定位也不准确。如当心肌缺血发生心绞 痛时，常伴有心前区、左肩和左上臂的牵扯痛。 null 第二节 自主神经系统的递质和受体 英国生理学家Loewi通过蛙心灌流实验发现，当电刺激支配蛙心的 迷走神经引起心率减慢，用此蛙心的灌注液灌注另一蛙心标本，可 使后一蛙心率也随之减慢。当时将此引起心脏抑制的物质称为迷走 素。后来有人实验发现交感神经终末兴奋时也释放化学物质，称为 交感素。不久证明迷走素是乙酰胆碱，交感素是去甲肾上腺素。 一. 自主神经系统的递质 1. 乙酰胆碱(Ach) 交感和副交感神经节的节前纤维、副交感神经节的节后纤维终末都 释放ACh作为递质。极少部分的交感神经节的节后纤维也释放ACh. 2. 去甲肾上腺素(NE) 除支配汗腺的交感神经和支配骨骼肌的交感舒血管纤维外, 极大部 分的交感神经节后纤维均以去甲肾上腺素作为递质。 3. 嘌呤类和肽类递质 这一类递质主要存在于胃肠道内, 其细胞核位于消化 道壁内神经丛, 接受副交感神经节前纤维支配。研究 发现心脏中存在多肽类神经纤维(左图)。nullnull二. 自主神经系统递质的受体 递质的受体是指突触后膜或效应器膜上能与递质特异结合的某些大 分子蛋白质。递质必须与受体结合才能发挥作用。有的递质对其所 支配的效应器既具有兴奋性效应，同时也有抑制性作用，其原因在 于效应器细胞膜的受体有不同的亚型。 1. 胆碱能受体 有两大类: 一类能同毒蕈碱(muscarine)结合而产生与乙酰胆碱结合 类似效应的受体, 称为M型受体; 另一类能与烟碱(nicotine)结合的 称为N型受体。M型受体广泛分布于副交感神经节后纤维支配的效 应器膜上，结合递质后产生一系列副交感神经兴奋效应，如心脏活 动的抑制，消化腺分泌增加，肠胃平滑肌收缩等。根据受体阻断剂 的不同又分为M1，M2和M3三种亚型，它们分别分布于神经组织， 心脏和外分泌腺。阿托品是M型受体的通用阻断剂。 N型ACh受体分布于交感和副交感神经节神经元的突触后膜和骨骼 肌神经肌接头的终板膜上，分别为N1和N2亚型。N1可被六烃季铵 阻断，N2阻断剂是十烃季铵。筒箭毒是N型受体的通用阻断剂。null 2. 肾上腺素受体 能与儿茶酚胺(包括去甲肾上腺素和肾上腺素)结合的受体有两类:α 型肾上腺素受体(α受体)和β型肾上腺素能受体(β受体),β受体又分为β1和β2 两种亚型。 α受体和β受体的分布情况不同，有的组织只有α受体或β受体，有的组织器官既有α受体又有β受体(下表)。儿茶酚氨与α受体或β受体结合后产生的效应是不同的。一般来说，与α受体结合后引起的效应以兴奋为主，但对平滑肌的作用是抑制的；与β受体结合后的效应主要是抑制，但对心脏的作用却是兴奋的。 第三节 自主神经对主要内脏系统活动的调节 人机体内一些器官和组织共同组成与某类活动有关的系统，完整而 协调的系统实际上是各器官间相互 关系的综合。一个系统的各器官之 间及其与其他系统之间的协调，主 要是由交感和副交感神经系统进行 调节。自主神经系统对内脏活动调 节的基本形式是反射，包括内脏-内 脏、内脏-躯体和躯体-内脏反射。null一. 自主神经系统对心血管活动的调控 1. 心脏和血管的神经支配 1) 心脏的神经支配 心脏受交感神经系统的心交感神经和副交感神经系统的迷走神经的 双重支配。前者对心脏具有兴奋作用，后者则有抑制作用。两种神 经都经常发出冲动到心脏。控制心脏的搏动频率和收缩强度。心交 感神经节前纤维从脊髓 1-5 胸段发出，在胸腔星状神经节或颈交感 神经节内交换神经元。其节后纤维形成心脏神经丛，其分支支配心 脏各部位，它释放去甲肾上腺素与心肌细胞膜上β受体结合，使心 率加快、房室交界传导加速、心房肌和心室肌收缩加强。心交感神 经的这些效应分别称为正性变时、正性变传导和正性变力作用。 支配心脏的副交感神经节前纤维从延髓的迷走神经背核或疑核发出, 行于心迷走神经干中。在胸腔内心迷走神经纤维与心交感神经一起 组成心脏神经丛，其分支进入心脏后在心内神经节交换神经元。节 后纤维支配窦房结、房室束及其分支和心房肌。其终末释放乙酰胆 碱, 与心肌细胞膜上M受体结合，导致心率减慢、房室传导速度减 慢, 心房肌收缩力减弱, 具负性变时、负性变传导和负性变力作用.null 2) 血管的神经支配 除了毛细血管外, 血管壁都有平滑肌分布, 大多数平滑肌活动都受自 主神经调节。它们分为缩血管神经纤维和舒血管神经纤维。体内几 乎所有血管都受交感缩血管纤维支配，只是不同部位血管中它们分 布的密度不同。其终末释放去甲肾上腺素，它支配的血管平滑肌上 存在α和β受体。去甲肾上腺素与α受体结合引起血管平滑肌收缩, 与β受体结合则导致血管平滑肌舒张.由于去甲肾上腺素与α受体结合比与β受体结合能力强，故缩血管纤维兴奋时引起缩血管效应. 舒血管纤维主要包括交感和副交感舒血管神经纤维。交感舒血管纤 维存在于支配骨骼肌微动脉的交感神经纤维内，其终末释放乙酰胆 碱。这些纤维平时没有紧张活动，只有当情绪激动和发生防御反应 时发放冲动，使骨骼肌血管舒张而血流量增加。少数器官如脑膜、 唾液腺和外生殖器等血管平滑肌既受交感舒血管神经纤维支配，又 受副交感神经纤维支配。副交感舒血管神经纤维终末释放乙酰胆碱. 与血管平滑肌上的M型胆碱能受体结合，使血管舒张。副交感舒血 管神经的活动只对器官的局部血流起调节作用，对循环系统的总外 周阻力影响很小。null2. 心血管中枢 心理学中把与控制某一活动有关的神经元集中的部位称为中枢。而 控制心血管的神经元并不集中在中枢神经系统的某一部位，它广泛 分布于从脊髓到大脑皮层的各个水平上。它们的功能不同，但又相 互联系和配合，协调心血管系统的活动。 1) 延髓是心血管活动的基本中枢 早期横断脑干的实验发现，只要保留动物的延髓及延髓以下中枢部 分的完整，心血管系统就可以维持其正常的紧张性活动，并能实现 一定的心血管反射活动。进一步实验证实此中枢至少包括 4 个部位 的神经元，位于延髓头部腹外侧的缩血管区，其神经元的兴奋引起 交感缩血管神经和心交感神经的紧张性活动；位于延髓尾部腹外侧 部的舒血管区，其神经元兴奋抑制缩血管区神经元的活动，使心血 管紧张性活动减弱；心迷走神经元细胞体集中的迷走神经背核和疑 核称为心抑制区，通过心迷走神经节后纤维抑制心脏的活动；位于 延髓的孤束核作为传入神经接替站，接受来自心脏血管的各类感受 器的传入活动，再将信息传给其他各中枢部分的神经元，继而影响 心血管的活动。null2) 延髓以上的心血管活动整合中枢 延髓以上的脑干、大脑和小脑都存在与心血管活动有关的神经元， 它们对心血管活动的调节比延髓基本中心更高级，主要完成心血管 活动与机体其他功能之间的复杂整合。如下丘脑在体温调节、摄食 及发怒和恐惧等情绪反应的整合中伴有心血管活动的变化。在遇到 危急信号时出现的“防御反应”就是下丘脑整合中枢起重要协调作用. 大脑一些部位能影响下丘脑和脑干心血管神经元的活动。小脑某些 部位受刺激哭引起心血管活动反应，主要与姿势和体位变化相关。 3. 主要的血管反射 1) 颈动脉窦和主动脉弓压力反射 这是重要的内脏-内脏反射，起调节血压的作用。其 感受器存在于颈动脉窦和主动脉弓血管外膜下的感 觉神经终末。血压升高而动脉管壁被牵拉时，压力 感受器的传入冲动增加。感受器传入冲动沿窦神经 和迷走神经到达延髓孤束核后通过对延髓心血管中 枢的影响，使心迷走神经紧张性活动加强，心交感 神经和交感缩血管神经的紧张性活动减弱(右图) 。null反射的效应为心率减慢，心输出量减少，外周血管舒张及动脉血压 下降。反之, 当动脉血压降低时, 压力感受器传入冲动减少, 迷走神 经紧张性减弱而交感神经的紧张性加强, 动脉血压回升。压力感受 器反射在心输出量、外周血管阻力、血量等发生突然变化时，对动 脉血压进行快速调节时起着重要作用。 2) 心肺感受器引起的心血管反射 在心房、心室和肺循环的大血管壁上存在许多与心血管活动有关的 感受器，总称心肺感受器。其中一类机械或压力感受器，当心房、 心室或肺大血管壁内压力升高或血容量增多时受到牵拉而发生兴奋; 另一类为化学感受器，可被前列腺素、环激肽和某些药物如藜芦碱 等刺激而产生兴奋。心肺感受器的传入纤维行走于迷走神经内，到 达延髓的心血管中枢后使交感紧张性降低，心迷走紧张性加强，心 率减慢，雪输出量减少，外周血管阻力降低，导致血压下降。动物 实验发现，心肺感受器兴奋时肾交感神经活动的抑制最明显，可使 肾血流增加，肾排水和排钠量增多。说明心肺感受器引起的心血管 反射在血量以及体液的量和成分方面的调节具有重要的生理意义。null二. 自主神经系统对胃肠功能的调节 1. 胃肠系统的神经支配及其作用 神经系统对胃肠功能的调节是通过自主神经和胃肠内在神经两个系 统的相互协调而实现的。食管到肛门消化道管壁的结构擦内到外包 括: 粘膜层、粘膜肌层、粘膜下层、环形肌层、纵形肌层和浆膜层. 胃肠的内在神经是位于粘膜下层的粘膜下神经丛(Meissner plexus) 和位于环形肌和纵形肌之间的肌间神经丛(Auerbach plexus)组成。 其内有神经元和神经纤维，神经元约108个，包括感觉神经元、运 动神经元和中间神经元。神经丛内的神经纤维把胃肠管壁上的各种 感受器和效应器细胞与神经元相连接，起传递感觉信息、调节运动 神经元活动的作用(图示)。支配胃肠的交感神经和副交感神经称为 外来神经。交感神经从脊髓腰段侧角发出经腹腔神经节、肠系膜神 经节或腹下神经节换元后节后纤维分布到胃肠壁的肌束、血管平滑 肌和内在神经丛的神经元，其释放的 去甲肾上腺素可抑制内在神经 丛中神经元的兴奋性，从而抑制下行 传导的活动。副交感神经通过迷走神nullnull经和盆神经支配胃肠，它以节前纤维的形式终止于内在神经丛的神 经元上。丛内多数副交感神经纤维为兴奋性胆碱能纤维，少数为非 胆碱能非肾上腺素能的抑制性纤维。其终末释放的是肽类物质如血 管活性肠肽(VIP)、P物质、脑啡肽和生长抑制素等，故称肽能纤维. 2. 自主神经系统对消化器官活动的调节 消化道壁的内在神经丛含有丰富的感觉神经元，它们能感受肠腔内 机械性和化学性刺激，以局部反射的方式调节消化器官的运动和分 泌。自主神经可间接通过改变内在神经丛中神经元的兴奋性来调节 消化器官的活动；也可作用于消化道平滑肌和腺体，直接调节它们 的运动和分泌，其中迷走神经的作用占比较重要的地位。 1) 自主神经对胃的运动和分泌的影响 当胃开始充盈时, 迷走神经活动引起胃扩张, 这种由于吞咽反射引起 的胃舒张也称为容受性舒张(receptive relaxation), 它直接减少胃内 压以容纳更多食物入胃。与容受性舒张有关的是迷走神经中的VIP 肽类神经纤维。在其他时相迷走神经活动使胃运动增加；当迷走神 经被切除后胃的排空明显减慢。迷走神经对胃酸分泌的调节也具有 多种控制作用。迷走神经还刺激胃粘膜释放促生长素抑制素。null2) 自主神经的小肠运动调节 食物在肠内运动的主要形式是蠕动, 引起蠕动是肠壁平滑肌的交替 舒张活动。副交感神经节肽能神经元的节后纤维抑制肠的蠕动，交 感神经节后纤维只是调节副交感神经元的传递。副交感神经元中的 胆碱能神经元释放乙酰胆碱，可兴奋肠壁纵形肌兴奋，其产生的动 作电位可扩散到环形肌。环形肌还受到肠腔内食物的机械和化学刺 激形成内在神经元兴奋的影响和副交感神经节肽能神经元的周期性 抑制。由于这种兴奋-抑制-兴奋-抑制的交替影响，形成收缩-舒张- 收缩-舒张活动，从而产生蠕动。但这只是一种模式而已(下图)。 3) 自主神经对胆囊和胰腺分泌活动的调控 切除迷走神经引起胆囊扩张, 流出胆汁明显减少, 胆囊到十二指肠的阻力明显降低。这可被胆碱能 受体阿托品模拟。提示正常情况下支配胆囊的迷 走神经胆碱能纤维具有一定紧张性活动，使胆囊 和胆管处于收缩状态。近来实验也证明，迷走神 经可抑制胆囊的收缩，促进胆汁大量排放。 胰腺包括分泌胰消化酶、碳酸盐的外分泌腺和分nullnull泌胰岛素、胰高血糖素的内分泌腺。这两部分均受自主神经的调节. 电刺激迷走神经导致胰液分泌，迷走神经对外分泌活动又具有抑制 作用。动物实验证明，迷走神经兴奋可刺激胰岛素和胰高血糖素的 释放；同时又可通过刺激胰岛释放生长抑制素间接抑制它们的释放. 三. 自主神经系统对呼吸运动的调节 呼吸运动是一种特殊的自主运动。它主要是通过支配呼吸肌的躯体 运动神经系统实现的。但自主神经系统迷走神经对呼吸节律形成和 维持都具有重要作用。 1. 呼吸节律的产生 完整动物的呼吸节律产生于脑干。延髓存在呼吸节律的基本中枢， 其中的呼吸神经元主要集中在背侧和腹侧的两组神经核团内，它们 的轴突下行支配与呼吸有关的骨骼肌。关于呼吸节律产生的机制有 各种假说。最流行的是局部神经元回路反馈控制假说。认为在延髓 内存在一个中枢性吸气运动发生器，可引发吸气神经元呈现斜坡型 渐进性放电，产生吸气；另外还存在一个吸气切断机制，使吸气切 断而转为呼气。二者既有相互间的作用, 又各自受到脑桥内侧核和 迷走神经活动的调节。null2. 呼吸节律的反射性调节 呼吸节律虽然产生于脑干，但其活动又受到来自呼吸器官本身、骨 骼肌和其他系统的感受器传入的反射性调节。主要有： 1) 肺牵张反射 肺牵张反射包括肺扩张反射和肺缩小反射两部分。前者指肺充气或 被动扩张引起吸气抑制的反射。其感受器存在于呼吸道平滑肌中。 当肺扩张感受器兴奋时，冲动经迷走神经传入延髓，使吸气切断机 制激活，使吸气转为呼气和使呼吸频率加快。肺缩小反射是由于肺 缩小引起吸气运动的反射。其感受器也在呼吸道平滑肌中。它对平 静呼吸调节无多大意义，对阻止过度呼吸和防止肺不张具有意义。 2) 防御性呼吸反射 整个呼吸道内存在与这一反射相关的感受器, 它们是迷走传入神经 的终末。当呼吸道内有异物、炎症或分泌物时，感受器受到刺激而 引起防御性呼吸反射，以清除异物和防止它们进入肺泡。如咳嗽反 射，其感受器在呼吸道粘膜。感受器的冲动经迷走神经传入至延髓, 触发一系列协调动作，引起咳嗽。喷嚏反射是与咳嗽反射类似的防 御性反射，只是它的刺激来自鼻粘膜感受器，传入经过三叉神经。null四. 自主神经系统对瞳孔活动的调节 瞳孔由虹膜所围成, 虹膜内有环状和辐射状两种平滑肌。环状肌也 称瞳孔括约肌,受动眼神经中的副交感神经纤维支配,收缩时瞳孔缩 小;辐射状肌也称瞳孔散大肌，受交感神经支配收缩时瞳孔开大。 两组平滑肌处于对立统一状态，维持它们于一定紧张性，瞳孔保持 一定口径。 1. 瞳孔对光反射 瞳孔大小会随光照强度而发生变化, 称为瞳孔对光反射，属于内脏- 内脏反射。其感受器为视网膜中感光细胞。当强光引起 感光细胞兴奋后，冲动沿视神经传入，经外侧膝状体到 中脑的四叠体顶盖前核换元后，其节后纤维将冲动传到 动眼神经的缩瞳核，再换元到达瞳孔括约肌，使瞳孔缩 小。瞳孔对光反射具有双侧性效应，当一侧眼睛受强光 刺激时，可同时引起两侧瞳孔缩小，也称为互感性光反 射(consensual light reflex)。这是因为视神经传入到对侧 也传入到同侧；而顶盖前核发出的纤维也在后联合处交 叉到对侧(图示)。这可帮助对神经系统病变定位诊断。null2. 瞳孔皮肤反射 任何性质的疼痛刺激都可引起瞳孔扩大。临床上把抓或夹捏下颌、 面部皮肤引起的瞳孔扩大反应称为瞳孔皮肤反射，属于躯体-皮肤 反射。当皮肤感受器受到刺激，兴奋三叉神经的感觉纤维传入到脑 干网状结构，通过网状脊髓束下行终止于脊髓胸段(T12)的灰质侧 角。由侧角的交感神经元发出节前纤维再到达上颈交感神经节内换 元，再发出节后纤维使虹膜辐射状肌收缩，瞳孔扩大。人类当颈部 脊髓损伤后，从脑部向下传递的冲动不能到达脊髓，颈以上的面部 再给予疼痛刺激也不会引起瞳孔扩大；而在胸部给予同样的疼痛刺 激时，瞳孔依然会扩大。可见此发射通路只有通过脊髓引起交感神 经兴奋以后才会出现，也说明皮肤瞳孔反射必须有完整的交感神经 参与才行。null 第四节 高级中枢对自主神经系统活动的影响 一. 脊髓和低位脑干对内脏活动的调节 交感神经和部分副交感神经起源于脊髓的外侧柱或相当的部位，因 此脊髓可成为内脏反射的初级中枢。在脊髓颈第5节段以下断离的 动物和临床脊髓高位断离的病人脊髓休克后可见血管张力反射、发 汗反射、排尿和排便反射等恢复，说明这些基本反射可在脊髓中枢 内完成。然而这种反射的调节是很初级的，不能很好适应生理功能 的需要。 二. 下丘脑对自主神经活动的调节 下丘脑是第三脑室壁底的结构。其前端以视交叉前缘平面为界, 向 后延伸到乳头体后方, 背侧有下丘脑沟将它与丘脑分开, 腹侧通过漏 斗柄与垂体相连。它体积较小, 重约4g，仅占人脑1/300，但它的功 能非常复杂和重要，是皮层下自主神经活动较高级的调节中枢。 1. 下丘脑的结构 下丘脑由较多的神经核团组成，一般将其分为视前区、视上区、漏 斗区和乳头体区四部分，每个区都由几个核团组成。 下丘脑接受来自大脑皮层、边缘系统和丘脑的纤维，也接受来自中null脑网状结构、室周灰质、苍白球、视网膜及脊髓和脑干的纤维。下 丘脑则通过乳头丘脑束、下丘脑被盖束和室周围传出纤维到达丘脑, 中脑红核及脑干的泌延核、迷走神经运动核、三叉神经运动核和舌 下神经核等。此外视上区视上核、室旁核及促垂体区核团中的肽能 神经元可调节垂体的分泌活动(下图)。 2. 下丘脑的功能 下丘脑原有整合躯体活动的功能, 但随动物进化此项功能逐渐减少, 主要成为自主神经系统功能的高级整合中心。通过刺激、切割和灼 伤下丘脑的方法及临床资料了解下丘脑的功能。 1) 对摄食行为的调节 电极刺激下丘脑外侧区引起动物多食, 破坏此区导致拒食; 而刺激 下丘脑腹内侧区导致动物拒食, 破坏此区动物食 欲剧烈增加并逐渐肥胖。认为下丘脑内侧区存在 摄食中枢(feeding center), 而腹内侧核存在饱中 枢(satiety center)。它们是调节摄食活动的主要 神经结构，在功能上它们是相互拮抗的，其神 经元具有相互制约的关系。通常摄食中枢占优。nullnull2）对体温的调节 哺乳动物在下丘脑以下部位横断脑干后，不再能保持体温的相对恒 定；而在以上水平切除大脑皮层仍能保持相对体温稳定，提示在间 脑水平存在与调节体温有关的中枢。现已肯定在下丘脑。刺激视前 区和视上区引起剧烈喘气，皮肤血管舒张等散热活动，故称此区为 “散热中枢”。而刺激下丘脑后区产生颤抖、血管收缩、心率加快、 基础代谢率升高等产热效应，称此区为“产热中枢”。进一步研究发 现，视前区有30%神经元对温度上升敏感的热敏神经元，其余为对 温度下降敏感的冷敏神经元，它们统称中枢性温度感受器(thermo- receptor)。因此认为视前区是中枢温度感受器存在的部位。下丘脑 后部将中枢温度感受器和皮肤等周围感受器传来的冲动整合后，根 据机体体温情况发出控制产热或散热的信号。 3）对水平衡的调节 人体通过渴感引起摄水，主要依靠肾脏排水。损坏下丘脑引起烦渴 和多尿，说明下丘脑具有调节水摄入和排出的功能。破坏下丘脑外 侧区，动物除拒食外饮水也明显减少；刺激该区则引起动物大量饮 水。下丘脑控制肾脏排水的功能是通过其分泌的抗利尿激素实现的.null4) 对生物节律的控制 机体内各种活动按照一定的时间顺序发生变化, 这种变化的节律称 为生物节律(biorhythm)。如体温、血细胞数、饮水和排尿等每天都 有一个波动期。人体内各种不同的细胞都有各自的日周期规律，但 人体的组织和器官表现为统一的日周期，说明存在一个总的生物节 律控制中心。研究证明下丘脑的视交叉上核就是这样的中心。其代 谢强度和放电活动表现出明显的日周期节律，这在胚胎期就已建立. 破坏视交叉上核使饮水、排尿等日周期节律活动消失。它还通过视 网膜-视交叉上核束与视觉器官联系，使外环境昼夜光照变化与体内的日周期生物节律同步起来。 5) 在情绪反应中的作用 下丘脑参与发动和整合伴随着情绪反应而出现的自主性活动和躯体 性运动。电刺激清醒猫的下丘脑，引起猫张牙舞爪、吼叫咆哮等发 怒反应，同时心率加速、胃肠运动抑制、呼吸加深加快等交感神经 系统功能亢进的现象，称为假怒。这在去大脑动物中更易出现。说 明这受到大脑皮层的抑制。下丘脑存在防御反应区(defense zone), 位于下丘脑近中线两旁的腹内侧区。电刺激该区，出现防御性行为.null三. 边缘系统 大脑半球内侧面与脑干联结部位和胼胝体旁的环周部分曾被称为边 缘叶。其最内侧的环状结构包括海马、穹隆等称为古皮层；其外圈 的环状结构包括扣带回、海马回等称为旧皮层。边缘叶曾被认为只 与嗅觉有关，而称为嗅脑。现在认为它还是调节内脏活动的重要高 级中枢。边缘叶在结构和功能上与大脑皮层的岛叶、颞极、眶回等 以及皮层下的杏仁核、隔区、丘脑前核等密切相关(下图)，将边缘 叶和这些结构统称边缘系统。刺激边缘系统不同部位引起的内脏活 动反应表现很复杂，血压可以升高或降低，呼吸可以加快或减慢， 胃肠活动可以加强或减弱，瞳孔可以放大或缩小等。这些结果说明, 边缘系统对于自主神经活动的调节功能与脊髓初级中枢的功能不一 样。刺激初级中枢引起的反应比较肯定和一致，刺激边缘系统产生 的结果变化比较大。可以设想，初级中枢的 作用比较局限，活动的反应也比较简单；边 缘系统作为初级中枢的调节者，通过促进或 抑制各初级中枢的活动达到调节复杂的生理 活动的功能，因此其反应更复杂多变。null四. 下丘脑和脑干的孤束核在自主神经系统调节中的整合作用 除了下丘脑和边缘系统以外，脑内许多区域和神经核团都涉及到自 主神经系统的中枢性调节，其中包括大脑皮层、视皮层、丘脑、基 底神经节、小脑和网状结构等等。近年的研究发现，这些核团的大 部分都与下丘脑有广泛的联系，它们对自主神经系统的调节是通过 下丘脑实现的。下丘脑接受上述结构传入的信息后，经过整合再以 两种方式对内脏器官等的活动进行调节：一是下丘脑投射到脑干和 脊髓的有关核团以控制体温、心率、血压和呼吸等生理活动；另外, 下丘脑通过其释放的各种肽类调节内分泌腺的激素分泌，间接影响 自主性功能的活动。因为下丘脑的这种综合性调节作用，被称为自 主神经系统的首脑神经节(head ganglion)。尽管如此，仍有许多自 主性功能不需要下丘脑的连续监控。因为在脑桥以上横断脑干仍能 保持完整的心血管和呼吸功能。说明脑干中核团能整合自主性活动, 已确认是脑干中的孤束核。它接受体内大部分器官的感觉输入后以 两种方式调节自主性活动：一是通过简单的反射弧。来自心、肺和 胃肠道感受器的传入纤维进入孤束核内特异的亚神经核团，其内的 神经元发出冲动到达与该反射传出纤维有关的运动神经核团，控制null效应器的活动。另一种方式是孤束核将效应器官反馈的信息分别传 导到高位和低位脑，后者再调控比较复杂的自主性个所需要的整合 信息返回到孤束核，以使高级中枢对自主神经系统功能的调节更精 细，更协调。孤束核接受内脏器官感觉传入纤维的特定区域称为联 合核(commissural nucleus)，联合核内的神经元轴突再投射到脑干 和边缘系统的部分神经核团，包括杏仁核、下丘脑的室旁核和纵纹 的床核等。上述核团又返回到孤束核以及其他低位脑干，通过它们 直接支配迷走神经背核和交感神经的节前神经节(下图)。 第五篇 脑的高级功能 第五篇 脑的高级功能 第十六章 弥散性调制系统与行为 脑内有多个弥散性调制系统，每个都与脑的其他部位有广泛的联系. 其神经元通常不传输具体的感觉信息，而是行使调节功能，调制大 量的突触后神经元的兴奋性和同步化活动。它们对运动控制、记忆, 情绪、动机和代谢状态等许多脑功能都是非常重要的。尽管它们的 结构和功能不同，但却有一些原则上的共性：每个系统核心包含一 小套神经元(数千个); 其神经元绝大多数起源于脑干；每个神经元 都有轴突，与遍布脑内的10万个以上的神经元发生突触联系并施加 影响；弥散性调制系统神经元突触终末释放的递质分子不仅作用于 突触缝隙附近，还弥散到许多神经元周围，广泛地产生效应。 在此我们将重点介绍去甲肾上腺素(NE)、5-羟色胺(5-HT)、多巴胺 (DA)和乙酰胆碱(ACh)系统的功能。所有这些递质都激活特异性的 促代谢型(metabotropic)受体, 这些受体与G蛋白偶联, 介导它们在 脑内的活动。例如，脑内促代谢型ACh受体是促离子型ACh受体功 效的10-100倍。科学家还没有完全阐明弥散性调制系统在行为上的 确切功能，这儿的某些解释还有待进一步实验依据。null第一节 去甲肾上腺素能系统 去甲肾上腺素除了在周围自主神经系统中作为神经递质外，也是脑 桥蓝斑区神经元的神经递质。人类蓝斑大约有12,000个神经元，其 轴突通过几条通道离开蓝斑，呈扇形投射到脑的几乎每一个部分： 所有大脑皮层、丘脑和下丘脑、嗅结节、小脑、中脑及脊髓(下图). 每个蓝斑神经元能轴突以不同分支支配大脑和小脑皮层并形成25万 个以上突触。蓝斑神经元在大脑中形成最弥散的纤维联系。 蓝斑神经元除了参与学习和记忆、焦虑和疼痛、情绪和脑代谢外， 还参与注意力的调节、唤醒和睡眠-觉醒循环等, 几乎无所不在。实 验证明，环境中新的、不能预知的、非疼痛的感觉刺激是激活蓝斑 神经元的最佳刺激。去甲肾上腺素使大脑皮层 神经元对来自环境的突出感觉刺激具有更大的 反应。因此，蓝斑神经元的活动通常可以增加 中枢神经元的反应性，加速点对点(point-to- point)的感觉和运动系统的信息处理过程，使 它们变得更有效。该系统在安静状态最不活动; 外部的突出刺激使其神经元活动。nullnull 第二节 5-羟色胺能系统 脑内5-羟色胺能神经元分布于 9 个中缝核内，它们位于脑干中线两 侧。每个核投射到脑内不同区域(左图)。靠近尾端(位于延髓)的中 缝核支配脊髓，调制与疼痛有关信号；靠近头端(位于脑桥和中脑) 的中缝核和蓝斑神经元一样，以弥散方式投射到脑内大部区域。 与蓝板神经元类似，中缝核神经元在动物觉醒活动期间放电活动最 多，而睡眠期间最安静。它们属上行网状激活系统一部分，负责唤 醒和维持前脑活动状态。中缝核神经元还参与情绪和感情行为调节. 第三节 多巴胺能系统 多巴胺能神经元在中枢系统分布广泛。但在脑内具有多巴胺能投射 系统只有两个(右图)：一个起源于基底神经节的黑质，其多巴胺能 神经元的轴突投射到纹状体(特别是尾核和壳核)，易化随意运动的 发动。神经元的退化导致帕金森 氏病，一种进行性的运动障碍。 另一个多巴胺调制系统起源于中 脑的腹侧被盖区，靠近黑质。其 神经元轴突投射到额叶皮层和部nullnullnull分边缘系统，因此也称为中脑-皮层-边缘多巴胺系统。它具有许多 不同的功能。有证据表明，它参与调控精神活动，参与“奖赏”系统 以强化某些适应性行为(求偶), 还涉及药物成隐和精神疾患。 第四节 乙酰胆碱能系统 乙酰胆碱是神经-肌肉接头、自主神经突触及副交感神经节后突触 的神经递质。纹状体和大脑皮层含胆碱能中间神经元。脑内含有两 个主要的弥散型胆碱能调制系统，其中一个称为基底前脑复合体 (basal forebrain complex)。因为胆碱能神经元分散地分布在端脑的 核心部位、基底神经节内侧和腹侧几个相关神经核团中，最熟悉的 是内侧隔核和Meynert氏基底核。前者发出的神经纤维投射到海马; 后者的胆碱能神经纤维投射到新皮层。其功能还不清楚。已知老年 痴呆症最先死亡的是基底前脑复合体的胆碱能神 经元，但对二者间的直接关系还有待于进一步证 实。胆碱能系统也参与在唤醒和睡眠-觉醒周期期 间对中枢神经系统一般性兴奋性的调节。另外， 该系统在学习和记忆形成的过程中也发挥特殊的 作用(右图)。nullnull另一个弥散型胆碱能调制系统称为脑桥-中脑被盖复合体, 位于其中 的胆碱能神经元投射到背侧丘脑, 在此与去甲肾上腺素能系统和5- 羟色胺能系统一起调节感觉中继核的兴奋性。它们还向上投射到端 脑，在脑干和基底前脑复合体之间提供胆碱能联系(上页图)。 第五节 弥散型调制系统和药物依赖 精神活性药物(psychoactive drug)是一类作用于神经系统, 能改变精 神状态的化合物, 大多数通过干扰化学性突触传递而发挥作用。许 多成隐性药物直接作用于弥散型调制系统。 一. 致幻剂 致幻剂(hallucinogen)是一类使人产生幻觉的化合物。其使用历史可 追溯到几千年前，那时主要来源于植物。1938年Hofmann首先合成 现代致幻剂麦角酰二乙胺(lysergic acid diethylamide, LSD)。其效力 非常大，只要25μg就足以产生飘飘然的致幻效果，常伴有感知觉的混杂；比650mg阿司匹林效力高出25,000倍。其化学结构与5-HT接近，表明其作用于5-HT系统，是中缝核神经元5-HT突触前受体的激动剂。LSD激活这些突触前5-HT受体，减少5-HT释放，从而显著地抑制中缝核神经元放电活动，这是梦境-睡眠时的特征.可见nullLSD的作用可能就是降低脑内弥散性5-HT调控系统的输出。但这一 假说还有许多问题。第一损毁中缝核神经元并不能模拟LSD的行为; 第二中缝核损坏动物仍对LSD作出预期反应。尽管LSD致幻作用和 5-HT系统之间的联系几乎是肯定的，但其确切本质还不清楚。 二. 兴奋剂 兴奋剂(stimulant)与致幻剂和5-HT间联系的不确定性形成对比的是, 中枢兴奋剂可卡因(cocaine)和安非他明(amphetamine)的作用机制 已非常清楚。它们在多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的突触处发挥 作用，使用者警觉和自信都增加，以及有飘飘然和愉快的感觉及食 欲降低。这两种药物还是拟交感神经药(sympathomimetic drug), 即 引起类似交感神经活动的外周效果, 心率、 血压增加，瞳孔放大等。可卡因和安非他 明阻断儿茶酚胺的重摄取机制(右图)，从而 延长和加强多巴胺和去甲肾上腺素的作用。 可卡因选择地阻断多巴胺的重摄取；安非他 明阻断多巴胺和去甲肾上腺素的重摄取并刺 激多巴胺的释放。使用儿茶酚胺合成的抑制nullnull剂，如α-甲基酪氨酸(α-methyltyrosine)实验性耗尽脑内的儿茶酚胺可消除可卡因和安非他明的兴奋作用。 除了上述作用外，可卡因和安非他明另一个行为效应是使用者心理 上产生对这些药物的强烈依赖，发展成对药物造成的持久愉快感的 强烈渴望。这种效应被认为是药物使中脑-皮层-边缘多巴胺系统功 能增强所致。在正常情况下这是增强适应性行为，而可卡因和安非 他明这类兴奋剂是增强药物寻找(drug-seeking)行为。 第六节 弥散性调制系统和精神疾病 虽然目前大多数精神疾病的发病机制尚不清楚，但对两种最严重的 精神疾病，情感性紊乱(affective disorder)和精神分裂症(schizoph- renia), 已有有效的治疗方法。其机制是通过药物作用于脑的弥散性 调制系统，通常可使患者恢复正常精神状态。 一. 抑郁症 情感(affect)是情绪状态(emotional state)或心境(mood)的医学用语。 情感紊乱就是情绪状态的紊乱。抑郁症(depression)是一种极为严重 的情感紊乱, 特征是情绪状态处于失控状态, 伴有失眠、食欲丧失,无价值感和犯罪感等等，可突然发作而没有明显外部原因。另一特null征是生活环境改善时，患者的情绪不能随之改善。不加治疗这种状 态可持续数月。抑郁是自杀的一个主要的可预知的原因。 抑郁症可能是由于中枢弥散性调控系统障碍造成的。利血平被用于 治疗高血压，但20%的使用者变得精神抑郁，因为它能耗竭中枢儿 茶鼢胺和5-HT，干扰这些递质输入突触小泡。一种治疗结核病的药 物可使患者情绪明显高涨，它是单胺氧化酶(monoaminne oxidase, MAO)的抑制剂, 而MAO破坏儿茶鼢胺和去甲肾上腺素的重摄取。 早年一直在使用丙咪嗪做抗抑郁症药物，它能抑制5-HT和去甲肾上 腺素的重摄取，促进这些递质在突触间隙的作用。可见情绪与大脑 去甲肾上腺素和/或5-HT水平相关，抑郁是这两个弥散性调控系统 中的某一个功能不足的结果(下图)。 目前对抑郁症的药物治疗非常成功, 其特点 是增强中枢5-HT能和/或去甲肾上腺素能突 触传递。治疗药物分三类：①三环类化合物， 如丙咪嗪等；②选择性的摄取抑制剂，如氟 苯氧丙胺(fluoxetine), 它抑制5-HT的重摄取; ③MAO抑制剂, 如苯乙肼, 降解递质酶。null尽管抗抑郁症药物对突触传递调控是即刻产生的，但临床研究发现, 这些药物要经过几星期才逐渐发挥效应。同时一些可提高突触间隙 去甲肾上腺素水平的药物，如可卡因，却没有抗抑郁的作用。因此 认为，只有那些能促进去甲肾上腺素或5-HT能系统产生长时程效应 性改变的药物才具有缓解抑郁症的效应。 通过物理治疗而不使用药物同样对缓解抑郁症非常有效，主要是电 痉挛疗法(electroconvulsive therapy, ECT), 但其机理不清。 二. 精神分裂症 精神分裂症是所有精神疾病中最具伤害性的, 在青春期或成年早期 发病, 通常持续终生。其特征是精神活动和现实失去联系，患者的 思维、感知、情绪和运动功能支离破碎。精神分裂症有许多不同的 表现，现在还不清楚它是单独的疾病还是多个疾病组成。根据症状 可分为两型：I 型精神分裂症特征是患者常有离奇的妄想、幻觉及 混乱的、类偏执狂似的思维； II型特征是病人丧失正常的情绪反应, 具有病态姿势和缺乏自发语言。有些患者具有以上两种类型的特征. 核磁共振成像技术(MRI)揭示, 患者脑的某些结构异常, 如脑室增大 等, 颞叶的一些结构变小尤其突出。null多巴胺和 I 型精神分裂症之间关系的确定来自安非他明的研究。安 非他明增强儿茶鼢胺能突触的传递，引起多巴胺的释放。这种兴奋 作用并不引起精神分裂症。然而因为它的成隐性，安非他明的使用 者经常冒险使用越来越多的安非他明来满足他们的渴求。超量使用 的结果导致实际上和I型精神分裂症症状相似的发作。这表明精神 性疾病或多或少地和脑释放太多的儿茶鼢胺有关。 精神分裂症和多巴胺系统相关的第二个证据来自精神病药物对中枢 神经系统作用的研究。抗组胺的氯丙嗪(chlorpromazine)能够预防I 型精神分裂症的发作。后来的研究发现, 氯丙嗪及相关的抗精神病 药物, 统称精神安定剂(neuroleptic), 是DA受体的强效阻断剂, 特别 是对D2受体; 精神安定剂控制精神分裂症发作的有效剂量与它们结 合D2受体能力呈正相关。这些药物在治疗由安非他明和可卡因引起 的精神症状中也有效果。 尽管从精神安定剂的作用中可以得出精神分裂症起因于多巴胺系统 过度活动的结论。但新开发的非典型精神安定剂，例如氯氮平(clo- zapine), 对其他神经递质系统(如5-HT)的作用比对多巴胺系统更有 效。因此精神分裂症与多巴胺系统之间的关系有待进一步研究。nullIt is very clear and blue sky today!