神经生物学第十五章 自主神经系统

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,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 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)。 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 器和血管表面形成神经丛, 再由神经丛分出分支到达效应器官. 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。 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,二. 交感神经和副交感神经的结构及机能特征 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)。 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。 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。 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,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： 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。 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,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,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,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: 型肾上腺素受体(受体)和型肾上腺素能受体(受体),受体又分为1和2 两种亚型。 受体和受体的分布情况不同，有的组织只有受体或受体，有的组织器官既有受体又有受体(下表)。儿茶酚氨与受体或受体结合后产生的效应是不同的。一般来说，与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,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,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 存在和受体。去甲肾上腺素与受体结合引起血管平滑肌收缩, 与受体结合则导致血管平滑肌舒张.由于去甲肾上腺素与受体结合比与受体结合能力强，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,2. 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,2) 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),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