电生理之电记录

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1、电记录方法学 神经元膜的被动电学特性（Passive Electrical Properties of the Neuron）神经元通讯的生理学（Physiology of Neuronal Communication）（Methodology of Electrical Recording)参考书目：1、神经科学纲要 韩济生 北医大、协和医大联合出版社 Eric R. Kandel， James H. Schwartz， and Thomas M. Jessell2、 Essential of Neural Science and Behavior（影印版）神经科学精要科学出版社电记录方法学

2、 （Methodology of Electrical Recording)神经系统活动的最基本或唯一的 直接表现形式电变化50年代： 微电极技术细胞水平70年代：膜片钳技术分子水平大大提高了对神经系统结构和功能的认识电生理学实验室布置示意图电生理学实验室布置示意图生物体R放大器生物放大器微电极放大器膜片钳放大器示波器记录仪计算机显示和 记录装置粗电极 或微电极S电记录方法：粗电极记录：器官或整体水平微电极记录：细胞、分子水平在体记录：器官或整体水平、细胞、分子水平离体记录：单极引导： R1电场+-R2远离电场，即容积导体内相对 不活跃的部位，活动组织产生 的电场影响之外的部位无 关电极或参考

3、电极，该处的电 位相当于零电位。置组织活动时产生的电场中测试电极单极引导：测试电极近电源处正电位测试电极近电汇处负电位测试电极距离电源或电汇越近，电位数值越大； 测试电极距离电源或电汇越远，电位数值越小。真正的正电位与负电位只能用单极引导才能得到。R1R2双极引导：两个记录电极均放在组织 活动时所产生的电场当中所测得的电位表示两电极 之间的电位差，两个电极 的相对位置越近，电位差 越小。电场一、器官或整体水平的电记录方法（一）、容积导体记录生物体可兴奋细胞周围组织间液： 具有长、宽、厚三维 空间容积导体。只有当可兴奋细胞传导冲动时才有电流在细胞间流动。活动区与不活动区之间才会出现电位差。如果没

4、有电流在容积导体内流动，容积导体各处的电位是相等的。由于细胞间液里含有导电性能的电解质，所以脑内某些神 经元活动产生的电流变化，往往影响整个中枢神经系统所发生 的电变化，即在整个容积导体的范围内可以引导到电反应。脑电波记录部位在头皮， 电位发生部位在颅内。容积导体四肢心电图目前许多在体的电生理记录方法已成为独立的临床方法， 如心电图、脑电图、肌电图等。通过容积导体的电记录1. 肌电图（Electromyogram,EMG）在活体内，当肌肉收缩时，动作电位可从肌纤维经组 织的导电作用反映至皮肤表面。在皮肤表面放两个金属电 极或将针电极直接刺入肌肉内，可记录到肌肉活动时的动 作电位。这种记录称作肌

5、电图。上运动神经元 （皮质）下运动神经元 （前角细胞和神经轴索）肌肉神经肌肉接头测定整个运动系统功能的一种手段记录EMG用电极通常有两种：1）针型电极（常用） 2）表面电极EMG测定一般分4个观察步骤：1）插入电位 2）静息期 3）MUP 4）募集电位1）插入电位当针电极插入正常肌肉时，在大部分情况下，只在针 电极插入或移动瞬间出现一些持续时间很短的电位变化， 称为插入电位。针电极移动一停止，插入电位即消逝。这 是针电极对肌纤维或神经分支的机械刺激及损伤作用所引 发的电位。当插入电位活动 明显减少或缺无时提示肌纤维数量减少 （严重肌萎缩或肌纤维化）*这时先排除技术性原因：导线破裂、插入不够深使

6、 针停留在皮下脂肪内等 。当插入电位延长提示肌肉的易激惹 或肌膜的不稳定 （失神经状态、肌强直、肌炎）2）静息期观察肌肉在不收缩时（完全放松）是否有异常活动。当神经、肌肉有疾患时，在肌肉放松时，会出现 异常的电位发放。自发性电位包括纤颤电位、正锐波、 束颤电位、肌蠕颤放电及复合性重复放电。最常见的 为纤颤电位、束颤电位。1、纤颤电位：肌纤维自发性收缩产生的电位（电压 时，可达一稳态，使Ic =0。由于Ic=0，所有的Im均为Ii ，因而Im=Ii 。电位的分布则与 Cm无关，只取决于膜电阻(rm)与轴浆纵向电阻或轴突内电阻ra 以及细胞外电阻ro的相对值。A: 注入胞内的电流将沿轴突 或树突的

7、一定长度上的几条 路径流动。由于电流总是沿 电阻小的路径流动，较多的 电流将通过注射部位流动。B: 局部注射电流引起的Vm 随传导距离的延长，指数地 衰减。 Vm衰减到Vo的1/e 或37%时的距离，称长度常 数（length constant) 或空间 常数（space constant)用表 示。膜空间常数（）=(rm/ra)1/2膜的绝缘性越好（ rm越高）轴浆内电导性能越高（ ra越小）膜的空间常数越大， 传导的距离越长。 通常为0.11.0 mm.Vm(x)将随传导距离(x)的延长呈指数性衰减，可用 下式表达：x=0时注射电流引 起的膜电位变化 的大小取决于于rm与ra的比值。（因细

8、胞外的电阻低，Ro可忽略不计。）神经元通讯的生理学Physiology of Neuronal Communication1 . 神经元通讯突触：神经元之间或神经元与效应器之间的信息传递部 位，该部位具有特殊的结构。中枢性突触外周性突触神经肌肉接头神经效应器Synapse: 1897 英国生理学家 sherrington(谢灵顿)神经元末梢分支与另一神经元胞体或树突仅仅是接 触，在原生质上并不连续，它是一个特异的功能接触 部位，即突触。生理学实验结果表明，中枢神经系统中兴奋的传播具有 如下特点：1 .突触延搁2 .易疲劳3 .单向传播4 .易受药物的影响.等上述特点正是由于中枢神经系统中存在特

9、殊的结构所 致，此结构称为突触。1933 电子显微镜Sherrington提 出的“突触”概念得 到形态学基础资料 的支持。电镜观察发现：突触分类1. 接触部位轴-体、轴-树、轴-轴、体-轴、体-体、树- 树等突触。2. 对突触后神经元的作用兴奋性突触、抑制性突触3. 作用机制或传递方式化学性突触、电突触突触传递的机制突触前突触后AP电变化跨细胞信息传递突触Dale (药理学家) Eccles(生理学家)soup school sparke school(汤派) (电花派)很多药物不影响轴突传导， 神经信号在神经轴突上而影响突触传递过程。 的传导是电性质的。推测有某种化学中介物由 认为突触传递

10、也是由电突触前末梢释放，作用于 流从突触前膜扩展到突突触后结构。 触后结构。化学物质介导 电流介导50年代 应用微电极技术 脊髓运动神经元APRPSPR突触类型 信息传递的媒介物电突触传递： 电流化学性突触传递： 化学物质神经系统中上述两种传递方式都存在，但是以化 学性突触传递为主。神经元通讯（突触传递）方式：一、中枢电传递(Electrical Transmission in the CNS)突触前神经末梢与下一个神经元之间由单纯的电流直接 扩布而完成信息传递。AB枪乌贼巨突触电突触传递：双向传导性SARBSBRA枪乌贼巨突触电突触传递：单向传导性SARBABSBRA进一步的研究表明：整流现

11、象 A轴突的静息膜电位比B轴突更负，二者相差 -14.67.5mA。RPAB人工方法 B轴突超极化电突触的电压门 控机制尚不清楚二、中枢化学传递(Chemical Transmission in the CNS)化学性 突触传递突触前过程 （化学物质的合成与释放）突触后过程 （化学物质作用于受体所引起的一系列事件）化学性突触传递过程：电-化学相互转化的过程。突触前结构突触后结构。 。化学物质APPSPAP电化学电。化学突触三、神经肌肉接头化学传递(Chemical Transmission in Neuromuscular junction)定义：运动神经纤维上的动作电位，通过神经肌肉接头，在

12、骨骼肌上引起肌细胞动作电位的过程。运动神经纤维肌肉神经肌肉接头神经肌肉接头化学传递机制：神经冲动 运动神经末梢神经末梢释放AChAch经突触间隙扩散至运动终板Ach与 N型受体结合终板膜受体通道构象发生改变 （直接控制途径）通道由关闭成为开放Na+、K+ 经同一通道同时通过Na+内流、K+外流净结果终板膜去极化即兴奋性突触后电位 （excitatory postsynaptic potential,EPSP) 或终板电位(end-plate potential,EPP)去极化达阈 电位水平肌细胞动作电位四、神经效应器化学传递（Chemical Transmissiom in Neuroeffe

13、ctor)植物性神经系统的节后纤维对血管与空腔内脏平滑肌的舒缩 、腺体分泌的调节。结构特点（非定向性突触）：1、植物性神经系统的节后纤维，在效应器细胞之间多次分支，分支上存在许多内含分泌囊泡的膨体（曲张体）。其与效应器细胞之间的距离大（400nm）。2、效应器细胞膜不像骨骼肌终板膜上的受体集中。3、来自不同神经元的轴突末梢可以在同一区域内相互重叠，形成特有的丛状结构。4、同一神经元的轴突末梢可以支配不同的区域。N1N2N3平滑肌丛状结构基于上述结构特点，植物神经元纤维对其所支配器官的作用是弥漫性的。凡是这些化学物质能到达其膜表面，而该处又具有相应的受体结构的细胞都可能接受该神经元的支配。五、化

14、学性突触等效电路(Equivalent circuit of chemical synapses)根据突触膜和非突触膜本身的化学组成特点以及膜内外离子 分布的不均衡性，将化学性突触等效成电学电路。突触膜非突触膜+ - - -+ -+ -outinSgpspgmcmEpspEm根据欧姆定律得到该离子电流的大小及其影响因素：Ipsp = gpsp (vm - Epsp)Ipsp: 突触膜处单通道电流gpsp : 突触膜处单通道电导 vm - Epsp：突触膜处离子驱动力2 突触前递质的释放(Presynaptic release of transmitter)AP递质的释放化学物质的释放电变化一、

15、突触前末梢AP是引起突触传递的先决条件轴突膜产生APNa+通道被激活 Na+内流，使膜去极化K+通道被激活，K+外流， 使膜复极化到原来的水平。问题：引起递质释放是： 膜两侧Na+、 K+分布的改变？还是Na+内流造成的去极化？AB枪乌贼巨突触RARBSARA RBTTX阻断Na+通道SAAP电变化SA 已知TTX不影响与突触后电位产生有关的膜通道因此实验结 果说明AP是引起突触传递的条件。但仍不能说明究竟是Na+内流本身，还是它所引起的膜电位的 去极化引发了突触传递？进一步实验：阻断Na+通道（TTX）、 阻断K +通道（TEA）：人工造成去极化电变化RA RB结果表明： 引起突触前膜释放递质的不是Na+、 K +移动 本身，而是由于Na+内流