神經-骨骼肌接頭處的興奮傳遞 

  運動神經纖維在到達神經末梢處時先失去髓鞘,以裸露的軸突末梢嵌入到肌細胞膜上稱作終板的膜凹陷中,但軸突末梢的膜和終板膜並不直接接觸,而是被充滿了細胞外液的接頭間隙隔開,其中尚含有成分不明的基質;有時神經末梢下方的終板膜還有規則地再向細胞內凹入,形成許多皺褶,其意義可能在於增加接頭後膜的面積,使它可以容納較多數目的蛋白質分子,它們最初被稱為N-型乙醯膽鹼受體,現已證明它們是一些化學門控通道,具有能與ACh特異性結合的亞單位。在軸突末梢的軸漿中,除了有許多線粒體外還含有大量直徑約50nm的無特殊構造的囊泡(圖2-19)。用組織化學的方法可以證明,囊泡內含有ACh;此ACh首先在軸漿中合成,然後貯存在囊泡內。據測定,每個囊泡中貯存的ACh量通常是相當恒定的,且當它們被釋放時,也是通過出胞作用,以囊泡為單位「傾囊」釋放,被稱為量子式釋放。在神經末梢處於安靜狀態時,一般只有少數囊泡隨機地進行釋放,不能對肌細胞產生顯著影響。但當神經末梢處有神經衝動傳來時,在動作電位造成的局部膜去極化的影響下,大量囊泡向軸突膜的內側面靠近,通過囊泡膜與軸突膜的融合,並在融合處出現裂口,使囊泡中的ACh全部進入接頭間隙。據推算,一次動作電位的到達,能使大約200300個囊泡的內容排放,使近107ACh分子被釋放。軸突末梢處的電位變化引起囊泡排放的過程十分複雜,但首先是軸突末梢膜的去極化,引起了該處特有的電壓門控式Ca2+通道開放,引起細胞間隙液中的Ca2+進入軸突末梢,觸發了囊泡移動以至排放的過程。Ca2+的進入量似乎決定著囊泡釋放的數目;細胞外液中低Ca2+或(和)高Mg2+,都可阻礙ACh的釋放而影響神經-肌接頭的正常功能。已故馮德培院士在30年代對神經-肌接頭的化學性質傳遞進行過重要的研究。

 

 

 

 

2-19 神經-肌接頭處的超微結構示意圖

 

  當ACh分子通過接頭間隙到達終板膜表面時,立即同集中存在於該處的特殊通道蛋白質的兩個α-亞單位結合,每分子的通道將結合兩個分子的ACh,由此引起的蛋白質分子內部構象的變化會導致它的通道結構的開放。這種通道開放時,孔道的橫截面比前面提到的Na+通道的面積為大,可允許Na+K+甚至少量Ca2+同時通過;由於這幾種離子正常時在膜內處的分佈特點,實際出現的是Na+的內流和K+的外流,其總的結果是使終板膜處原有靜息電位減小,向零值靠近,亦即出現膜的去極化;這一電變化,稱為終板電位,它的出現約較神經衝動到達接頭前膜處晚0.51.0ms。有人曾在運動神經無衝動到達末梢時,記錄到由於個別囊泡的自發釋放在終板膜上引起的微小的電變化,稱為微終板電位。終板電位與前述的局部興奮電反應有類似的性質:不表現「全或無」特性,其大小與接頭前膜釋放的ACh的量成比例;無不應期,可表現總和現象等,如我們一般記錄到的終板電位就是多數微終板電位總和的結果。終板電位產生時,它將以電緊張性擴布的形式影響終板膜周圍一般肌細胞膜。一般的肌細胞膜與神經軸突的膜性質類似,其中主要含電壓門控式Na+通道和K+通道;因而當同終板膜鄰接的肌細胞膜的靜息電位由於終板電位的影響而去極化到該處膜的閾電位水準時,就會引發一次向整個肌細胞膜作「全或無」式傳導的動作電位,後者再通過所謂「興奮-收縮耦聯」,引起肌細胞出現一次機械收縮。

 

  正常情況下,一次神經衝動所釋放的ACh以及它所引起的終板電位的大小,大約超過引起肌細胞膜動作電位所需閾值的34倍,因此神經肌接頭處的興奮傳遞通常是11的,亦即運動纖維每有一次神經衝動到達末梢,都能「可靠地」使肌細胞興奮一次,誘發一次收縮;這一點與將來要講的神經元之間的興奮傳遞有明顯不同(見第十章)。接頭傳遞能保持11的關係,還要靠每一次神經衝動所釋放的ACh能夠在它引起一次肌肉興奮後被迅速清除,否則它將持續作用於終板而使終板膜持續去極化,並影響下次到來的神經衝動的效應。已知,ACh的清除主要靠膽鹼酯酶的降解作用來完成,此酶主要分佈在接頭間隙中和接頭後膜上,它們大約可以在2.0ms的時間內將一次神經衝動所釋放的ACh清除掉。許多藥物可以作用於接頭傳遞過程中的不同階段,影響正常的接頭功能。例如,美洲箭毒和α-銀環蛇毒可以同ACh競爭終板膜的ACh受體亞單位,因而可以阻斷接頭傳遞而使肌肉失去收縮能力;有類似作用的藥物稱為肌肉鬆弛劑;有機磷農藥和新斯的明對膽鹼酯酶有選擇性的抑制作用,可造成ACh在接頭和其他部位的大量積聚,引起種種中毒症狀。重症肌無力是由於體內骨骼肌終板處的ACh門控通道數量不足或功能障礙所引起。

 

 

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