自主神经系统参与调节的靶组织有心脏,血管、内脏平滑肌及腺体。它协助维持机体内环境稳态。该系统包括传入通路、传出通路及大脑、脊髓中分布的调节该系统功能的神经元核团。
脊髓自主神经反射活动部分地解释了机体自主调节及稳态的形成。然而,脊髓自主神经反射受到了脊髓以上的脑干核团及下丘脑的调节,进而在中枢神经系统中形成了等级式调控。自主神经系统分为功能相反的、解剖结构完全不同的两部分:交感神经部分和副交感神经部分。二者解剖结构上完全独立,在药理性质(即药物反应上)上作用相反,故称为交感神经系统和副交感神经系统。其重要之处在于大量的常用药物中(如治疗高血压的药物、调节胃肠功能的药物及维持正常心率的药物)均对自主神经系统内的神经元发挥主要作用。概述自主神经系统及其交感神经(胸腰)和副交感神经(颅骶)一、自主神经的传出结构
自主神经系统的传出部分由交感神经及副交感神经组成,二者起源于不同区域的节前细胞。同躯体运动系统相比,自主神经系统的传出部分更加分散。在躯体运动系统,次级神经元直接从脊髓或脑投射至受支配的靶细胞(躯体肌细胞),无中继的神经元。这使每一肌纤维均受独立的神经支配,实现更精确的调控。
形成对比的是,自主神经系统的传出部分是传导较慢的二级神经元链。自主神经系统的初级神经元(突触前的,神经节前神经元)位于脊髓灰质的侧角或脑干的神经核团内。初级神经元的轴突通常直径较小,为B型有髓纤维,轴突延伸至神经节内的次级神经元(突触后的,神经节后神经元)。进而,次级神经元的轴突支配至靶组织内,其轴突通常为无髓鞘的C型纤维。自主神经系统广泛投射至许多靶组织,但区别于躯体运动系统的精确支配。由于节后神经纤维较节前神经元数量多,比例约为32:1,故每个节后神经元可能支配很大的区域。(一)交感神经系统
交感神经系统或称自主神经系统的交感部分,起源于第1-12胸髓及第1-2腰髓内灰质侧角的细胞,为节前细胞。
自主神经系统(左侧半)的交感神经部分
1.交感神经节前传出纤维节前纤维多数为有髓纤维。它沿着脊髓前角在胸腰处形成了白交通支,并经白交通支进入交感干。交感干位于胸椎、腰椎椎体的两侧。白交通支内的纤维或进入交感干直接同神经节细胞形成突触,或上行、下行数个节段后再与神经节细胞形成突触,或直接穿过交感干间接地同交感干的类似组织(如腹腔神经节及肠系膜上神经节)形成突触。起源于胸髓的下7节段的内脏神经穿过交感干延伸至腹腔神经节及肠系膜上神经节,在腹腔神经节及肠系膜上神经节内形成突触,节后纤维经腹腔神经丛进入腹腔脏器。起源于胸髓最下节段及腰髓上节段的内脏神经在肠系膜下神经节及与腹下神经丛相联系的神经节内形成突触,节后纤维分布于下腹部及盆腔的内脏器官。2.肾上腺内脏神经的节前神经元同时投射至肾上腺髓质的嗜铬细胞。直接与内脏神经节前神经纤维形成突触的肾上腺嗜铬细胞起源于神经嵴,被认为是失去轴突的变异节后神经元。3.交感神经节后传出纤维多数为无髓鞘的神经节后纤维构成了灰交通支。灰交通支可能同脊神经伴行一段距离或直接延伸至靶组织。灰交通支加入脊神经,进而分布至脊神经分布区域,调节血管收缩、毛发运动及汗液分泌。颈上交感神经节发出的分支构成颈内动脉与颈外动脉周围的颈交感神经丛,并形成头面部的交感神经。这些节后交感轴突从颈动脉神经丛发出进而投射至头面部的涎腺、泪腺、瞳孔开大肌、睑板肌、汗腺及血管平滑肌。来自3对颈交感神经节的心脏上部神经纤维投射至心底的心丛并支配心肌。调节血管舒缩的分支起自上部5个胸交感神经节,延伸至胸主动脉及肺后神经丛。而调节扩张肌的神经纤维经肺后神经丛支配至支气管。(二)副交感神经系统
副交感神经系统或是自主神经系统的副交感部分起自脑干灰质(动眼神经核的中间部、Edinger-Westphal核、上泌涎核、下泌涎核)及骶髓中间3节段灰质内的细胞(S2-4)。起源于S2、S3及S4的大部分节前纤维从脊髓中枢延伸至其支配的内脏表面或终端神经节细胞在肠道内与梅斯那神经丛或奥尔巴赫神经丛形成突触联系。因为副交感神经的节后神经元同其支配的组织距离较近,故其轴突较短。副交感神经的分支全部局限于内脏结构。
自主神经系统传出类型
(Pre,节前神经元;Post,节后神经元)
4条脑神经的传出部分含副交感纤维。动眼神经、面神经及舌咽神经将副交感或内脏传出纤维投射至头面部。上述神经中的副交感轴突分别在睫状神经节、蝶腭神经节、颌下神经节和耳神经节内形成突触联系。迷走神经的自主神经纤维通过椎前神经丛分布至胸、腹部内脏。盆神经的副交感神经纤维通过腹下神经丛分布至大部分结肠、盆腔内脏及生殖器。头部自主神经
(三)自主神经丛
自主神经丛是一个大的神经网络,交感神经、副交感神经及其传入纤维分布其中。
心丛位于气管分叉处及心底大血管根部,由心脏交感神经及迷走神经的心脏支构成,分布至心肌及心脏的血管中。左、右肺丛加入到心丛,并分布于肺根处的左、右主气管及肺动脉附近。肺丛由迷走神经和胸交感神经的上部构成,分布至肺内气管及血管。自主神经系统的副交感神经分布(仅有左半部分)腹腔神经丛位于上腹部的腹主动脉表面。它由食管神经丛延伸来的迷走神经、腹腔神经节发出的交感神经及从胸主动脉延伸而来的交感神经构成。腹腔神经丛通过大量的亚神经丛投射至大部分腹腔内脏:橫膈、肝、脾、胃上部、肾上腺、肾、睾丸或卵巢、腹主动脉及肠系膜上丛、肠系膜下丛。腹下丛位于第5腰椎椎体及骶岬前方。它由来自主动脉神经丛及腰神经节的交感纤维,来自盆神经的副交感纤维构成。它两侧的部分即盆腔神经丛,位于直肠的两侧。它通过伴随髂内动脉脏支的亚神经丛投射至盆腔内脏及生殖器。这些亚神经丛包括投射至直肠的直肠中丛,投射至膀胱、精索及输精管的膀胱丛,投射至前列腺、精囊及阴茎的前列腺丛,投射至阴道、阴蒂的阴道丛,投射至子宫、输卵管的子宫丛。二、头面部自主神经支配
自主神经在头面部的支配比较复杂。头面部皮肤仅受来自颈上节的交感神经节后纤维支配。颈上节伴随颈外动脉分支延伸,经颈动脉神经丛发出支配头面部的神经纤维。但是,深部结构(眼内肌、涎腺、鼻咽部黏膜)却接受来自交感神经及副交感神经的双重支配,该支配通过颈内动脉神经丛(来自上颈丛的节后交感纤维)及4对脑神经的副交感神经传出纤维实现。
在颅内有4对自主神经节:睫状神经节、蝶腭神经节、耳神经节和颌下神经节。每个神经节均接受交感神经纤维、副交感神经纤维及来自三叉神经的感觉纤维。这些神经节内只有副交感神经纤维形成突触联系。交感神经纤维与感觉神经纤维并不换元而直接穿过上述神经节支配靶组织。头部自主神经
睫状神经节位于眼眶后部,视神经与外直肌之间。其副交感神经纤维来自动眼神经的E-W核或其附近。交感神经纤维由来自穿过颈内动脉丛的颈上节发出的节后纤维构成。感觉支来自视神经的鼻睫支。10-12支短小的睫状神经分布于支配晶状体收缩的睫状肌和虹膜的括约肌。虹膜开大肌由交感神经支配。蝶腭神经节位于翼腭窝深部,同上颌神经相联系。其副交感神经纤维经舌腭神经和岩大神经由上泌涎核发出。交感神经纤维经岩深神经(它加入到浅表的到岩大神经内构成了翼管内的翼神经)由颈内动脉丛发出。感觉神经纤维大部分来自上颌神经,小部分经鼓室丛及翼管神经起源于Ⅶ、Ⅸ脑神经。分布区域为:①支配咽穹窿黏膜的咽支;②支配鼻腔、腭垂、扁桃体及上腭黏膜的鼻咽支;③支配眼眶骨膜及泪腺的眼眶支。耳神经节位于面神经下颌支的内侧,颞下窝内卵圆孔的正下方。其副交感神经纤维发自延髓的下泌涎核,同第Ⅸ对脑神经、鼓室神经丛及少量岩大神经伴行;交感神经纤维经脑膜中动脉神经丛由颈上节发出。其感觉纤维来源可能有第Ⅸ对脑神经、穿过鼓室神经丛及少量岩大神经由膝神经节发出的第Ⅶ对脑神经。耳神经节向腮腺发出分泌纤维及感觉纤维。发自三叉神经的少量躯体运动纤维穿过耳神经节支配鼓膜张肌及腭帆张肌。到眼球和眼眶的交感神经通路颌下神经节位于下颌骨内侧,舌咽神经与下颌腺管之间。其副交感神经纤维由穿过舌腭神经、鼓索神经及鼓室神经丛由上泌涎核发出的第Ⅶ对脑神经;交感纤维发自颌外动脉神经丛;感觉纤维经舌腭神经、鼓索神经及鼓室神经丛由膝神经节发出。支配下颌下腺及舌下腺。三、内脏自主神经传入通路
自主神经的传入纤维的神经元胞体位于一些脑神经及脊神经内。虽然一些传入纤维为有髓纤维,但大多数属无髓鞘纤维,故传导速度较慢。内脏痛觉神经支配总结如下表。
划分
神经和节段
器官组织
副交感神经
迷走神经
食管、喉、气管
交感神经内脏(T7-L1)
胃、脾、小内脏、结肠、肾、输尿管、膀胱(上部)子宫(底)、肺
躯干(C7-L1)
壁胸膜、膈、壁腹膜
副交感神经
盆腔(S2-4)
直肠、膀胱三角、前列腺、尿道、子宫的宫颈、阴道上段
内脏疼痛神经支配
(一)脊髓传入通路
脊髓的自主神经传入通路为骶中神经、胸神经及上腰神经。骶神经接受盆腔器官的感觉冲动,参与骶部副交感神经传出的性反射及排尿、排便反射的调控。轴突接受来自心脏、上消化道、肾及胆囊的疼痛冲动,与胸神经、上腰神经伴行。
这些内脏传入纤维同饥饿、恶心及定位不明的内脏痛等感觉有关(上表)。内脏的痛觉冲动可能同某一皮节的痛觉冲动合并,形成牵涉痛。典型例子有胆囊源性的肩部痛、心肌缺血相关的左上肢或咽喉痛。(二)脑干传入通路
舌咽神经及迷走神经的传入轴索,将心脏、大血管、呼吸道及胃肠道的大量感觉冲动传导至脑干。相关的神经节为舌咽神经下核及迷走神经下核(之前称为结节状神经节)。
这些传入纤维可能参与通过特异受体或受体分布区域来实现调节的反射:血压调节、呼吸频率及深度调节及心率调节。这些感受压力刺激的压力感受器位于主动脉弓和颈动脉窦。对缺氧敏感的化学感受器位于主动脉体与颈动脉体。一个对化学敏感的区域位于延髓,它含有可以随脑脊液中pH、PCO2变化而改变放电模式的化学感受性神经元。颈动脉和主动脉体的位置
四、自主神经系统的等级调控
在大脑和脊髓的许多区域均存在一个功能上的等级调控,自主神经系统内同样存在。等级调控通过内脏反射在人体纵轴的不同水平而发挥影响。
(一)脊髓
蠕动反射及排尿反射等自主反射在脊髓形成,大脑的下行通路可对其进行修正、抑制或激发。
支配膀胱的神经走行
以控制膀胱的自主神经的分布为例,位于骶髓的S2、S3及S4水平的节后副交感神经元参与构成控制膀胱的基础反射环路,当膀胱膨胀的感觉信号冲动激发副交感神经的神经元时,副交感神经纤维发放冲动,激发逼尿肌,抑制尿道括约肌。因此条件反射完成,膀胱排空。婴儿的排尿功能便是初级的逼尿肌反射。童年期过后,该反射受到下行通路的影响,包括有意识地进行括约肌松弛进而排尿或有意识的括约肌收缩进而抑制排尿。脊髓横断的患者可能损伤排尿功能。脊髓休克导致低血压及排尿排便反射消失。尽管数天或数周之后反射会恢复,但可能是不完全恢复。例如,膀胱经常无法完全排空,可能导致膀胱炎及自主排尿(自主的或神经源性膀胱)消失。横断层面不同,逼尿肌反射可能被激发或抑制,神经源性膀胱可能呈痉挛性或迟缓性。痉挛性神经性膀胱,是由S2节段以上的脊髓完全不完全横断引起弛缓性神经性膀胱,是由脊髓的骶部或马尾的病变引起(二)延髓
延髓同脊髓的双向联系为灰质旁的有髓固有纤维束。舌咽神经、迷走神经传入纤维在孤束核终止,参与调节呼吸、心血管及消化功能。大多数反射活动同延髓的内脏传出性核团及网状结构有关。这些区域可能参与调节血糖水平及其他反射活动,如分泌唾液、排尿、恶心、打喷嚏、咳嗽及呕吐。
(三)脑桥
臂旁核由小脑上脚附近的一群神经元构成,调节延髓中控制呼吸节律的神经元。当脑干在延髓与脑桥之间被横断时,呼吸中枢可以继续控制呼吸周期的形成。
(四)中脑
调节反射、瞳孔光反应及其他反射活动在中脑第Ⅲ对脑神经的神经元核团复合体附近实现整合。下丘脑发至脑干内脏传出核团之间的通路同导水管及脑室周围灰质背侧的纵行纤维束相伴行。
(五)下丘脑
作为自主协调的重要区域,下丘脑针对内、外环境的改变进行自主活动的整合调节。下丘脑后部区域参与交感神经系统调节,前方区域参与副交感神经系统的调节。重要的下行通路为背侧纵束,同垂体间的联系协助下丘脑在内脏功能方面的调节作用。
(六)边缘系统
边缘系统又称内脏脑,同下丘脑之间存在紧密的解剖、功能联系。边缘系统的许多部位均参与调节情绪的内脏表现及驱动性行为、恐惧、愤怒、侵略、进食活动等。激活该系统后便出现下列自主活动:心血管及消化道反应、排尿、排便、立毛反射及瞳孔变化。上述活动的传导很大程度通过下丘脑。
(七)大脑新皮质
大脑新皮质针对遇到坏消息或好消息后的反应可能激发诸如面部潮红或泛白等自主反应。低血压或心率下降导致的晕厥可能是情绪刺激诱发迷走神经抑制。
(八)肠神经系统
传统观念认为,消化道由自主神经支配。然而。近来发现与肠道相关的一群神经元,有时被称为“消化道固有神经系统”可以不依赖中枢神经系统而发挥作用,但仍然接受中枢神经系统的调节。这些网状神经元结构调节胃肠道运动、分泌功能、血管活性及炎症反应,现已被命名为“肠神经系统”。肠神经系统包含位于大量神经节内的约10亿个神经元。这些神经节通过神经束相互联系,形成2个网络。
第一个为肠内的肌间神经丛(又称奥尔巴赫神经丛),位于形成消化道的肌肉层之间,从食管至直肠均存在。投射至小神经节的其他纤维将消化道同胰腺、胆囊形成联系。黏膜下神经丛又称梅斯那神经丛,主要局限于肠道黏膜下,突出分布于小肠内。在小肠的黏膜下丛调节分泌活动及血管活性,其相应神经支配胰腺、胆囊、胆总管及胆囊管。肠神经支配肠道内主管运动、分泌的平滑肌细胞、内分泌细胞及脉管系统的细胞。它受交感神经系统及副交感神经系统调控。副交感神经系统调控通路多数通过迷走神经(上消化道)和骶神经(结肠下端及直肠)实现。多数节前副交感神经属胆碱能神经,通过烟碱受体和*蕈碱受体作用于肠神经系统。相反,投射至消化道的节前交感神经纤维属肾上腺素能神经。消化道的感觉信息从结状神经节内的初级传入神经元经迷走神经和内脏神经传至中枢神经系统。五、递质
(一)类型
自主神经活动调控许多重要机体功能。许多药物发挥作用是通过对自主神经系统不同部位的活动进行激活或抑制来实现,药理及药物治疗主要是基于我们对自主神经系统的神经生化的了解。
自主神经传导物质调控着许多内脏功能;主要有乙酰胆碱与去甲肾上腺素。交感神经系统和副交感神经系统的节后纤维释放不同的物质(但有特例),这是二者发挥相反功能的药理学基础。神经节前末端释放乙酰胆碱。副交感神经的节后神经元及支配汗腺、血管舒张的交感神经的节后神经元也分泌乙酰胆碱。去甲肾上腺素属儿茶酚胺类,主要在交感神经节后神经元释放。去甲肾上腺素同其甲基衍生物--肾上腺素,由肾上腺髓质分泌。尽管许多内脏神经均分泌二者,但肾上腺素不被当做交感神经的递质。抑制肾上腺素能而不影响去甲肾。上腺素能的药物,在作用于内脏器官的肾上腺素能神经时基本不发挥药理作用。P物质、生长激素抑制素、血管活性肠肽、腺苷及腺苷三磷酸可能也有内脏神经递质的功能。
(二)功能
自主神经系统可分为胆碱能神经与肾上腺素能神经。胆碱能神经元包括节前神经元、副交感神经节后神经元、支配汗腺的交感神经节后神经元及支配血管平滑肌、骨骼肌的交感神经节后神经元。外周血内通常无乙酰胆碱。由于胆碱能神经末端有高浓度的胆碱酯酶,因此局部分泌的乙酰胆碱通常是短时间内、较分散地发挥作用。
自主神经和躯体运动神经一些解剖和药理学特征
肾上腺髓质内,节后神经元失去轴突而变异为直接将儿茶酚胺释放入血。作用于髓质的节前胆碱能神经元成为肾上腺的分泌神经。除外支配血管扩张和汗腺的部分,交感神经的节后神经元通常被当做肾上腺素能神经。去甲肾上腺素与乙酰胆碱相比,持续时间更长,作用区域更广。(三)受体
根据对药物的不同敏感性,去甲肾上腺素作用的靶组织分为两大类,因此存在两种类型的去甲肾上腺素受体-a、β。a受体调节血管收缩,β受体介导心率增快和心肌收缩增强等活动。a、β受体均有两种亚型:a1、a2和β1、β2。a受体、β受体在节前、节后细胞膜上均有分布。节前β去甲肾上腺素能受体为β1受体,节后为β2受体。
节前受体和节后受体在去甲肾上腺素能神经元的神经末梢
(四)作用于自主神经系统的药物
某些药物通过模拟或抑制胆碱能神经、肾上腺素能神经的释放来发挥作用。药物也能改变下列活动:递质合成、神经末端的存储、释放并作用至效应细胞及反应的终止。有时药物可能影响两种递质。
虽然胆碱能神经的节前、节后递质相同,药物在节前、节后却发挥不同的作用。*蕈碱对自主神经节不发挥作用,但是在平滑肌和腺体却模仿乙酰胆碱起作用,这些细胞上的乙酰胆碱受体称为*蕈碱受体。有乙酰胆碱作用的药物包括乙酰胆碱、乙酰胆碱类似物及胆碱酯酶抑制药。阿托品、颠茄及其他自然的或合成的颠茄类药物通过阻碍递质结合于内脏器官来抑制乙酰胆碱发挥作用。乙酰胆碱的一些功能如传导节前至节后的神经冲动不能被阿托品抑制,因为有烟碱仍在起作用。阿托品存在时,乙酰胆碱发挥烟碱样作用,受体称为烟碱-乙酰胆碱受体,该受体分布在神经肌肉连接处及节前、节后的突触之间。筒箭*、六烃季铵及美卡拉明主要通过阻碍骨骼肌上的胆碱能运动神经元末端递质的释放来发挥药理作用,以前用来治疗高血压。阻断内脏效应器上去甲肾上腺素作用的药物常被称作肾上腺素能---神经元抑制药、抗肾上腺素能药或交感神经阻滞药。
(五)致敏作用
自主神经效应器(骨骼肌、心肌、腺体)在部分或完全脱离其正常的神经联系后,对于正常作用其的神经递质将会更加敏感,这被称为去神经增敏状态。上述效应即所谓的去神经Cannon定律,节后干预的效果较节前干预更显著。
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