耳蜗生理
2014/5/10

内容文字：www.tinnitus- light.org 听觉生理之耳蜗生理学 Cochlear physiology 韩朝 复旦大学附属眼耳鼻喉科医院  耳蜗生理学的三个基本问题 www.tinnitus- light.org 1耳蜗如何将传入的声波转变为电冲动? 2耳蜗如何将声刺激中的信息进行电冲动编码? 3编码后的电冲动如何传递入中枢?  耳蜗生理学 www.tinnitus- light.org .耳蜗换能 .耳蜗编码 .耳蜗传递  耳蜗模式图 www.tinnitus- light.org  耳蜗结构解枂 www.tinnitus- light.org 耳蜗骨壁 蜗轴 内外毛细胞突触连结  www.tinnitus- light.org 一耳蜗换能  耳蜗换能过程演示图 www.tinnitus- light.org  耳蜗换能 www.tinnitus- light.org 耳蜗 机械能 input output 生物电  耳蜗换能的基本过程 www.tinnitus- light.org 传入耳蜗的机械能 1 耳蜗机械力学 基底膜的振动 2 毛细胞静纤毛偏曲运动  1 机械能——基底膜的振动 www.tinnitus- light.org  www.tinnitus- light.org 波动在耳蜗内的传播 镫骨 圆窗 基底膜 www.tinnitus- light.org 波动在耳蜗内的传播 镫骨 圆窗 基底膜 基底膜的形态  www.tinnitus- light.org 镫骨底板的内外运动 起始段基底膜的上下振动 某一点基底膜的最大上下振动  www.tinnitus- light.org 2.毛细胞静纤毛的偏转运动 表皮板 动纤毛静纤毛 退化的动纤毛 毛细胞纤毛扫描电镜图片 www.tinnitus- light.org 2.毛细胞静纤毛的偏转运动 表皮板 动纤毛静纤毛 退化的动纤毛 毛细胞纤毛扫描电镜图片  www.tinnitus- light.org 3.毛细胞将机械能转化为电能 毛细胞静纤毛的偏曲运动 毛细胞膜电位的变化(去,超极化) 毛细胞的感受器电位 www.tinnitus- light.org 3.毛细胞将机械能转化为电能 毛细胞静纤毛的偏曲运动 毛细胞膜电位的变化(去,超极化) 毛细胞的感受器电位  毛细胞的换能过程示意图 www.tinnitus- light.org  4.毛细胞的电化学转化 www.tinnitus- light.org 毛细胞的感受器电位 电-化学 化学-电 兴奋性突触后电位(EPSP) 激发 听神经元的动作电位(AP)  换能后的终产物 AP传送（Transmission） . . AP 听神经元 听传导通路 www.tinnitus- light.org . 听中枢  毛细胞纤毛与盖膜及网状板的关系 www.tinnitus- light.org 静纤毛的顶部与盖膜耦联 外毛细胞的静纤毛镶嵌在盖膜内表面 内毛细胞的静纤毛与盖膜内表面无直接接触 盖膜质量和刚性大 静纤毛的底部埋植于刚性大的网状板内 中心轴 网状板 盖膜 内外柱 网状板和盖膜之间的 剪切运动 网状板和盖膜之间的 胶体进出冲击运动  盖膜与网状板的作用 www.tinnitus- light.org 盖膜与网状板之间的剪切运动 外毛细胞静纤毛偏曲运动 盖膜下内淋巴运动的冲击 中心轴 网状板盖膜 内外柱 内毛细胞静纤毛偏曲运动  毛细胞静纤毛偏曲运动的特点 www.tinnitus- light.org 动 纤 毛 方向基底膜向上偏向高纤毛方向 基底膜向下偏向矮纤毛方向 频率与传入声一致 偏曲程度线性关系 非线性关系 毛细胞 静 纤 毛  www.tinnitus- light.org 盖膜外毛细胞 Nuel间隙（外） 支持细胞 基底膜 deiter细胞 内外柱 支持细胞 传出神经末梢 传入神经末梢 内毛细胞 听器的结构 www.tinnitus- light.org 盖膜外毛细胞 Nuel间隙（外） 支持细胞 基底膜 deiter细胞 内外柱 支持细胞 传出神经末梢 传入神经末梢 内毛细胞 听器的结构  噪声的影响 www.tinnitus- light.org 噪声的机械刺激 静纤毛的紊乱、倒伏和折断 噪声性听力损伤的重要原因 正常毛细胞纤毛 噪声后的毛细胞纤毛  毛细胞的特殊外环境 顶部内淋巴液高K+ 低Na+ 侧底部外淋巴液高Na+ 低K+ www.tinnitus- light.org  毛细胞的特殊膜电位 www.tinnitus- light.org 毛细胞的膜电位不均匀性 侧底部 -40 mv 顶部 -120 mv  毛细胞的特殊纤毛结构 www.tinnitus- light.org 外毛细胞内毛细胞  毛细胞的特殊纤毛结极 www.tinnitus- light.org 侧连 cross links 使静纤毛能整体方向运动 顶连 tip links 机械门控离子通道(mechanical gate ion channel) 外力的牵拉 膜蛋白 膜蛋白构象变化 打开通道  毛细胞的特殊纤毛结构模式图 门控弹簧 运动蛋白 肌动蛋白微丝肌动蛋白微丝 门控弹簧 运动蛋白 www.tinnitus- light.org  毛细胞的机械电转化原理 www.tinnitus- light.org 纤毛偏向高纤毛顶连拉紧通道开放 K+ Ca2+内流去极化 纤毛偏离高纤毛顶连被压短通道关闭 K+ Ca2+外流超极化  www.tinnitus- light.org 电压依赖性Ca2+通道Ca2+激活K+通道 Ca2+激活K+外流 Ca2+ Ca2+ K+ K+ K+ K+ K+K+ 背景K+通道 毛顶部交联 机械门控通道纤毛 去极化 毛细胞的机械电转化示意图 www.tinnitus- light.org 电压依赖性Ca2+通道Ca2+激活K+通道 Ca2+激活K+外流 Ca2+ Ca2+ K+ K+ K+ K+ K+K+ 背景K+通道 毛顶部交联 机械门控通道纤毛 去极化 毛细胞的机械电转化示意图  感受器电位的离子流顺序 www.tinnitus- light.org 1.内淋巴液中K＋和Ca2+离子内流，细胞去极化 2.外淋巴Ca2+内流，去极化加大 3.K＋外流，细胞复极化和超极化  总结 www.tinnitus- light.org 声波传入耳蜗 静纤毛的向高或低方向的摆动 毛细胞膜的去或超极化(感受器电位 )  声波（500Hz） www.tinnitus- light.org 声波(500Hz) 鼓膜谐振 (500Hz) 镫骨板内压外拉谐振(500Hz) 基底膜某段上下谐振(500Hz) 静纤毛偏曲谐振(500Hz) 毛细胞AC感受器电位(500Hz)  单个毛细胞感受器电位是局部电位 www.tinnitus- light.org 1、不可远距离传导 2 、无“全或无”现象 3 、时程和刺激声一致  毛细胞电位的传导电—化学过程 www.tinnitus- light.org 毛细胞感受器电位 传入神经末梢EPSP的形成 毛细胞感受器电位 传入神经末梢EPSP的形 成  www.tinnitus- light.org 电—化学过程模式图 谷氨酸 谷氨酸受体 Na+离子 Ca2+离子 突触囊泡 www.tinnitus- light.org 电—化学过程模式图 谷氨酸 谷氨酸受体 Na+离子 Ca2+离子 突触囊泡  化学—电过程 www.tinnitus- light.org 1.谷氨酸在突触间隙内物理扩散 2.谷氨酸抵达突触后膜，与谷氨酸受体结合，开放离 子通道 3.Na+内流,K+外流, Na+内流> K+外流 EPSP形成  EPSP的性质 www.tinnitus- light.org 1.EPSP的幅度与一次刺激引起释放的囊泡的数目相关 后者与CM,声强度相关 2.EPSP的潜伏期为一个突触延搁(0.5ms) 3.EPSP不能远距离转送 4.EPSP可以总和(时间和空间)  微型EPSP (MEPSP) .少数内毛细胞自发性地释放Glu形成MEPSP . MEPSP的总合是听神经纤维自发放电的基础 www.tinnitus- light.org  听神经动作电位（ AP）的形成 EPSP 总和 AP www.tinnitus- light.org  毛细胞底部的树突结构示意图 www.tinnitus- light.org 传入树突 毛细胞 支持细胞  听神经动作电位（ AP）图形 www.tinnitus- light.org  www.tinnitus- light.org 正反馈机制 阈强度刺激去极化(阈电位) 一定数量的Na+通道开放 Na+内流 去极化 更多的Na+通道开放 最大量的Na+通道开放 Na+通道快速开放和AP上升支形成原因 www.tinnitus- light.org 正反馈机制 阈强度刺激去极化(阈电位) 一定数量的Na+通道开放 Na+内流 去极化 更多的Na+通道开放 最大量的Na+通道开放 Na+通道快速开放和AP上升支形成原因  锋电位下降支的形成 www.tinnitus- light.org 1.Na+通道的失活 快速失活在开放后数个0.1ms发生； 膜电位恢复至-20mv前不能解除失活 2.K+通道的完全开放 发生在Na+通道的失活的同时缓慢性无快速 失活  听神经单纤维动作电位的性质 www.tinnitus- light.org 1、可传导(无衰减性） 2 、“全或无”现象 3 、绝对不应期  www.tinnitus- light.org CAP 听神经干胞外记录 复合听神经动作电位次(CAP) 不遵守“全或无”定律 判断动物听力的指标 CAP 阈值曲线阈 值 频率 CAP阈值VS频率 www.tinnitus- light.org CAP 听神经干胞外记录 复合听神经动作电位次(CAP) 不遵守“全或无”定律 判断动物听力的指标 CAP 阈值曲线阈 值 频率 CAP阈值VS频率  耳蜗编码的概忬 www.tinnitus- light.org 声刺激中的三个主要参数（时程，强度，频率） 电冲动的变化  时程编码 www.tinnitus- light.org 1.耳蜗微音器声－电转换的高保真性 ＣＭ无潜伏期，时程与刺激声 一致 2.有动作电位的时程与刺激声基本 一致  频率编码 www.tinnitus- light.org  耳蜗的初级编码功能 www.tinnitus- light.org 质的编码(辨别声音的频率) 专用线路原则 某一频率的纯音是通过某一部位的基底膜的谐振, 某些专门毛细胞换能,专门神经纤维传入,各级中枢某 些专门神经元接收.  基底膜的谐振特性 www.tinnitus- light.org .基底膜不同部位的质量(M)和弹性(S)不一 .基底膜不同部位有自己的固有频率 . 当外界(声)策动频率与某一部位的固有频率 一致时, 发生共振.  毛细胞的谐振特性 www.tinnitus- light.org 底回外毛细胞高约25.m 顶端第一行外毛细胞高约45－65 .m 螺旋器的质量亦随毛细胞的长度增加而加重  毛细胞的谐振特性 www.tinnitus- light.org . 坐落在基底膜不同部位的毛细胞质量 (M)和劲度(S)不 一 .基底膜不同部位的毛细胞有自己的固有频率 . 当外界(声)策动频率与某一部位毛细胞的固有频率一致 时, 发生共振.  强度编码 www.tinnitus- light.org 1 动作电位的序列、频度数（对单一感受细胞和 单一传入神经元而言） 2 被兴奋的感受器细胞个数、传入动作电位的 神经纤维  耳蜗传递螺旋神经元 www.tinnitus- light.org 螺旋神经节细胞为初级周围神经元 (听神经元 ) 将毛细胞换能编码后的信息传入中枢 .螺旋神经节细胞为双极细胞 .周围突与毛细胞构成突触 .中枢突构成听神经 人类耳蜗有近30000螺旋神经节细胞 . I 型 95%胞体较大,有髓鞘 会聚形式与IHC 突触连结 20:1 II 型 5% 胞体较小,无髓鞘 辐射形式与OHC 突触连结 1: 20-100  www.tinnitus- light.org  听神经纤维(auditory nerve fibers) www.tinnitus- light.org 95% 为有髓神经纤维,来源于I型SGC 5% 为无髓神经纤维,来源于II型SGC 听神经单纤维记录放电(single unit discharge )来自 有髓神经纤维 (IHC有关)  听神经元的自发放电 www.tinnitus- light.org .将微电极插入单根听神经纤维 .在无声音刺激下,也可记录到自发放电 0-100 spikes/s 三种类型的自发放电听神经元 High SA 60% 40-100/s (粗, IHC外侧) Medium SA 25% 10-40/s Low SA 15% 0-10/s (细, IHC内侧)  听神经元的诱发放电 www.tinnitus- light.org 在自发放电的基础上, 给一定频率和强度的声刺激 该神经元放电率增加 每一听神经元有自己的CF 诱发放电的阈值 High SA threshold 低 Low SA threshold 高  AP的传递 www.tinnitus- light.org 不同频率的声音换能后的AP 由不同(专门)的听神经元和它的纤维传送 .低强度的声音换能后的AP .由High SA 和它的纤维传送 .高强度的声音换能后的AP .由High SA, Low SA 和它们的纤维传送  谢谢！谢谢！ www.tinnitus- light.org