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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能的懷疑及其解釋
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本研究首先以郎飛結(jié)的最新科學(xué)研究結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，用物理模型的方式來比擬郎飛結(jié)之間的傳導(dǎo)過程。然后通過物理模型中各種物理量的變化和實(shí)際郎飛結(jié)所需物理量的變化的對(duì)照和分析。隨后大膽總結(jié)和概述出“對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能懷疑”這一結(jié)論。最后啟發(fā)式地由物理模型的研究形式轉(zhuǎn)化為對(duì)實(shí)際郎飛結(jié)傳導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)探索的追問。
- 詳細(xì)介紹：
- 一.經(jīng)典理論認(rèn)為有髓神經(jīng)纖維節(jié)能傳導(dǎo)的原因是髓鞘在有髓神經(jīng)上占據(jù)軸突膜上的Na+泵、K+泵的位置而減少了Na+、K+離子流動(dòng)的數(shù)目，從而減少通過耗能Na-K泵的Na+、K+離子數(shù)目，繼而減少了所耗ATP的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了郎飛結(jié)處的傳導(dǎo)節(jié)能。但是由于物理傳導(dǎo)模型的推理和郎飛結(jié)處高密度Na+泵通道的研究結(jié)果,所以對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能產(chǎn)生了懷疑。 二.郎飛結(jié)間的傳導(dǎo)及其物理模型 (1)動(dòng)作電位的產(chǎn)生 由于構(gòu)成髓鞘的脂質(zhì)是不導(dǎo)電或不允許帶電離子通過的，只能在髓鞘暫時(shí)中斷的郎飛結(jié)處軸突膜才能和細(xì)胞外液接觸，使跨膜離子移動(dòng)得以進(jìn)行[4]。因此有髓纖維受到外來刺激時(shí)，只有郎飛結(jié)處發(fā)生動(dòng)作電位，從而增加了內(nèi)向Na+的通透性，使Na+在瞬間不消耗能量的情況下流入軸突膜內(nèi)，造成膜內(nèi)正外負(fù)的效果。若刺激為閾刺激，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作電位，膜內(nèi)外存在動(dòng)作電壓，膜同側(cè)與其有髓神經(jīng)纖維的其它部位也存在電壓。 (2)相鄰郎飛結(jié)之間的傳導(dǎo)及物理傳導(dǎo)模型的建立 脂質(zhì)雙層膜存在電阻和電容。膜電阻取決于它們運(yùn)載粒子流的能力，當(dāng)存在驅(qū)動(dòng)力的時(shí)候—正如銅線的電阻取決于它運(yùn)載電子電流的能力一樣。細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差，使離子通過通道由一側(cè)轉(zhuǎn)移到生物膜的另一側(cè)，通道密度越高，其電阻越低，而電導(dǎo)越高。 膜電容介質(zhì)來自脂質(zhì)雙層疏水性的內(nèi)層，這內(nèi)層是不良導(dǎo)體。當(dāng)電荷被一個(gè)不導(dǎo)電的膜層電容器分隔時(shí)，正電荷和負(fù)電荷附著并堆積在脂質(zhì)雙層的雙側(cè)。分隔的電荷跨脂質(zhì)雙層產(chǎn)生電位差，電位差的大小取決于它的性質(zhì)。因?yàn)楫a(chǎn)生電壓的電荷是按一定的速率提供的，所以膜電容影響跨脂質(zhì)雙層電壓變化的時(shí)程。 在電學(xué)上一片膜可用平行的RC(如圖1-A,B）電路代表：電阻和電容平行[5]。圖示中，電阻為各個(gè)通道引起的電阻，是在正常生理狀態(tài)下的細(xì)胞內(nèi)部與外部交流的通道，其中不包括K+通道和引起動(dòng)作電位的Na+通道等類似通道，因?yàn)檎ｌo息電壓不能使其激活；電容處也存在通道，即電壓門控的Na+通道和K+通道等類似通道，只有電壓達(dá)到一定的電壓值時(shí)才可以激活開放。 A B 圖1 由以上分析，當(dāng)郎飛結(jié)處受到閾刺激爆發(fā)動(dòng)作電位而使膜內(nèi)外存在電壓時(shí)，如圖2膜外電勢(shì)為ψA，膜內(nèi)電勢(shì)為ψB。在正常生理狀態(tài)下，相鄰郎飛結(jié)處膜外的電勢(shì)為ψA*，膜內(nèi)的電勢(shì)為ψB*。顯然A、A*之間存在電勢(shì)差，B、B*之間也存在電勢(shì)差。由于膜兩側(cè)都是導(dǎo)電的，且|ψA‐ψB|〉|ψA*‐ψB*|，所以A*、B*之間存在相對(duì)平衡的離子流動(dòng)，從而建立了一個(gè)郎飛結(jié)間傳導(dǎo)的物理模型，如圖3. 圖2 圖3(見附圖） 通路的建立使A-B為A*-B*增大了逆的電化學(xué)梯度，A*-B*間離子移動(dòng)逐漸降低，逐漸使A*-B*發(fā)生逆的電位。RAA*、RBB*、RA*B*分擔(dān)電壓消耗電能。A-B間電能逐漸減少。UAB由Uab1減小為Uab2（AB動(dòng)作電壓為Uab1）。 A-B通過軸突能導(dǎo)電的液體給A*B*電容充電，最后充電電壓為Uab2,顯然Uab1>Uab2。 因?yàn)樯窠?jīng)細(xì)胞中Na+、K+離子通道為電壓門控通道[3],所以若A*-B*間產(chǎn)生動(dòng)作電位，首先須UA*B*大于或等于可引起電壓門控通道開放的最小電壓值Umin，所以Uab2≥Umin，Uab1＞Umin。 假設(shè)Uab2≥Umin，A*、B*軸突膜處電壓門控通道開放使Na+進(jìn)入膜內(nèi)，K+流入膜外，爆發(fā)動(dòng)作電位，則爆發(fā)動(dòng)作電位后的A*-B*即便成為類似A-B的電池，從而為下一次郎飛結(jié)處電壓門控通道提供所需電壓，以此循環(huán)下去傳導(dǎo)刺激。 由有髓神經(jīng)纖維郎飛結(jié)處傳導(dǎo)模型的建立聯(lián)系無髓神經(jīng)纖維處傳導(dǎo)。因?yàn)闊o髓神經(jīng)纖維沒有髓鞘使其表面相斷，所以無髓神經(jīng)纖維軸突膜處AB與A*B*相距較近，無RAA*和RBB*，且RA*B*與電容CA*B*并聯(lián)。電池AB給電容CA*B*充電時(shí)幾乎無能量損失，UAB=Umin。 (3)動(dòng)作電位產(chǎn)生到恢復(fù)正常生理狀態(tài)期間離子轉(zhuǎn)運(yùn)及能量消耗 Na+內(nèi)流去極化爆發(fā)動(dòng)作電位，K+外流復(fù)極化使膜內(nèi)外側(cè)恢復(fù)電荷于膜內(nèi)外相對(duì)平衡的生理狀態(tài)，但是此時(shí)的生理狀態(tài)相比刺激前的正常生理狀態(tài)，膜內(nèi)Na+增多，K+減少。于是，在隨后由于Na-K泵的作用使Na+、K+數(shù)目恢復(fù)到刺激前的正常生理狀態(tài)數(shù)目。值得注意的是，Na-K泵每運(yùn)輸3Na+和1K+便消耗1ATP[3]，此過程是耗能的。 三、對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能的懷疑及其分析 經(jīng)典理論認(rèn)為有髓神經(jīng)纖維節(jié)能傳導(dǎo)的原因是髓鞘在有髓神經(jīng)上占據(jù)軸突膜上的Na+泵、K+泵的位置而減少了Na+、K+離子流動(dòng)的數(shù)目，從而減少通過耗能Na-K泵的Na+、K+離子數(shù)目，繼而減少了所耗ATP的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了郎飛結(jié)處的傳導(dǎo)節(jié)能。但是由于以上物理傳導(dǎo)模型的推理和郎飛結(jié)處高密度Na+泵通道[6]的研究結(jié)果,所以對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能產(chǎn)生了懷疑。 在無髓神經(jīng)，因?yàn)锳B與A*B*相距較近使無髓神經(jīng)爆發(fā)產(chǎn)生動(dòng)作電位的電壓最小是Umin，而在有髓神經(jīng)中，由于RAA*、RBB*使產(chǎn)生的動(dòng)作電位的電壓值將大于Umin,,從而得出若在有髓神經(jīng)中，刺激所產(chǎn)生的傳導(dǎo)效果被傳導(dǎo)，則產(chǎn)生動(dòng)作電位處的郎飛結(jié)必須有更多的Na+流入膜內(nèi)。且有關(guān)研究表明郎飛結(jié)處高密度Na+通道[6]，從而更加有力證明郎飛結(jié)處產(chǎn)生的動(dòng)作電壓值大于同等長(zhǎng)度無髓神經(jīng)軸突處產(chǎn)生的電壓值，也就是說產(chǎn)生的動(dòng)作電壓越大，內(nèi)流Na+的數(shù)目越多。 因而對(duì)于郎飛結(jié)不能判斷性地認(rèn)為髓鞘在有髓神經(jīng)纖維上占據(jù)了軸突膜上Na+泵、K+泵、Na-K泵的位置而使其傳導(dǎo)產(chǎn)生節(jié)能的效果。而應(yīng)該從總體上比較刺激在同等長(zhǎng)度的有髓神經(jīng)和無髓神經(jīng)上傳導(dǎo)造成的鈉離子內(nèi)流數(shù)目和Na-K泵消耗ATP的數(shù)目的多少。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本研究目的是對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能的懷疑及其解釋。 本研究首先以郎飛結(jié)的最新科學(xué)研究結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，用物理模型的方式來比擬郎飛結(jié)之間的傳導(dǎo)過程。然后通過物理模型中各種物理量的變化和實(shí)際郎飛結(jié)所需物理量的變化的對(duì)照和分析。隨后大膽總結(jié)和概述出“對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能懷疑”這一結(jié)論。最后啟發(fā)式地由物理模型的研究形式轉(zhuǎn)化為對(duì)實(shí)際郎飛結(jié)傳導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)探索的追問。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 作品在對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)的節(jié)能懷疑的論述中，充分利用所建立的物理模型電傳導(dǎo)機(jī)制來描述郎飛結(jié)間的傳導(dǎo)過程，并用物理模型的理論對(duì)懷疑做了論證。通過懷疑和物理模型的論述，可使人們對(duì)郎飛結(jié)的傳導(dǎo)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。 利用物理模型來研究問題較比實(shí)驗(yàn)研究有了創(chuàng)新性和簡(jiǎn)便性，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的科學(xué)性而使物理模型的研究有了說服性，也為以后科學(xué)研究開辟了一條新的道路——物理模型的研究方法。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 近現(xiàn)代研究表明老年性癡呆病、格林-巴利綜合征和多發(fā)性硬化病與郎飛結(jié)的病變有關(guān)，也許對(duì)郎飛結(jié)處電傳導(dǎo)和結(jié)構(gòu)的清楚研究和認(rèn)識(shí)會(huì)對(duì)這些病的治愈具有積極的啟發(fā)作用。 為以后科學(xué)研究開辟了一條新的道路——物理模型的研究方法。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 經(jīng)典理論認(rèn)為有髓神經(jīng)纖維節(jié)能傳導(dǎo)的原因是髓鞘在有髓神經(jīng)上占據(jù)軸突膜上的Na+泵、K+泵的位置而減少了Na+、K+離子流動(dòng)的數(shù)目，從而減少通過耗能Na-K泵的Na+、K+離子數(shù)目，繼而減少了所耗ATP的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了郎飛結(jié)處的傳導(dǎo)節(jié)能。但是由于物理傳導(dǎo)模型的推理和郎飛結(jié)處高密度Na+泵通道的研究結(jié)果,所以對(duì)郎飛結(jié)傳導(dǎo)節(jié)能產(chǎn)生了懷疑。
獲獎(jiǎng)情況
- 暫無，正在準(zhǔn)備投稿中。
鑒定結(jié)果
- 有待更多的科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證
參考文獻(xiàn)
- [1]李繼碩主編，神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)[M]，北京：高等教育出版社， 2002,186-187 [2]江南，齊建國(guó)，郎飛結(jié)及其周圍結(jié)構(gòu)分子組成及其相互作用，《神經(jīng)解剖學(xué)雜志》，2010,26（4）；451-454 [3]岳利民，崔慧先主編，人體解剖生理學(xué)，第5版，人民衛(wèi)生出版社,2007,39-49 [4]汪仁斌，劉興洲，神經(jīng)傳導(dǎo)阻滯及其發(fā)生機(jī)制[M].腦與神經(jīng)疾病雜志，2006，14（3）：239-241 [5]陳宜張主編，分子神經(jīng)生物學(xué)，人民軍醫(yī)出版社，1995,85-86 [6]Peles E,Salzer JL.Molecular domains of myelinated axous[J],CurrOpin Neurbiol,2000,10(5):5582565 [7]Ratcliffe CF,Westenbrock RE,Curtis R,et al. Sodium channel1β1 and β3 subanits associate with nearofascin through their extracellular immunoglobulin like domain [J],Cell Biol,2001,15(4):4272434
同類課題研究水平概述
- 以往人們主要關(guān)注和研究郎飛結(jié)在神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)過程中的作用，例如參與著名的“跳躍式”神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)機(jī)制，而近幾年來，隨著分子生物學(xué)研究的興起和深入，郎飛結(jié)的形成、發(fā)育、分子組成、軸突膠質(zhì)相互作用以及其他方面的功能，引起了人們的廣泛興趣和關(guān)注。但是，沒有大多資料和課題對(duì)郎飛結(jié)進(jìn)行返璞歸真的研究，即郎飛結(jié)的傳導(dǎo)節(jié)能等問題的研究。而且現(xiàn)今用物理模型的方法來處理問題的研究少之又少。
