神經細胞是神經系統的功能單位。 神經系統被認為有上萬個這樣的細胞，稱為 神經元 神經膠質，神經膠質細胞的數量多於神經元。

神經元

圖 1 是一個神經元的理想圖，具有三個最重要的結構特徵：細胞體、樹突和軸突末端。

圖 1. 神經元的解剖結構

樹突是在神經元的細胞體附近出現的精細分支過程。 樹突通過稱為神經遞質的化學信使接收興奮或抑製作用。 細胞質是細胞體的材料，細胞器（包括細胞核）和其他內含物位於圖 2 中。細胞核包含細胞的染色質或遺傳物質。

圖 2. 細胞器

與其他活細胞相比，神經細胞的細胞核具有非典型性，它雖然含有遺傳物質脫氧核糖核酸（DNA），但DNA不參與細胞分裂過程； 也就是說，在達到成熟之後，神經細胞不會分裂。 （此規則的一個例外是鼻壁（嗅覺上皮細胞）中的神經元。）細胞核富含核糖核酸 (RNA)，這是蛋白質合成所必需的。 已經確定了三種類型的蛋白質： 胞質蛋白，形成神經細胞的纖維狀元件； 心內蛋白，為細胞活動產生能量； 和形成膜和分泌產物的蛋白質。 神經元現在被認為是經過修飾的分泌細胞。 分泌顆粒形成，儲存在突觸小泡中，隨後作為神經遞質物質釋放，神經細胞之間的化學信使。

構成神經元骨架的纖維元件參與神經元的營養功能，充當傳輸載體。 軸突運輸可以是順行的（細胞體到軸突末端）和逆行的（軸突末端到細胞體）。 從最粗到最細，可識別出三種類型的原纖維元件：微管、神經絲和微絲。

膠質細胞

與神經元相反，神經膠質細胞本身並不攜帶電信息。 神經膠質細胞有兩種類型： 大膠質細胞 和 小膠質細胞. 大膠質細胞是至少三種類型細胞的名稱：星形膠質細胞、少突膠質細胞和室管膜細胞。 小膠質細胞主要是清道夫細胞，用於在發生神經損傷或感染後清除碎片。

神經膠質細胞還具有獨特的顯微和超顯微特徵。 神經膠質細胞在物理上支持神經元，但現在也開始了解許多生理特性。 最重要的神經元-膠質細胞相互作用是神經膠質細胞在為神經元提供營養、在神經元死亡後清除其碎片以及最重要的是促進化學通訊過程中的作用。 與神經元形成鮮明對比的是，神經膠質細胞可以分裂，因此可以自我繁殖。 例如，神經系統腫瘤是由神經膠質細胞的異常繁殖引起的。

髓磷脂

在神經組織的宏觀觀察中出現的“灰質”和“白質”，是有微觀和生化基礎的。 在顯微鏡下，灰質包含神經元細胞體，而白質是發現神經纖維或軸突的地方。 “白色”外觀是由於覆蓋了這些纖維的鞘——由一種叫做髓磷脂的脂肪物質組成。 周圍神經的髓磷脂起源於包裹在軸突周圍的雪旺細胞膜。 中樞神經系統中纖維的髓鞘由少突膠質細胞（各種神經膠質細胞）的膜提供。 少突膠質細胞通常使多個軸突形成髓鞘，而雪旺細胞僅與一個軸突相關。 連續的雪旺細胞或少突膠質細胞之間存在髓鞘的不連續性（稱為朗飛結）。 據估計，在最長的中央運動通路中，多達 2,000 個雪旺氏細胞形成了髓鞘。 髓磷脂的作用是促進動作電位的傳播，它可能是神經毒劑的特定靶標。 神經毒性物質的形態學分類將髓鞘的特徵性神經病理學變化描述為髓鞘病。

神經元的營養功能

神經元的正常功能包括蛋白質合成、軸突運輸、動作電位的產生和傳導、突觸傳遞以及髓鞘的形成和維持。 早在 19 世紀，神經元的一些基本營養功能就通過軸突切片（軸突切開術）進行了描述。 在發現的過程中，最重要的過程之一是沃勒變性——以描述它的英國生理學家沃勒命名。

沃勒變性提供了一個很好的機會來描述由於創傷或毒性損傷而導致的細胞器中眾所周知的變化。 順便說一句，用於描述創傷性軸索切斷術產生的沃勒變性的術語與用於描述神經毒性藥物引起的變化的術語相同。 在細胞水平上，由神經組織毒性損傷引起的神經病理學變化遠比外傷性損傷引起的神經病理學變化複雜得多。 直到最近才觀察到受神經毒劑影響的神經元的變化。

切斷軸突後 1 小時，最顯著的特徵是機械創傷兩側的腫脹。 腫脹是由於受傷部位兩側的液體和膜狀成分的積聚造成的。 這些變化與在被雨水淹沒的雙向道路上觀察到的變化沒有什麼不同，車輛停在被淹沒區域的兩側。 在這個類比中，失速的車輛就是腫脹。 幾天后，有鞘的軸突（即覆蓋有髓磷脂的軸突）發生再生。 新芽從近端樹樁以每天 3 至 XNUMX 毫米的速度移動。 在有利的條件下，芽會到達遠端（離細胞體較遠）的樹樁。 當重新神經支配——殘肢連接——完成時，正常傳輸的基本特徵已經重新建立。 受損神經元的細胞體在蛋白質合成和軸突運輸方面發生了深刻的結構變化。

如果說分子神經生物學是一門年輕的學科，那麼神經毒性過程的神經生物學就更年輕了，而且還處於起步階段。 誠然，許多神經毒素和藥物作用的分子基礎現在已經很清楚了。 但除了一些明顯的例外（例如，鉛、甲基汞、丙烯酰胺），絕大多數環境和神經毒劑的毒性的分子基礎是未知的。 這就是為什麼我們仍然不得不參考經典神經藥理學或現代藥物製造工作中相對豐富的策略和例子，而不是描述一組選定的職業和環境神經毒劑的分子神經生物學。

神經遞質

神經遞質是一種化學物質，當它通過動作電位從軸突末端釋放時，會在另一條神經纖維受到刺激時產生瞬時電位變化。 神經遞質刺激或抑制鄰近的神經元或效應器官，如肌肉和腺體。 現在正在對已知的神經遞質及其神經通路進行深入研究，並不斷發現新的神經遞質。 一些神經和精神疾病現在被認為是由神經傳遞中的化學變化引起的——例如，重症肌無力、帕金森病、某些形式的情感障礙，如抑鬱症、思維過程的嚴重扭曲，如精神分裂症和阿爾茨海默病。 儘管已經發表了關於幾種環境和職業性神經毒劑對神經傳遞的影響的出色的孤立報告，但與神經精神疾病的現有知識相比，知識體系還很貧乏。 製造藥物的藥理學研究需要了解藥物如何影響神經傳遞。 因此，藥物製造和神經傳遞研究密切相關。 Feldman 和 Quenzer (1984) 總結了藥物作用的變化觀點。

神經毒劑對神經傳遞的影響的特徵在於它們在神經系統中的作用位置、它們的化學受體、它們作用的時間進程、神經毒劑是否促進、阻斷或抑制神經傳遞，或者神經毒劑是否改變神經傳遞的終止或去除神經遞質的藥理作用。

神經科學家遇到的一個困難是需要將神經元分子水平上發生的已知過程與細胞水平上的事件聯繫起來，這反過來又可以解釋正常和病理性神經心理變化是如何發生的，如下文所述很大程度上仍然適用：“（A）在分子水平上，通常可以解釋藥物的作用； 在細胞水平上，有時可以做出解釋，但在行為水平上，我們的無知是深不可測的”（Cooper、Bloom 和 Roth 1986）。

神經系統的主要組成部分

了解神經系統的主要組成部分對於理解神經毒性疾病的總體神經心理學表現、使用特定技術評估神經系統功能的基本原理以及理解神經毒性作用的藥理學機制至關重要。 從功能的角度來看，神經系統可分為兩個主要部分： 軀體神經系統 傳遞身體各部分的感覺信息（觸覺、溫度、疼痛和肢體位置——即使閉眼時也是如此）並攜帶支配和控制骨骼肌運動的神經通路，例如手臂、手指、腿部和腳趾。 這 內臟神經系統 控制通常不受血管影響的內部器官、眼睛瞳孔的擴張和收縮等。

從解剖學的角度來看，需要確定四個主要組成部分： 中樞神經系統是， 外周神經系統 包括腦神經， 自主系統 和 神經內分泌系統.

中樞神經系統

中樞神經系統包含大腦和脊髓 圖 3。大腦位於顱骨腔內，受腦膜保護。 它分為三個主要部分； 按升序排列——即從神經系統的尾部（尾部）到頸部（頭部）部分——它們是後腦（也稱為菱腦）、中腦（中腦）和前腦（前腦）。

圖 3. 神經系統的中樞和外周部分

後腦

後腦的三個主要組成部分是延髓、腦橋和小腦圖 4。

圖 4. 從側面顯示的大腦。

延髓包含控制心率和呼吸的神經結構，有時是導致死亡的神經毒劑和藥物的目標。 腦橋（橋）位於延髓和中腦之間，其名稱來源於大量穿過其前部並通往小腦半球的纖維。 小腦——在拉丁語中，小腦——具有典型的波紋狀外觀。 小腦接收感覺信息並發送運動協調所必需的運動信息。 它負責（除其他功能外）執行精細動作。 這種調度——或編程——需要適當的感覺輸入和運動反應時間。 小腦通常是許多神經毒劑的目標——例如，酒精飲料、許多工業溶劑、鉛——它們會影響運動反應。

中腦

中腦是大腦中連接後腦和前腦的狹窄部分。 中腦的結構是大腦導水管、頂蓋、大腦腳、黑質和紅核。 腦導水管是連接第三腦室和第四腦室（充滿液體的腦腔）的通道； 腦脊液 (CSF) 流經此開口。

前腦

大腦的這一部分被細分為間腦（“大腦之間”）和大腦。 間腦的主要區域是丘腦和下丘腦。 “丘腦”的意思是“內室”。 丘腦由稱為細胞核的神經元群組成，具有五個主要功能：

• 接收感覺信息並將其發送到大腦皮層的初級區域
• 將有關正在進行的運動的信息發送到大腦皮層的運動區
• 將有關邊緣系統活動的信息發送到與該系統相關的大腦皮層區域
• 將有關丘腦內活動的信息發送到大腦皮層的關聯區域
• 將腦幹網狀結構活動的信息發送到大腦皮層的廣泛區域。

下丘腦這個名字的意思是“在丘腦之下”。 它形成第三腦室的底部，是大腦成像的重要參考點。 下丘腦是一個複雜、微小的神經結構，負責行為的許多方面，例如基本的生物驅動、動機和情緒。 它是神經系統和神經內分泌系統之間的紐帶，將在下面進行回顧。 腦垂體（也稱為垂體）通過神經元連接到下丘腦核團。 眾所周知，下丘腦神經細胞執行許多神經分泌功能。 下丘腦與大腦的許多其他主要區域相連，包括鼻腦（最初與嗅覺相關的原始皮層）和邊緣系統，包括海馬體。

大腦皮層是大腦最大的組成部分，由兩個大腦半球組成，大腦半球由大量稱為胼胝體的白質連接。 大腦皮層是每個大腦半球的表層。 大腦皮層的深溝——中央溝和外側溝（圖 4）——被用作分離大腦解剖區域的參考點。 額葉位於中央溝的前面。 頂葉開始於中央溝的後部，緊挨著佔據大腦後部的枕葉。 顳葉開始於外側溝的折疊內部，並延伸到大腦半球的腹側。 大腦的兩個重要組成部分是基底神經節和邊緣系統。

基底神經節是核——即神經細胞簇——位於大腦的中心。 基底節包括錐體外運動系統的主要中心。 （該術語與之相對的錐體系統參與運動的自主控制。）錐體外系系統選擇性地受到許多神經毒劑（例如錳）的影響。 在過去的二十年中，關於這些細胞核在幾種神經退行性疾​​病（例如，帕金森病、亨廷頓舞蹈病）中所起的作用，已經取得了重要發現。

邊緣系統由向多個方向分支的複雜神經結構組成，並與大腦的許多“舊”區域建立聯繫，尤其是與下丘腦。 它參與情緒表達的控制。 海馬體被認為是許多記憶過程發生的結構。

脊髓

脊髓是位於椎管內的白色結構。 它分為四個區域：頸椎、胸椎、腰椎和骶尾骨。 脊髓的兩個最容易識別的特徵是包含神經元細胞體的灰質和包含神經元有髓鞘軸突的白質。 脊髓灰質的腹側區域包含調節運動功能的神經細胞； 胸脊髓的中部區域與自主神經功能有關。 背側部分接收來自脊神經的感覺信息。

周圍神經系統

周圍神經系統包括那些在中樞神經系統之外的神經元。 期限 外圍設備 描述了這個系統的解剖分佈，但在功能上它是人為的。 例如，外周運動纖維的細胞體位於中樞神經系統內。 在實驗、臨床和流行病學神經毒理學中，術語 外周神經系統 (PNS) 描述了一種系統，該系統選擇性地易受有毒物質的影響並且能夠再生。

脊神經

腹根和背根是周圍神經沿其長度進入和離開脊髓的地方。 相鄰的椎骨包含開口，以允許形成脊神經的根纖維離開椎管。 有 31 對脊神經，根據與其相關的脊柱區域命名：8 對頸椎、12 對胸椎、5 對腰椎、5 對骶椎和 1 對尾骨。 後腦區是由脊神經圖 5 支配的身體區域。

圖 5. 脊神經（後腦）的節段分佈。

仔細檢查後備體的運動和感覺功能，神經學家可以推斷出發生損傷的病變位置。

表 1. 每對腦神經的名稱和主要功能

¹ 下句單詞的第一個字母是腦神經名稱的第一個字母：“在老奧林匹斯山的小頂上，一個芬蘭人和德國人看到了一些啤酒花”。 許多代的學生都使用這個或類似的句子來幫助他們記住顱神經的名稱。

腦神經

腦幹 是一個綜合性術語，指代包括延髓、腦橋和中腦在內的神經系統區域。 腦幹是脊髓向上和向前（腹側）的延續。 正是在這個區域，大部分腦神經出入。 腦神經有12對； 表 1 描述了每對的名稱和主要功能，圖 6 顯示了大腦中一些顱神經的入口和出口。

圖 6。從下方顯示的大腦有許多顱神經的入口和出口。

自主神經系統

自律神經系統是控制人體內臟成分活動的神經系統的一部分。 之所以稱為“自主”，是因為它自動執行其功能，這意味著它的功能無法隨意控制。 從解剖學的角度來看，自主神經系統有兩個主要組成部分：交感神經系統和副交感神經系統。 控制內臟活動的交感神經起源於脊髓的胸椎和腰椎部分； 副交感神經起源於腦乾和脊髓的骶部。

從生理學的角度來看，無法對交感神經系統和副交感神經系統控制不同身體器官的方式進行單一概括。 在大多數情況下，內臟器官受兩種系統支配，每種類型在製衡系統中都有相反的作用。 例如，心臟受交感神經的支配，交感神經的興奮使心跳加速，副交感神經的興奮使心跳減慢。 任何一個系統都可以刺激或抑制它所支配的器官。 在其他情況下，器官主要或完全由一個系統或另一個系統控制。 自主神經系統的一個重要功能是維持體內平衡（穩定的平衡狀態）和使動物身體適應其外部環境。 體內平衡是通過一個活躍的過程實現的身體功能的平衡狀態； 體溫、水和電解質的控制都是穩態過程的例子。

從藥理學的角度來看，並沒有像人們曾經認為的那樣與交感神經或副交感神經功能相關的單一神經遞質。 當發現新的神經遞質和神經調節劑類別（例如，多巴胺、血清素、嘌呤和各種神經肽）時，必須放棄認為乙酰膽鹼是自主系統主要遞質的舊觀點。

神經科學家最近恢復了自主神經系統的行為觀點。 自主神經系統參與了人類仍然存在的戰鬥或逃跑本能反應，這在很大程度上是壓力引起的生理反應的基礎。 通過自主神經系統，神經系統和免疫功能之間的相互作用是可能的。 源自自主神經系統的情緒可以通過骨骼肌表達。

平滑肌的自主控制

內臟的肌肉——心臟除外——是平滑肌。 心肌同時具有骨骼肌和平滑肌的特徵。 與骨骼肌一樣，平滑肌也含有兩種蛋白質肌動蛋白和較小比例的肌球蛋白。 與骨骼肌不同，它們不存在肌纖維的常規組織，肌纖維的收縮單位。 心臟的獨特之處在於它可以產生肌源性活動——即使在其神經神經支配被切斷後，它也可以自行收縮和放鬆數小時。

平滑肌中的神經肌肉耦合不同於骨骼肌。 在骨骼肌中，神經肌肉接頭是神經和肌肉纖維之間的連接。 在平滑肌中，沒有神經肌肉接頭； 神經末梢進入肌肉，向四面八方傳播。 因此，平滑肌內部的電事件比骨骼肌中的電事件慢得多。 最後，平滑肌具有表現出自發收縮的獨特特徵，例如腸道表現出的那種。 在很大程度上，自主神經系統調節平滑肌的自發活動。

自主神經系統的核心組成部分

自律神經系統的主要作用是調節平滑肌、心臟、消化道腺體、汗腺、腎上腺等內分泌腺體的活動。 自主神經系統有一個中樞組成部分——位於大腦底部的下丘腦——許多自主神經功能都在這裡整合。 最重要的是，自主神經系統的核心組成部分直接參與調節生物驅動（溫度調節、飢餓、口渴、性、排尿、排便等）、動機、情緒，並在很大程度上參與“心理”功能例如情緒、影響和感覺。

神經內分泌系統

腺體是內分泌系統的器官。 它們被稱為內分泌腺，因為它們的化學信息在體內傳遞，直接進入血液（與外分泌腺相反，例如汗腺，其分泌物出現在身體的外表面）。 內分泌系統通過稱為激素的化學信使對器官和組織提供緩慢但持久的控制。 激素是人體新陳代謝的主要調節劑。 但是，由於中樞神經系統、外周神經系統和自主神經系統之間的密切聯繫， 神經內分泌系統——一個捕捉如此復雜聯繫的術語——現在被認為是人體和行為的結構和功能的強大修飾符。

激素被定義為化學信使，它們從細胞中釋放到血液中，對一定距離外的靶細胞發揮作用。 直到最近，激素才與上面討論的神經遞質區分開來。 後者是從神經元釋放到神經末梢和另一個神經元或效應器（即肌肉或腺體）之間的突觸上的化學信使。 然而，隨著多巴胺等經典神經遞質也可以充當激素的發現，神經遞質和激素之間的區別現在越來越不明確。 因此，基於純粹的解剖學考慮，源自神經細胞的激素可稱為神經激素。 從功能的角度來看，神經系統可以被認為是一個真正的神經分泌系統。

下丘腦通過與腦垂體（也稱為垂體，位於大腦底部的小腺體）的聯繫控制內分泌功能。 直到 1950 世紀 XNUMX 年代中期，內分泌腺才被視為一個獨立的系統，由腦下垂體控制，腦下垂體通常被稱為“主腺”。 當時，提出了一種神經血管假說，該假說確立了下丘腦/垂體因素在控制內分泌功能中的功能作用。 在這種觀點下，內分泌下丘腦提供了控制內分泌系統的最終共同神經內分泌通路。 現在已經確定，內分泌系統本身受中樞神經系統以及內分泌輸入的調節。 因此， 神經內分泌學 現在是描述研究神經系統和內分泌系統在控制生理過程中的相互綜合作用的學科的恰當術語。

隨著對神經內分泌學了解的增加，最初的分歧正在瓦解。 下丘腦位於垂體上方並與之相連，是連接神經系統和內分泌系統的紐帶，它的許多神經細胞都具有分泌功能。 它還與大腦的其他主要區域相關，包括鼻腦——最初與嗅覺或嗅覺相關的原始皮層——以及與情緒相關的邊緣系統。 垂體後葉腺釋放的激素正是在下丘腦中產生的。 下丘腦也產生稱為釋放和抑制激素的物質。 這些作用於腺垂體，使其增強或抑制垂體前葉激素的產生，而垂體前葉激素作用於位於其他地方的腺體（甲狀腺、腎上腺皮質、卵巢、睾丸等）。

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