突觸小泡中的乙酰膽堿是興奮傳遞的化學物質。乙酰膽堿是在軸漿中合成的，合成后由小泡攝取并貯存在小泡內，在一定情況下小泡內的乙酰膽堿可以釋放入接頭間隙，釋放時小泡內的物質全部進入間隙，稱為量子式釋放。在神經纖維處于安靜狀態時，僅有少數小泡隨機地與接頭前膜接觸融合，通過出胞作用將小泡中的乙酰膽堿釋放入間隙；由于釋放的乙酰膽堿量很少，對接頭后膜只引起微弱的去極化作用，不會產生肌細胞的興奮。但當神經纖維有沖動抵達末梢時，在動作電位去極化的影響下末梢膜的Ca2 通道開放，造成Ca2 的內流。Ca2 可能具有兩方面作用，一方面使軸漿的粘滯性減小，另一方面可中和接頭前膜內的負電荷，從而使小泡易于向前膜移動而融合。在Ca2 的作用下，導致較大量的小泡移向前膜并接觸融合，發生出泡作用并向間隙釋放出足夠量的乙酰膽堿。足量的乙酰膽堿擴散到終板膜表面，和該膜上的特殊受體結合。這種受體是膜上的特殊蛋白質，由兩部分組成：一部分可與乙酰膽堿結合，另一部分是離子通道。當受體未與乙酰膽堿結合時，通道處于關閉狀態；而當受體與乙酰膽堿結合時，通道即行開放，使終板膜對K 、Na 、Cl-通透性增加（主要是Na 通透性增加），造成終板膜較大程度的去極化，形成終板電位。這種通道與前述的電壓依從式通道不同，它是化學依從式通道；即它是在化學信號（如乙酰膽堿）與受體結合時才改變其功能狀態的，亦即通道從關閉狀態改變成開放狀態，離子通透性從而增加。終板電位是局部興奮，它只能以電緊張的方式影響其周圍的肌膜，使肌膜也發生去極化。當肌膜去極化達到閾電位水平時，就引發肌膜的動作電位，此動作電位隨即向整個肌細胞膜進行“全或無”式的傳導，從而完成了神經肌接頭興奮傳遞的全過程。乙酰膽堿在完成傳遞作用后，將被終板膜上的膽堿酯酶水解而失活，終極電位也就消失，以便使下一個神經沖動到來時再發生新的神經肌接頭傳遞。
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