精选教育1819 第1单元 第3章 第1节 神经冲动的产生和传导doc.docx

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第三章　动物稳态维持的生理基础

第一节　神经冲动的产生和传导

学习目标

知识概览（教师用书独具）

1.理解膜电位产生的机理。

2．掌握动作电位的传导机理和特点。

（重点）

[自主预习·探新知]

一、生物电的发现

1．1786年，伽伐尼发现，若电击刚解剖出来的青蛙坐骨神经—腓肠肌标本，肌肉会收缩。

2．伏打得知以上结果后多次重复该实验。

3．英国剑桥大学的霍奇金和他的同事们，利用枪乌贼巨大神经纤维为材料，成功地测量了单个细胞膜内外的电位差及其变化情况，证明了生物电存在的事实。

这种存在于细胞膜内外的电位差，称为膜电位。

二、膜电位的产生

1．产生原因

细胞膜内外的离子浓度不同，以及离子的跨膜运输。

2．静息电位的产生

当神经细胞处于静息状态时，K＋通道开放（Na＋通道关闭），这时K＋会从浓度高的膜内向浓度低的膜外运动，使膜外带正电，膜内带负电。

膜外正电的产生阻止了膜内K＋的继续外流，使膜电位不再发生变化，产生静息电位。

3．动作电位的产生

当神经细胞受到刺激后，Na＋通道会立即开放，Na＋大量涌入细胞内，使细胞处于膜内带正电、膜外相对带负电的兴奋状态，此时的膜电位为动作电位。

三、动作电位的传导

1．神经冲动的传导：

细胞的动作电位一旦产生，就会向该细胞的其他部位不衰减地传送或扩展。

2．传导的过程

膜内，兴奋区的正电荷向邻近的静息区流动；膜外，电流流动方向与膜内方向相反。

两者共同作用，使静息区的膜电位上升而产生动作电位。

3．一般特征：

生理完整性、双向传导、非递减性传导、绝缘性、相对不疲劳性。

[基础自测]

1．判断对错

（1）神经细胞静息电位形成的主要原因是Na＋外流。

（　　）

（2）Na＋与神经细胞膜上兴奋传导有关。

（　　）

（3）人体血浆中K＋的浓度比红细胞中的低。

（　　）

提示：

（1）×　主要原因是K＋外流。

（2）√　（3）√

2．神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。

A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，正确的是（　　）

【导学号：

10402051】

A　[静息状态下，神经纤维膜内带负电，膜外带正电，A项的一极在膜内，另一极在膜外，会产生电位差，形成电流，电流计偏转。

B、C、D三项的两极同时在膜内或同时在膜外，测不到静息电位。

]

3．如图表示一段离体神经纤维的S点受到刺激而兴奋时，局部电流和神经兴奋的传导方向（弯箭头表示膜内、外局部电流的流动方向，直箭头表示兴奋传导方向）。

其中正确的是（　　）

C　[刺激神经纤维上的某一点，该点兴奋，电位由原来的内负外正变为内正外负，从而使该点与两侧相邻部位之间在膜内和膜外都形成了电位差，从而发生电荷移动，其移动方向是：

在膜外由未兴奋部位移向兴奋部位，在膜内由兴奋部位移向未兴奋部位，因此兴奋的传导是双向的，且与膜内电荷移动的方向相同，故C项正确。

]

[合作探究·攻重难]

生物电的发现与膜电位的产生

[思考交流]

1．“蛙腿论战”给了我们什么启示？

提示：

科学研究时要善于质疑，要勇于探索。

2．将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液（S）中，可测得静息电位。

给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。

适当降低溶液S中的Na＋浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，是否可观察到静息电位和动作电位的变化？

提示：

静息电位值不变，动作电位峰值降低。

[归纳总结]　

1．膜电位的测量

测量方法

测量图解

测量结果

电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧

电表两极均置于神经纤维膜的外侧

2．神经纤维上膜电位变化曲线解读

离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。

如图表示该部位受刺激前后，膜两侧电位差的变化。

详细分析如下：

（1）a点——静息电位，外正内负，此时细胞膜主要对K＋有通透性；

（2）b点——零电位，动作电位形成过程中，细胞膜对Na＋的通透性增强；

（3）bc段——动作电位，细胞膜对Na＋继续保持通透性强度；

（4）cd段——静息电位恢复；

（5）de段——静息电位。

3．静息电位与动作电位的比较

静息电位

动作电位

神经细胞的状态

静息状态

受到足够强度刺激

主要离子分布

膜外

K＋、Na＋、Cl－

Na＋、Cl－

膜内

K＋、A－（带负电的大分子物质）

Na＋、K＋、A－

K＋通道

开放，K＋从膜内流向膜外，直至膜外正电荷阻止K＋继续外流

关闭

Na＋通道

关闭

开放，Na＋从膜外快速流向膜内

钠—钾泵

工作方式：

主动运输向细胞内运输K＋，向细胞外运输Na＋

电荷分布

内负外正

内正外负

特别提醒：

（1）静息电位时K＋的外流和动作电位时Na＋的内流，都是顺着物质的浓度梯度完成的，均不需要消耗能量。

（2）在静息电位和动作电位时，神经纤维膜内外两侧具有电位差，膜两侧的零电位出现在静息电位和动作电位相互转化的过程中。

　下图表示枪乌贼离体神经纤维在Na＋浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。

下列描述错误的是（　　）

A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化

B．两种海水中神经纤维的静息电位相同

C．低Na＋海水中神经纤维静息时，膜内Na＋浓度高于膜外

D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内

[技巧点拨]　明确外界K＋、Na＋浓度变化对电位峰值的影响：

K＋浓度影响静息电位

Na＋浓度影响动作电位

[解析]　在受到刺激后，由于正常海水中膜外和膜内的Na＋浓度差较大，所以钠离子迅速内流引发较大的动作电位，对应于曲线a，所以曲线a代表正常海水中膜电位的变化，A正确。

未刺激时电位相同，所以两种海水中神经纤维的静息电位相同，B正确。

在两种海水中，均是膜外的Na＋浓度高于膜内，只是在正常海水中膜外和膜内的Na＋浓度差比低Na＋海水中的大，所以D正确，C错误。

[答案]　C

[活学活用]

1．用新鲜的保持生物活性的青蛙坐骨神经—腓肠肌标本进行下列实验，观察不到肌肉收缩的是（　　）

A　[用同种金属构成回路时，无法形成金属电流，肌肉不收缩。

]

2．下图中甲是测量神经纤维膜内外电位的装置，乙是测得的膜电位变化。

【导学号：

10402052】

（1）图甲装置A测得的电位相当于图乙中________点的电位，该电位称为________电位。

装置B测得的电位相当于图乙中的________点的电位，该电位称为________电位。

（2）当神经受到适当刺激后，在兴奋部位，膜对离子的______性发生变化，________离子大量流向膜________，引起电位逐步变化，此时相当于图乙中的________段。

甲　　　　　　　　　　　　　　乙

（3）将离体神经置于不同钠离子浓度的生理盐水中，给予一定的刺激后，下图丙中能正确反映膜电位变化与钠离子浓度关系的是________。

（图中纵轴表示膜电位，横轴表示钠离子浓度对数值）

丙

[解析]　由图示可知，A装置测的是静息电位，B装置测的是动作电位。

神经冲动的传导过程是电化学的过程，是在神经纤维上顺序发生的电化学变化，神经受到刺激产生动作电位时，细胞膜的通透性发生急剧变化，Na＋大量流入膜内，形成内正外负的膜电位。

[答案]　

（1）A　静息　C　动作　

（2）通透　钠　内　B　（3）D

动作电位的传导

[思考交流]

观察以下图示，思考有关问题：

1．兴奋传导方向与局部电流的方向有何关系？

提示：

兴奋传导方向与膜内局部电流方向一致，与膜外局部电流方向相反。

2．电位形成时，K＋外流与Na＋内流是否消耗能量？

提示：

不消耗。

[归纳总结]　

1．动作电位传导的过程

2．兴奋在神经纤维上的传导方向与局部电流方向的关系

（1）在膜外，局部电流的方向与兴奋传导方向相反。

（2）在膜内，局部电流的方向与兴奋传导方向相同。

3．兴奋在神经纤维上传导与电表指针偏转问题分析

（1）刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电表指针发生两次方向相反的偏转。

（2）刺激c点（bc＝cd），b点和d点同时兴奋，电表指针不发生偏转。

特别提醒：

神经纤维上兴奋传导方向：

体内≠体外。

（1）离体神经纤维上兴奋的传导是双向的。

（2）在生物体内，神经纤维上的兴奋只能来自感受器。

因此在生物体内，兴奋在神经纤维上是单向传导的。

　如图所示，当神经冲动在轴突上传导时，下列叙述错误的是（　　）

A．丁区发生K＋外流和Na＋内流

B．甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态

C．乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁

D．图示神经冲动的传导方向有可能是从左到右或从右到左

[技巧点拨]　本题的突破点在于对兴奋传导方向的判断和对传导原理的理解。

[解析]　神经纤维静息电位为外正内负，动作电位为外负内正。

图示中乙区外负内正，则乙区兴奋，甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态；乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁；丁区外正内负，是K＋外流所致。

[答案]　A

[活学活用]

1．如图是神经元受到刺激后产生的电位变化图。

据下图可判断下列说法错误的是（　　）

A．神经纤维兴奋部位和未兴奋部位由于电位差的存在形成局部电流

B．刺激形成的兴奋部位电位变化是由于钾离子内流引起的

C．膜内电流的方向与兴奋传导的方向相同

D．兴奋传导过后又会恢复到静息电位

B　[在神经纤维受刺激后，神经纤维膜对钠离子通透性增加，使得刺激点处膜两侧的电位表现为内正外负，该部位与相邻未兴奋部位产生电位差而发生电荷移动，形成局部电流，A正确；刺激形成的兴奋部位电位变化是由于钠离子内流引起的，B错误；膜内电流的方向与兴奋传导的方向相同，而膜外电流的方向与兴奋传导的方向相反，C正确；兴奋传导过后，膜电位又变成外正内负，即又会恢复到静息电位，D正确。

]

2．如图所示，神经纤维MB段距离长于MC段，在M处给以电刺激，在B、C处用电流计测其电位变化，电流计指针（　　）

【导学号：

10402053】

A．不动　　　　B．向左摆

C．向右摆D．发生两次方向相反的摆动

D　[根据题意和图示分析可知：

在M处给以电刺激，由于兴奋在神经纤维上的传导是双向的，所以兴奋能传导到B、C处。

又由于神经纤维MB段距离长于MC段，所以兴奋先传导到C，使电流计指针发生摆动；后传导到B，使电流计指针又发生一次方向相反的摆动。

]

　若M点在BC的正中点，在M处给予电刺激，电流指针怎样变化？

提示：

不动。

[当堂达标·固双基]

1．静息时，大多数神经细胞的细胞膜（　　）

A．对阴离子的通透性比较大，氯离子大量流出膜外

B．对阳离子的通透性比较大，钠离子大量流出膜外

C．对钠离子通透性比较小，对钾离子通透性比较大

D．对钠离子通透性比较大，对钾离子通透性比较小

C　[静息时，大多数神经细胞的细胞膜对钠离子通透性比较小，对钾离子通透性比较大，表现为钾离子由膜内流向膜外。

]

2．下列能正确表示神经纤维受刺激后，刺激点膜电位由兴奋状态恢复为静息状态的过程是（　　）

A．①→④　　B．②→③

C．③→②D．④→①

A　[神经纤维兴奋部位的电位为外负内正，静息状态电位为外正内负。

]

3．如下图所示，将连接灵敏电压表的导线两端置于神经纤维的外表面和内部（已知表的指针向电流流入表内的接线柱一侧偏转），显示神经纤维兴奋部位膜电位的是（　　）

D　[神经纤维兴奋时膜外为负电位，膜内为正电位。

在电压表中从正电位流向负电位。

]

4．在离体实验条件下单条神经纤维的动作电位示意图如下。

下列叙述正确的是（　　）

【导学号：

10402054】

A．a～b段的Na＋内流是需要消耗能量的

B．b～c段的Na＋外流是需要消耗能量的

C．c～d段的K＋外流是不需要消耗能量的

D．d～e段的K＋内流是需要消耗能量的

C　[在神经纤维膜上有钠离子通道和钾离子通道。

当神经纤维某处受到刺激时会使钠离子通道开放，于是膜外钠离子在短期内大量流入膜内（顺浓度梯度运输，不消耗能量），造成了内正外负的电位变化（a～c段）。

但在很短的时期内钠离子通道又重新关闭，钾离子通道随即开放，钾离子又很快流出膜外（顺浓度梯度运输，不消耗能量），使得膜电位又恢复到原来的外正内负的状态（c～e段）。

故C项正确。

]

5．某兴趣小组通过记录传入神经上的电信号，研究了不同刺激与机体感觉之间的关系，结果如下：

刺激

类型

刺激

强度

传入神经上的电信号

（时长相等）

产生的感

觉类型　

感觉

强度

针刺激

较小

刺痛

较弱

较大

较强

热刺激

较低

热感

较弱

较高

较强

（1）当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部位的膜两侧会出现暂时性的______________变化，形成动作电位。

神经纤维在未受到刺激时膜内外电位的表现是____________，受到刺激时产生的可传导的兴奋称为________。

（2）细胞膜对离子通透性大小的控制是通过控制细胞膜上的________来实现的。

动作电位恢复为静息电位的原因是______________。

（3）根据产生兴奋过程中膜电位的变化和离子通透性的变化可以推测，动作电位的产生主要是由哪种离子如何变化造成的？

___________________________________________________________。

[解析]　

（1）当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部位的膜两侧会出现暂时性的电位变化，形成动作电位。

神经纤维在未受到刺激时膜内外电位即静息电位，电位表现是外正内负，受到刺激时产生的可传导的兴奋称为神经冲动。

（2）离子进入细胞要么是主动运输，要么是协助扩散，都需要载体蛋白，所以细胞膜对离子通透性大小的控制是通过控制细胞膜上的载体蛋白来实现的。

动作电位恢复为静息电位的原因是钾离子外流。

（3）动作电位的产生是因为钠离子大量内流。

[答案]　

（1）电位　外正内负　神经冲动（局部电流）　

（2）载体蛋白　钾离子外流　（3）钠离子大量内流产生动作电位

[核心语句归纳]

1．细胞膜内外的电位差叫膜电位，静息电位是内负外正。

动作电位是内正外负。

2．在神经细胞内外兴奋区和静息区会产生局部电流，电流的方向在膜内由兴奋区向静息区，在膜外由静息区向兴奋区。

3．动作电位传导方向与膜内局部电流的方向一致。

4．动作电位在神经纤维上传导特点是双向传导。