高考知识能力提升专题19 神经调节知识补充拓展二兴奋在神经纤维上的传导.docx
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高考知识能力提升专题19神经调节知识补充拓展二兴奋在神经纤维上的传导
高考知识能力提升专题19
神经调节知识补充拓展
(二)兴奋在神经纤维上的传导
1.膜电位形成的条件
(1)细胞膜两侧各种离子浓度分布不均
膜内外主要离子浓度及膜对离子通透性
从枪乌贼轴突膜内外主要离子分布可以看出,细胞内表现出低钠高钾的浓度特征。
同种离子在膜两侧形成浓度差,为离子经过离子通道的协助扩散奠定基础。
(2)细胞膜对各种离子的通透性不同
在不同状态下,膜对各种离子的通透性不同。
在安静状态下,细胞膜对钾离子通透性大,对钠离子通透性很小,仅为钾离子通透性的1/100~1/50,而对氯离子则几乎没有通透性。
在兴奋状态下,受兴奋部位和相邻未兴奋部位形成的电位差的影响,膜上电压门控钠离子通道打开,膜对钠离子的通透性逐步增大。
(3)可兴奋组织或细胞受阈刺激或阈上刺激
将刺激产生动作电位的最小强度称作阈强度,动作电位需要刺激大于或等于阈强度才能产生。
2.膜电位形成的过程
(1)静息电位:
钾离子通道开放,钾离子外流,形成内负外正的膜电位特征。
当浓度差形成的促使钾离子外流的力与阻止钾离子外流的电场力达到平衡时,钾离子的净移动就会等于零。
(2)动作电位:
阈刺激或阈上刺激
少量钠离子通道,Na+少量内流
局部电流,总和达到阈电位
大量钠离子通道,Na+大量内流
膜内电位↑,膜外电位↓
Na+内流
Na+平衡电位(净流入为零)
3.膜电位变化曲线图
(1)极化:
膜内外两侧电位维持内负外正的稳定状态一—K+外流
(2)去极化:
膜内负电位减小甚至由负转正——Na+内流
(3)反极化:
细胞膜电位由外正内负变为外负内正的状态,超过0电位的部分称为超射——Na+内流
(4)复极化:
从反极化的状态的电位恢复到内负外正的静息状态——K+外流
(5)超极化:
在动作电位之后,由于k+的过度外流引起,称为复极后超极化
4.兴奋传导的过程
5.兴奋传导几个特点
(1)完整性
神经纤维要实现其兴奋传导的功能,就要求其在结构上和生理功能上都是完整的。
(2)双向性
因为局部电流能够向相反的两个方向流动,所以兴奋能由受刺激的部位同时向相反的两个方向传导。
(3)绝缘性
神经纤维周围大量细胞外液的阻隔,加之局部电流非常微弱,从而使一条神经干中的各条神经纤维互不干扰,相互绝缘,使神经调节更为专一而精确。
(4)相对不疲劳性
与突触的兴奋传递相比,神经纤维接受十几个小时的连续电刺激仍能传导兴奋,表现出相对不疲劳性。
6.影响兴奋传导因素
(1)神经纤维直径
一般来说,神经纤维直径愈大,兴奋传导的速度愈快。
(2)髓鞘有无
有髓鞘的神经纤维传导速度比无髓鞘神经纤维传导速度更快。
(3)髓鞘厚度
在一定的范围内,髓鞘越厚,兴奋传导速度越快。
(4)温度
一定范围内,温度升高有利于传导,因为有利于Na+的电导。
如果在10℃以下则恒温动物的神经纤维往往丧失传导功能。
温度对无髓鞘纤维的传导影响不大。
但当温度达到40℃以上时,因神经冲动的兴奋性下降传导速度变慢。
【典例2】(2021·湖北·高考真题)正常情况下,神经细胞内K+浓度约为150mmol·L-1,胞外液约为4mmol·L-1。
细胞膜内外K浓度差与膜静息电位绝对值呈正相关。
当细胞膜电位绝对值降低到一定值(阈值)时,神经细胞兴奋。
离体培养条件下,改变神经细胞培养液的KCl浓度进行实验。
下列叙述正确的是()
A.当K+浓度为4mmol·L-1时,K+外流增加,细胞难以兴奋
B.当K+浓度为150mmol·L-1时,K+外流增加,细胞容易兴奋
C.K+浓度增加到一定值(<150mmol·L-1),K+外流增加,导致细胞兴奋
D.K+浓度增加到一定值(<150mmol·L-1),K+外流减少,导致细胞兴奋
【答案】D
【分析】
静息时,神经细胞膜对钾离子的通透性大,钾离子大量外流,形成内负外正的静息电位,细胞膜内外K浓度差与膜静息电位绝对值呈正相关。
细胞内外钾离子浓度差增加,钾离子更容易外流,外流增加,兴奋难以发生,反之,钾离子外流减少,细胞容易兴奋。
【详解】
A、正常情况下,神经细胞内K+浓度约为150mmol·L-1,胞外液约为4mmol·L-1,当神经细胞培养液的K+浓度为4mmol·L-1时,和正常情况一样,K+外流不变,细胞的兴奋性不变,A错误;
B、当K+浓度为150mmol·L-1时,细胞外K+浓度增加,K+外流减少,细胞容易兴奋,B错误;
CD、K+浓度增加到一定值(<150mmol·L-1,但>4mmol·L-1),细胞外K+浓度增加,K+外流减少,导致细胞兴奋,C错误,D正确。
故选D。
1.动作电位的特点:
(1)“全或无”现象
刺激<阈强度,不产生动作电位(无),刺激≥阈强度,产生动作电位达到最大值,不随刺激强度增强而增大(全)。
(2)不衰减传播
动作电位在传遍整个细胞的过程中,其幅度和波形在传播过程中始终保持不变。
(3)脉冲式发放
连续刺激所产生的多个动作电位总有一定间隔而不会融合起来,呈现一个个分离的脉冲式发放。
2.细胞的兴奋性
(1)细胞兴奋性高低:
可以用刺激的阀值大小来衡量。
阈值愈小,兴奋性就愈高;阈值愈大,兴奋性则愈低。
(2)兴奋后的变化:
1.(2021·山东·高考真题)氨基酸脱氨基产生的氨经肝脏代谢转变为尿素,此过程发生障碍时,大量进入脑组织的氨与谷氨酸反应生成谷氨酰胺,谷氨酰胺含量增加可引起脑组织水肿、代谢障碍,患者会出现昏迷、膝跳反射明显增强等现象。
下列说法错误的是()
A.兴奋经过膝跳反射神经中枢的时间比经过缩手反射神经中枢的时间短
B.患者膝跳反射增强的原因是高级神经中枢对低级神经中枢的控制减弱
C.静脉输入抗利尿激素类药物,可有效减轻脑组织水肿
D.患者能进食后,应减少蛋白类食品摄入
【答案】C
【分析】
反射活动是由反射弧完成的,如图所示反射弧包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器。
膝跳反射和缩手反射都是非条件发射。
大脑皮层:
调节机体活动的最高级中枢,对低级中枢有控制作用。
【详解】
A、膝跳反射一共有2个神经元参与,缩手反射有3个神经元参与,膝跳反射的突触数目少,都是非条件反射,因此兴奋经过膝跳反射神经中枢的时间比经过缩手反射神经中枢的时间短,A正确;
B、患者由于谷氨酰胺增多,引起脑组织水肿、代谢障碍,所以应该是高级神经中枢对低级神经中枢的控制减弱,B正确;
C、抗利尿激素促进肾小管、集合管对水的重吸收,没有作用于脑组织,所以输入抗利尿激素类药物,不能减轻脑组织水肿,C错误;
D、如果患者摄入过多的蛋白质,其中的氨基酸脱氢产生的氨进入脑组织的氨与谷氨酸反应生成谷氨酰胺,加重病情,所以应减少蛋白类食品摄入,D正确。
故选C。
2.(2021·湖南·高考真题)研究人员利用电压钳技术改变枪乌贼神经纤维膜电位,记录离子进出细胞引发的膜电流变化,结果如图所示,图a为对照组,图b和图c分别为通道阻断剂TTX、TEA处理组。
下列叙述正确的是()
A.TEA处理后,只有内向电流存在
B.外向电流由Na+通道所介导
C.TTX处理后,外向电流消失
D.内向电流结束后,神经纤维膜内Na+浓度高于膜外
【答案】A
【分析】
据图分析可知,TTX阻断钠通道,从而阻断了内向电流,说明内向电流与钠通道有关;TEA阻断钾通道,从而阻断了外向电流,说明外向电流与钾通道有关。
【详解】
A、据分析可知,TEA处理后,阻断了外向电流,只有内向电流存在,A正确;
B、据分析可知,TEA阻断钾通道,从而阻断了外向电流,说明外向电流与钾通道有关,B错误;
C、据分析可知,TTX阻断钠通道,从而阻断了内向电流,内向电流消失,C错误;
D、据分析可知,内向电流与钠通道有关,神经细胞内,K+浓度高,Na+浓度低,内向电流结束后,神经纤维膜内Na+浓度依然低于膜外,D错误。
故选A。
3.(2021·河北·高考真题)关于神经细胞的叙述,错误的是()
A.大脑皮层言语区的H区神经细胞受损伤,患者不能听懂话
B.主动运输维持着细胞内外离子浓度差,这是神经细胞形成静息电位的基础
C.内环境K+浓度升高,可引起神经细胞静息状态下膜电位差增大
D.谷氨酸和一氧化氮可作为神经递质参与神经细胞的信息传递
【答案】C
【分析】
1、一个神经细胞可以有多个轴突末梢,可形成多个突触小体。
2、兴奋通过神经递质在突触处进行单向传递的原因是:
递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜。
3、神经细胞外钾离子外流是产生静息电位的基础。
4、静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为外正内负。
【详解】
A、大脑皮层言语区的H区神经细胞受损伤,患者不能听懂话,A正确;
B、细胞通过主动运输维持内外离子浓度差,静息电位是由于细胞内外一定的K+浓度差导致的,B正确;
C、神经细胞静息状态是K+外流,内环境K+浓度升高,K+顺浓度梯度外流减少,膜电位差减小,C错误;
D、神经递质的种类很多,有谷氨酸、一氧化氮、肾上腺素等,都可参与神经细胞的信息传递,D正确。
故选C。
4.(2020·江苏·高考真题)下图为部分神经兴奋传导通路示意图,相关叙述正确的是()
A.①、②或④处必须受到足够强度的刺激才能产生兴奋
B.①处产生的兴奋可传导到②和④处,且电位大小相等
C.通过结构③,兴奋可以从细胞a传递到细胞b,也能从细胞b传递到细胞a
D.细胞外液的变化可以影响①处兴奋的产生,但不影响③处兴奋的传递
【答案】A
【分析】
分析题图可知,图中涉及到的神经元有a、b两个,其中①②④为刺激部位,③是突触。
【详解】
A、神经纤维上兴奋的产生需要足够强度的刺激,A正确;
B、①处产生的兴奋可以传到②④处,由于不知③突触处产生的神经递质是兴奋性递质还是抑制性递质,故电位大小不一定相等,B错误;
C、兴奋在突触处传递是单向的,因此兴奋只能从细胞a传到细胞b,C错误;
D、细胞外液的变化可能影响钠离子的内流和神经递质的活性或扩散,故会影响①处兴奋的产生,也会影响③处兴奋的传递,D错误。
故选A。
5.(2021·广东·高考真题)太极拳是我国的传统运动项目,其刚柔并济、行云流水般的动作是通过神经系统对肢体和躯干各肌群的精巧调控及各肌群间相互协调而完成。
如“白鹤亮翅”招式中的伸肘动作,伸肌收缩的同时屈肌舒张。
图为伸肘动作在脊髓水平反射弧基本结构的示意图。
回答下列问题:
(1)图中反射弧的效应器是___________及其相应的运动神经末梢。
若肌梭受到适宜刺激,兴奋传至a处时,a处膜内外电位应表现为___________。
(2)伸肘时,图中抑制性中间神经元的作用是___________,使屈肌舒张。
(3)适量运动有益健康。
一些研究认为太极拳等运动可提高肌细胞对胰岛素的敏感性,在胰岛素水平相同的情况下,该激素能更好地促进肌细跑___________,降低血糖浓度。
(4)有研究报道,常年坚持太极拳运动的老年人,其血清中TSH、甲状腺激素等的浓度升高,因而认为运动能改善老年人的内分泌功能,其中TSH水平可以作为评估___________(填分泌该激素的腺体名称)功能的指标之一。
【答案】伸肌、屈肌外负内正释放抑制性神经递质,导致屈肌运动神经元抑制加速摄取、利用和储存葡萄糖垂体
【分析】
1、反射弧是反射的结构基础,反射弧包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器五个部分,神经节所在的神经元是传入神经元,效应器是指传出神经末梢以及其所支配的肌肉或者腺体。
2、静息电位是外正内负,主要由钾离子外流产生和维持,动作电位是外负内正,主要由钠离子产生和维持。
兴奋在突触处的传递过程:
突触前膜内的突触小泡释放神经递质,作用于突触后膜上的受体,突触后膜电位发生变化,使突触后神经元兴奋或抑制,突触后神经元的兴奋或抑制取决于神经递质的种类。
【详解】
(1)图中有两条反射弧:
感受器(肌梭)→传入神经→脊髓→伸肌运动神经元→伸肌;感受器(肌梭)→传入神经→脊髓→屈肌运动神经元→屈肌;故图中反射弧的效应器为伸肌、屈肌及其相应的运动神经末梢;若肌梭受到适宜刺激,兴奋传至抑制性中间神经元时,使得抑制性神经元上有兴奋的传导,发生电位变化,从而使a处膜内外电位表现为外负内正。
(2)伸肘时,图中抑制性中间神经元接受上一个神经元传来的兴奋,从而发生电位变化,但释放抑制性神经递质,从而使屈肌运动神经元无法产生动作电位,使屈肌舒张。
(3)胰岛素能促进葡萄糖的去路,即加速组织细胞对葡萄糖的摄取、利用和存储,抑制肝糖原的分解和非糖物质的转化,从而降低血糖。
太极拳等运动可提高肌细胞对胰岛素的敏感性,在胰岛素水平相同的情况下,该激素能更好地促进肌细胞加速摄取、利用和存储葡萄糖,从而降低血糖浓度。
(4)甲状腺激素的分泌存在分级调节,下丘脑分泌TRH(促甲状腺激素释放激素)作用于垂体,促使垂体分泌TSH(促甲状腺激素)作用于甲状腺,从而使甲状腺分泌TH(甲状腺激素)。
激素通过体液运输,可通过检测血液中TSH、TH、TRH等激素的含量评估相应分泌器官的功能,从而判断老年人的内分泌功能。
其中TSH水平可以作为评估垂体功能的指标之一。
【点睛】
本题结合图示考查反射弧、兴奋在神经元之间的传递以及激素调节的特点等相关内容,难度一般,属于考纲中的识记与理解内容。
6.(2021·福建省南安第一中学二模)海兔是一种海洋软体动物。
实验发现,碰触海兔水管或击打海兔头部,皆会引起其鳃发生收缩反应,这种反应称为缩鳃反射。
其反射弧如下图。
(1)组成该反射弧的b称为______。
a轴突末梢的突触小体的部分膜作为_____参与构成突触2。
(2)碰触水管产生的神经冲动传导至突触小体,引起突触小泡中的________释放,作用于突触1的后膜,导致后膜由于Na+________,导致膜电位变为________,从而引起b兴奋,实现缩鳃反射。
该实例说明Na+具有________作用。
(3)击打海兔头部,引起缩鳃反射时,a上__________(能/不能)检测出电位变化;而碰触海兔水管,引起缩鳃反射时,c上__________(能/不能)检测出电位变化。
【答案】传出神经突触后膜神经递质内流外负内正维持细胞和生物体的生命活动能不能
【分析】
反射弧由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器组成。
左图为反射弧结构,海兔水管或海兔头部为感受器,a、c为传入神经,b为传出神经,鳃为效应器。
右图是突触结构的放大,图示有2个突触,ac构成一个突触,突触后膜位于a上,ab构成一个突触,突触后膜位于b上。
兴奋是从c传递到a在传递到b。
【详解】
(1)根据突触的结构可知,鳃是效应器,b是传出神经,a的部分膜作为突触2的突触后膜,除该结构外突触还需要突触前膜和突触间隙。
(2)由于神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜以胞吐的方式释放作用于突触后膜,导致后膜的电位变为外负内正,从而引起b兴奋,实现缩鳃反射。
从题中分析可知,Na+具有维持细胞和生物体的生命活动的作用。
(3)兴奋在突触中只能单向传递,击打海兔水管引起缩鳃反射时,c不能检测到电位变化,而碰触海兔头部引起缩鳃反射时,a能检测出电位变化。
【点睛】
反射弧各部分组成及功能;细胞膜内外在各种状态下的电位情况;突触的结构。
本题考查反射弧结构,考查考生能从课外材料中获取相关的生物学信息,并能运用这些信息,结合所学知识解决相关的生物学问题。
7.(2021·福建·莆田二中模拟预测)河豚毒素(TTX)是河豚体内一种剧毒的神经毒素,是某种离子通道的阻斯剂,可阻断神经兴奋的传导,在临床上TTX可作为麻醉药物使用。
回答下列问题:
(1)动作电位产生时,神经纤维兴奋部位膜内的电位变化是______,此时兴奋部位和未兴奋部位之间由于______存在而发生电荷移动,这样就形成了局部电流。
TTX阻断神经兴奋传导的作用机理可能是____________________________________。
(2)TTX作为麻醉药物的作用持续时间长达12-24小时,可能的原因是____________。
(3)TTX除能使人神经麻痹之外,还会使人出现呼吸困难、四肢发冷等症状,呼吸困难与位于______的呼吸中枢有关,产生冷觉______(“属于”或“不属于”)反射活动,说明理由________________________。
【答案】由负电位变成正电位(负电位→正电位)电位差TTX阻断钠离子通道,导致钠离子无法内流,细胞不能产生兴奋,从而阻断神经兴奋的传导体内无法分解TTX(或缺少分解TTX的酶,或TTX不能被转移)导致TTX在体内长时间存在并发挥作用脑干不属于冷觉的产生没有经过完整的反射弧
【分析】
神经调节的基本方式是反射,反射的结构基础是反射弧,反射必须依赖于反射弧的结构的完整性。
静息时,神经元的膜电位为外正内负,受刺激产生动作电位时,神经元的膜电位变为外负内正。
静息电位主要是由于钾离子大量外流造成的,产生动作电位时主要是由于钠离子大量内流造成的,动作电位形成后,在兴奋部位与未兴奋部位形成局部电流,兴奋在神经纤维上的传导是以电信号的形式双向传导的,兴奋在神经元间的传递是单向的。
【详解】
(1)钠离子大量内流,动作电位产生,神经纤维兴奋部位膜内的电位变化是由负电位变成正电位(负电位→正电位),此时兴奋部位和未兴奋部位之间由于存在电位差而发生电荷移动,这样就形成了局部电流。
已知河豚毒素(TTX)是河豚体内一种剧毒的神经毒素,是某种离子通道的阻斯剂,可阻断神经兴奋的传导,可推测TTX阻断钠离子通道,导致钠离子无法内流,细胞不能产生兴奋,从而阻断神经兴奋的传导。
(2)神经调节的特点是作用时间短,但TTX作为麻醉药物的作用持续时间长达12-24小时,可能的原因是体内无法分解TTX(或缺少分解TTX的酶,或TTX不能被转移),导致TTX在体内长时间存在并发挥作用。
(3)呼吸中枢位于脑干,产生冷觉的部位是大脑皮层,冷觉的产生没有经过完整的反射弧,故不属于反射活动。
【点睛】
本题主要考查兴奋的产生与传递,意在强化学生对兴奋的产生与传递的相关知识的识记、理解与运用。
8.(2021·吉林·扶余市第一实验学校高三月考)神经细胞在静息状态时,胞内的钾离子浓度约为胞外的30倍,而胞外的钠离子和钙离子浓度分别约为胞内的10倍和10000倍。
(1)神经细胞遇到适当刺激后可产生以局部电流的方式进行传导的动作电位。
其中,在膜外侧,局部电流的方向与动作电位的传导方向_____。
(2)实验发现,用河豚毒素(钠离子通道阻断剂)处理神经纤维末梢,阻断该处动作电位的传导,突触前膜无神经递质释放,当河豚毒素的作用消除后,突触前膜神经递质的释放恢复,该现象说明动作电位与神经递质释放的关系是_____。
进一步的研究发现,若神经末梢的细胞外液中没有钙离子,即便该部位产生了动作电位,也没有神经递质的释放。
综上所述,可推断动作电位、钙离子跨膜运输和神经递质释放三种生理现象之间的关系是_____。
(3)神经调节的基本形式是反射,反射活动的结构基础是_____。
突触是神经元之间发生功能联系的部位,一次突触传递的时间约为0.5~0.9毫秒。
实验发现,某反射兴奋通过中枢的传播时间约为0.7毫秒,说明该反射在神经中枢经过了_____(填“一次”或“多次”)突触传递,其神经中枢位于_____。
【答案】相反动作电位是引起突触前膜神经递质的必要条件动作电位通过诱导钙离子跨膜运输来促进神经递质释放反射弧一次脊髓
【分析】
1、兴奋在神经元之间的传递时,因为神经递质只存在于突触小体的突触小泡中,只能由突触前膜通过胞吐的形式释放到突触间隙,突触后膜上有识别神经递质的受体,神经递质与受体结合后会引起下一个神经元离子通透性改变,从而使下一个神经元产生兴奋或抑制,由此可见,兴奋在神经元之间的传递需经过电信号→化学信号→电信号之间的转变过程,需要的时间长,故兴奋在反射弧中的传导速度由突触的数目决定。
2、兴奋在神经纤维上的传导方式是电信号、局部电流或神经冲动的形式。
【详解】
(1)动作电位为外负内正,膜外受刺激部位为负,未受刺激部位为正,电位由正传向负,兴奋由受刺激部位传向未受刺激部位,故在膜外侧,局部电流的方向与动作电位的传导方向相反。
(2)用河豚毒素(钠离子通道阻断剂)处理神经纤维末梢,阻断该处动作电位的传导,突触前膜无神经递质释放,当河豚毒素的作用消除后,突触前膜神经递质的释放恢复,该现象说明动作电位与神经递质释放的关系是动作电位是引起突触前膜释放神经递质的必要条件;若神经末梢的细胞外液中没有钙离子,即便该部位产生了动作电位,也没有神经递质的释放,综合分析,可推断动作电位、钙离子跨膜运输和神经递质释放三种生理现象之间的关系是动作电位通过诱导钙离子跨膜运输来促进神经递质释放。
(3)神经调节的基本形式是反射,反射活动的结构基础是反射弧。
突触是神经元之间发生功能联系的部位,一次突触传递的时间约为0.5~0.9毫秒。
实验发现,某反射兴奋通过中枢的传播时间约为0.7毫秒,说明该反射在神经中枢经过了一次突触传递,神经中枢位于脊髓。
【点睛】
本题主要考查神经调节的相关知识,考查考生利用题中有关信息并结合有关神经调节的基本知识综合分析是解答本题的关键。
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