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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情境导入课程目标足球比赛的胜负很大程度上取决于队员之间的配合,配合要靠信息的传递。队员之间是如何传递信息的?队员要有良好的表现,身体的各个器官同样需要协调配合,这又是如何实现的?1.了解生物电的发现过程。2.说明膜电位的产生原理。3.描述动作电位在神经纤维上的传导过程及其特点。一二三一、生物电的发现1.伽伐尼的观点:蛙的神经和肌肉组织带有不同性质的电荷,称为“动物电”。当用两种金属将组织和肌肉连在一起时,构成“动物电”的放电回路,肌肉收缩。结论:生物体内存在生物电。2.伏打的观点:两种不同的金属与潮湿的组织接触时,产生的“双金属电流”,刺激了神经和肌肉,因此引起肌肉收缩。结论:生物体内不存在生物电。3.霍奇金:测量了单个细胞膜内外的电位差及其变化。这种存在于细胞膜内外的电位差,称为膜电位。一二三二、膜电位的产生1.膜电位产生的原因(1)细胞膜内外的离子浓度不同,由膜上“钠—钾泵”产生和维持的。①细胞外液:Na+、Cl-的浓度高。②细胞内液:K+和一些带负电的大分子物质的浓度高。(2)离子的跨膜运输:细胞膜上还有一些跨膜蛋白,它们构成了专供离子进出的离子通道。一二三2.静息电位静息状态时,K+通道开放→K+外流→膜外带正电,膜内带负电。这时的膜电位称为静息电位。3.动作电位受刺激后:Na+通道开放→Na+内流→从而使细胞处于细胞膜内带正电、膜外相对带负电的兴奋状况,这时的膜电位称为动作电位,是细胞兴奋的主要表现。一二三三、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,称为神经冲动的传导。2.兴奋在神经纤维上传导的方式:局部电流传导。3.局部电流与神经冲动传导方向的关系(1)在膜内,两者方向相同:局部电流由兴奋区传向静息区。(2)在膜外,两者方向相反:局部电流由静息区传向兴奋区。4.兴奋在神经纤维上的传导特点:双向传导。探究点一探究点二探究点三静息电位和动作电位●问题导引●图中①③为静息区,其形成原因是什么?②为兴奋区,其形成原因又是什么?提示:①③处膜电位为外正内负,是静息电位,由K+外流引起;②处膜电位外负内正,是Na+内流引起的动作电位。探究点一探究点二探究点三●名师精讲●1.神经细胞内外离子分布特点探究点一探究点二探究点三2.比较状态电位情况形成原因静息状态静息电位(外正内负)K+通道开放,K+外流Na+通道关闭动作状态动作电位(外负内正)K+通道关闭Na+通道开放,Na+内流传导状态静息电位变为动作电位再恢复为静息电位膜外,正电荷从未兴奋部位向兴奋部位移动;膜内,正电荷从兴奋部位向未兴奋部位移动;未兴奋部位兴奋,主要靠Na+内流探究点一探究点二探究点三【例题1】下列有关神经细胞的离子通透性和膜电位变化的叙述,正确的是()A.神经细胞的膜静息电位为零B.神经细胞膜对K+的通透性并无限制C.静息时神经细胞膜外Na+浓度高于神经细胞膜内D.局部电流是由K+流入细胞内造成的解析:神经细胞静息电位是外正内负,而不是零电位。静息时细胞内的Na+浓度低于细胞外,而细胞内K+浓度高于细胞外,在浓度差的驱使下向细胞外扩散。当促使K+外流的浓度差和阻止K+外流的电位差两种力量达到平衡时,K+的净通透量为零。局部电流是由神经细胞兴奋区域与非兴奋区域间存在电位差造成的。答案:C探究点一探究点二探究点三兴奋在神经纤维上的传导●问题导引●兴奋在神经纤维上以什么形式进行传导?提示:兴奋在神经纤维上以局部电流的形式进行双向传导。探究点一探究点二探究点三●名师精讲●1.兴奋在神经纤维上的传导过程探究点一探究点二探究点三2.根据右图受刺激部位细胞膜两侧的电位变化曲线分析:A点——静息电位,K+通道开放;B点——0电位,动作电位形成过程中,Na+通道开放;BC段——动作电位,Na+通道继续开放;CD段——静息电位恢复形成;DE段——静息电位。探究点一探究点二探究点三3.与兴奋产生与传导有关的三点提示(1)神经纤维上兴奋的产生主要是Na+内流的结果,Na+的内流需要膜载体(离子通道),同时从高浓度到低浓度,故属于协助扩散;同理,神经纤维上静息电位的产生过程中K+的外流也属于协助扩散。(2)兴奋在神经纤维上以局部电流或电信号的形式传导。(3)离体和生物体内神经纤维上兴奋传导的差别:①离体神经纤维上兴奋的传导是双向的。②在生物体内,神经纤维上的神经冲动只能来自感受器。因此在生物体内,兴奋在神经纤维上是单向传导的。探究点一探究点二探究点三【例题2】下列能正确表示神经纤维受刺激时,刺激点膜电位由静息电位转变为动作电位的过程的是()A.①→④B.②→③C.③→②D.④→①解析:静息电位表现为外正内负,而动作电位却表现为外负内正。答案:D探究点一探究点二探究点三神经纤维上电位测量方法●问题导引●在神经纤维上,分别刺激a点和c点(bc=cd),电流表偏转情况如何?提示:(1)刺激a点,b点先兴奋,d点后兴奋,电流计发生两次方向相反的偏转。(2)刺激c点,b点和d点同时兴奋,电流计不发生偏转。探究点一探究点二探究点三●名师精讲●1.静息电位的测量灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接,另一极与膜内侧连接,只观察到指针一次偏转。两极都与神经纤维膜外(或内)侧相连接时,指针不偏转。2.动作电位的测量灵敏电流计的两极都连接在神经纤维膜外(或内)侧,可观察到指针发生两次方向相反的偏转(如右图)。下面图中a点受刺激产生动作电位探究点一探究点二探究点三“”,后面为该动作电位沿神经纤维传导依次通过“a→b→c→c右侧”时灵敏电流计的指针变化细化图:探究点一探究点二探究点三【例题3】河豚毒素是一种强力的神经毒素,目前并没有有效的解毒剂,它会和神经细胞的细胞膜上的钠离子通道结合,阻止钠离子内流。如右图所示,用河豚毒素处理神经纤维,给A处适当的刺激,图中膜外的a、b两点间的电位差(即电势差)Uab随时间变化的曲线图正确的是()探究点一探究点二探究点三解析:在未施加刺激时,a、b两点均为正电位且电势相等,则Uab=0;给予A点刺激时,首先兴奋传导到a点,产生动作电位,此点表现为内正外负,此时的Uab0。随着钠离子不断进入细胞内,Ua-Ub的差值的绝对值变大,进而达到峰值。之后Uab绝对值减小,当兴奋传至b点时,由于b点经过河豚毒素处理,无法产生动作电位,所以最后Uab=0。答案:D探究点一探究点二探究点三判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。1.静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为内正外负。()提示:×静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为外正内负。2.神经细胞兴奋时细胞膜对Na+通透性增大。()提示:√3.组织液中Na+浓度增大,则神经元的静息电位减小。()提示:×若组织液中Na+浓度增大,则静息电位会增大。1231.下面从左到右是动作电位传导的示意图。据图分析不能得出的结论是()123A.动作电位在神经纤维上传导时,电位变化的幅度是一样的B.K+外流和Na+内流过程都不消耗ATPC.Na+内流可能与局部电流的刺激有关D.兴奋部位恢复为静息电位可能与K+外流有关123解析:从图中可以看出,动作电位在神经纤维上传导时,电位变化的幅度是一样的,A项对。当细胞膜受到外界刺激时,其由静息电位转变为动作电位,形成的局部电流刺激相邻未兴奋部位,故Na+内流与局部电流的刺激有关,C项对。静息电位的恢复主要靠K+外流实现,D项对。从图中信息不能确定K+外流和Na+内流是否消耗ATP。答案:B1232.下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()123解析:神经纤维上的S点受到刺激而产生兴奋时,兴奋部位的膜就发生电位变化,膜外由正电位变成负电位,膜内由负电位变成正电位。在细胞膜的内外,兴奋部位与邻近未兴奋部位都形成了电位差,也有了电荷的流动,这样就形成了局部电流。该电流在膜外由未兴奋部位流向兴奋部位,膜内由兴奋部位流向未兴奋部位。故C项是正确的。答案:C1233.取出枪乌贼完整无损的粗大神经纤维并置于适宜环境中,进行如下实验:G表示灵敏电流计,a、b为两个微型电极,阴影部分表示开始发生局部电流的区域。请据图回答下列问题。(1)神经纤维在C点受到有效刺激后细胞膜内外电位变化是。(2)如果将a、b两个电极分别置于神经纤维膜外A、B处,同时在C处给予一个有效刺激(如上图),兴奋在A、B之间的传导方向是,电流计指针偏转次。若电极b位置不变,将电极a置于神经纤维外D处(BC=CD),则刺激C处后,电流计指针是否偏转?。123答案:(1)由内负外正变为内正外负(2)B→A两否