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第2章 神经调节
第3节 神经冲动的产生和传导
问题探讨
赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界田径比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。
讨论:
1.从运动员听到枪响到作出起跑的反应，信号的传导经过了哪些结构？
经过了耳（感受器）、传入神经（听觉神经）、神经中枢（大脑皮层－脊髓）、传出神经、效应器（传出神经末梢和肌肉）等结构。
2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？
人类从听到声音到作出反应起跑需要经过反射弧的各个结构，完成这一反射活动所需的时间至少需要0.1s。
兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？它又是怎样传导的呢？
背景知识:生物电的发现
（32页）
（1）1786年，意大利医生、生理学家伽尔瓦尼(L.Galvani，1737-1798) 意外地发现，当用两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立起回路，肌肉就会收缩。他认为，这种收缩是由肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的。这是人类第一次将电现象与生命活动联系起来。伽尔瓦尼在1791年的论文中，宣称动物的组织可产生生物电。
背景知识:生物电的发现
（32页）
（2）伏特等科学家认为伽尔瓦尼的发现可能是铜铁两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。
（3）为此，伽尔瓦尼和他的后继者设计了“无金属收缩实验”，在蛙坐骨神经-腓肠肌标本中，截断蛙的坐骨神经可以导致蛙腓肠肌收缩，这一过程中，没有涉及任何金属，说明生物电确实存在。
兴奋在神经纤维上的传导
科学家做过如下实验：在蛙的坐骨神经上放置两个微电极，并将它们连接到一个电表上。
静息
指针不发生偏转
说明：神经表面各处电位相等
兴奋在神经纤维上的传导
a
b
+
+
左侧
刺激
-
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在图示神经的左侧一端给予刺激时， 刺激端的电极处（a处）先变为 电位，接着 。电流方向为指针偏转方向
靠近
恢复正电位
负
a
b
+
+
左侧
刺激
指针恢复
说明：无电流，a处恢复为正电位，
a、b两处电位差为零
-
兴奋在神经纤维上的传导
a
b
+
+
-
左侧
刺激
指针向右偏转
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说明：b处为 电位，电流方向为
指针偏转方向
负
a
b
+
+
-
左侧
刺激
指针恢复
说明：无电流，b处恢复为正电位，
a、b两处电位差为零
兴奋在神经纤维上的传导
a
b
+
+
刺激
-
-
结论：
共发生了两次偏转，且方向相反
说明：在神经系统中，兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫神经冲动。
神经冲动在神经纤维上是怎么产生和传导的呢？
神经细胞膜内外K+和Na+分布特点？
兴奋在神经纤维上的传导
静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度
在未受到刺激时，神经纤维处于静息状态
细胞类型 细胞内浓度（mmol/L） 细胞外浓度（mmol/L）
Na+ K+ Na+ K+
枪乌贼神经元轴突 50 400 460 10
蛙神经元 15 120 120 1.5
哺乳动物肌肉细胞 10 140 150 4
（1）神经细胞外的Na+浓度比膜内要高，K+浓度比膜内低。
“钾（家）里钠外”
此外，注意：神经细胞膜对不同离子的通透性各不相同。
K+
K+
通
道
Na+通
道
膜外
膜内
Na+
1.静息状态
运输方式：协助扩散
①神经细胞膜外的Na+浓度高，膜内K+浓度高。
②静息状态下，细胞膜上K+通道蛋白打开。
K+外流
“生物电”发生的膜学说：静息时，细胞膜主要对K +有通透性，即K +通道开放，K +外流，膜电位表现为外正内负，称为静息电位。
结果：
K+
通
道
Na+
通
道
K+
Na+
膜外
膜内
①神经细胞膜外的Na+浓度高，膜内K+浓度高。
②受到刺激时，细胞膜上Na+通道蛋白打开。
Na+内流
2.受到刺激
受到刺激时，细胞膜对Na +的通透性增加，Na + 内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于膜外侧， 膜电位表现为外负内正，称为动作电位，并与相邻部位产生电位差。
结果：
3.局部电流的形成
兴奋部位
末兴奋部位
局部电流
膜外:
未兴奋部位→兴奋部位
膜内:
兴奋部位→未兴奋部位
局部电流方向：
兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流，如此依次进行下去，兴奋不断地向前传导，后方恢复静息电位。
-
+
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+
+
+
兴奋部位
未兴奋部位
未兴奋部位
刺激
4.兴奋的传导
局部电流方向：
①膜外与兴奋传导方向
②膜内与兴奋传导方向 .
相反
相同
兴奋在神经纤维上传导的特点是：双向传导
膜外:
未兴奋部位→兴奋部位
膜内:
兴奋部位→未兴奋部位
Na＋
Na＋
- - - -
++++
++++
++++
++++
++++
++++
++++
++++
- - - -
- - - -
- - - -
- - - -
- - - -
++++
++++
- - - -
- - - -
+ + +
++++
- - -
- - -
Na＋
Na＋
++++
++++
- - -
- - -
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
兴奋传导形式：
电信号（局部电流、神经冲动）
(2)Na+、K+与静息电位、动作电位的关系
①静息电位与膜内外K+浓度差有关
a.膜外K+浓度升高→K+外流减少→静息电位绝对值降低。
b.膜外K+浓度降低→K+外流增加→静息电位绝对值升高。
②动作电位与膜内外Na+浓度差有关
a.膜外Na+浓度升高→Na+内流增加→动作电位峰值升高。
b.膜外Na+浓度降低→Na+内流减少→动作电位峰值降低。
兴奋在神经纤维上的传导方向解析
②在反射过程中
①在离体的神经纤维上
传导方向：________
传导方向：_________
单向传导
双向传导
在生物体内，通常兴奋来自感受器，在反射过程中，总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，再加上反射弧中的突触也决定兴奋在反射弧中的传导方向是单向的。
原因：
在中部刺激神经纤维，会形成兴奋区，而两侧临近的未兴奋区与该兴奋区都存在电位差，都可以产生电荷移动，形成局部电流，因此可以双向传导。
原因
每消耗一个ATP分子,逆电化学梯度泵出3个钠离子和泵入2个钾离子。保持膜内高钾,膜外高钠的不均匀离子分布。
Na+出细胞，K+进细胞：主动运输
（钠钾泵）
钠钾泵
膜电位的测量
测量方法：
（1）电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧　
（膜电位为膜内电位减去膜外电位）
刺激
①a点之前
——静息电位
主要表现为K+外流，使膜电位表现为外正内负。
②ac段
——动作电位的形成
Na+大量内流，导致膜电位迅速逆转，表现为外负内正。
③ce段
——静息电位的恢复
K+大量外流，膜电位恢复为静息电位后。
（1）电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧　
刺激
④ef段
——一次兴奋完成后
钠钾泵将流入的Na+泵出膜外,将流出的K+泵入膜内,以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态,恢复到静息水平,为下一次兴奋做好准备。
a-c：Na+内流（协助扩散）
c-e：K+外流（协助扩散）
e-f：泵出Na+，泵入K+（主动运输）
（1）电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧　
静息电位，K+外流（协助扩散）
a点:
溶液中离子浓度变化 静息电位变化 动作电位变化
适当降低溶液中Na+浓度
适当增加溶液中Na+浓度
适当降低溶液中K+浓度
适当增加溶液中K+浓度
不变
变小
不变
变大
增大
不变
不变
变小
膜电位的测量
膜电位的测量
测量方法：
（2）电表两极均置于神经纤维膜的外侧　
特别提醒
①整个过程中，细胞膜内K+始终比膜外多，Na+始终比膜外少；
②Na+浓度只影响动作电位的峰值，K+浓度只影响静息电位的绝对值
③整个过程中，由于要一直维持细胞内高K+，细胞外高Na+，因此钠钾泵一直在发挥作用，并非只有DF段；
(1)产生和维持神经细胞静息电位主要与K＋有关(　　)
(2)兴奋沿神经纤维传导时细胞膜外Na＋大量内流(　　)
(3)神经纤维上兴奋的传导方向与膜内局部电流的方向相同(　　)
(4)刺激离体的神经纤维中部，产生的兴奋沿神经纤维向两侧传导(　　)
(5)在完成反射活动的过程中，兴奋在神经纤维上的传导方向是双向的
√
√
×
√
√
例1 下列关于静息电位和动作电位的叙述，错误的是( )
C
A.细胞外液中 浓度会影响动作电位的形成
B.神经元膜内 的外流是形成静息电位的基础
C.当处于静息电位时，细胞膜两侧的电位表现为外负内正
D.动作电位形成的过程中， 内流不消耗能量
[解析] 内流形成动作电位，因此细胞外液中 浓度会影响动作电位的
形成，A正确；神经元膜内 的外流是形成静息电位的基础，B正确；当处于
静息电位时，细胞膜两侧的电位表现为外正内负，C错误；动作电位形成的过
程中， 内流的方式为协助扩散，不消耗能量，D正确。
例2 [2022·广东江门二中月考] 如图是测量神经纤维膜电位变化情况的示意
图，相关叙述错误的是( )
A
A.图甲中指针偏转说明膜内外电位不同，测出的是动作电位
B.图甲中的膜内外电位不同，主要是 外流形成的
C.图乙中刺激神经纤维会引起指针发生两次方向相反的偏转
D.图乙中产生的兴奋会以局部电流的形式向两侧快速传导
[解析] 图甲中指针偏转说明膜内外电位不同，由于此时膜电位是外正内负，该电位的形成与钾离子的外流有关，测出的是静息电位，A错误，B正确；图乙中刺激神经纤维，产生兴奋，先传导到电流表右侧，后传导到电流表左侧，所以会引起指针发生两次方向相反的偏转，C正确；兴奋时，神经纤维膜对钠离子通透性增加，使得刺激点处膜电位表现为内正外负，该部位与相邻部位产生电位差而发生电荷移动，形成局部电流，因此，图乙中产生的兴奋会以局部电流的形式向两侧快速传导，D正确。
3．下图表示神经纤维在离休培养条件下，受到刺激时产生动作电位及恢复静息状态过程中的电位变化。下列有关分析错误的是（ ）
A．ab段神经纤维处于静息状态
B．bd段的形成主要是Na+外流的结果
C．若增加培养液中的Na+浓度，则d点将上移
D．若受到刺激后，导致Cl-内流，则c点将下移
解析：在未受到刺激时，神经纤维处于静息状态，A正确；bd段产生了动作电位，主要是Na+内流的结果，B错误；若增加培养液中的Na+浓度，会使Na+内流的量增多，动作电位将增大，d点将上移，C正确；若受到刺激后，导致Cl-内流，则会抑制动作电位的产生，C 点将下移，D正确。
+40
+20
0
-20
-40
-60
-80
刺激
阈电位
时间/ms
动作电位
a
b
c
d
膜电位/mV
例1：将灵敏电流计连接到图1神经纤维的表面,分别在a、b处给予足够强度的刺激(a点离左右两个接点距离相等)，下列说法不正确的是 (　　)
不偏
2次
先右偏后左偏
图1
A
A.刺激a点时，指针偏转1次 B.刺激b点时，指针偏转2次
C.刺激a点，指针不偏转 D.分别刺激a、b时，都会产生动作电位
静息电位：外正内负
动作电位：外负内正
没刺激时，
受刺激时，
是否偏转：看有无电位差
偏转几次：
有几次电位差
偏转方向：
正电荷到负电荷
做题思路

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