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第二章 神经调节
第3节 神经冲动的产生和传导（第一课时）
新人教版 选择性必修一 稳态与调节
目标
01
02
03
通过反射弧中兴奋传导和传递特点的分析，提升实验设计及对实验结果分析的能力。（科学探究）
通过分析电位产生的机理及相关曲线的解读，养成科学思维的习惯。
（科学思维）
通过思考讨论“兴奋在神经纤维上的传导”说明了兴奋的产生及传导过程。
(生命观念)
教学目标
短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界短跑比赛规则规定，在枪响后0.1 s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？
一、问题探讨
问题探讨
耳蜗（感受器）
传入神经
神经中枢
（大脑皮层）
神经中枢
（脊髓）
传出神经
效应器
（传出神经末梢和它支配的肌肉）
一、问题探讨
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？
短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界短跑比赛规则规定，在枪响后0.1 s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(肌肉)等结构。
一、问题探讨
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。
一、问题探讨
运动员听到信号后神经产生兴奋，兴奋的传导经过了一系列的结构。那么，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？
拆分为2个问题：
兴奋在神经纤维上的传导
兴奋在神经元之间的传递
1. 兴奋与神经冲动的概念
兴奋是指动物体或人体内的某些组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。
兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫作神经冲动。
2. 兴奋产生的条件:
①取决于组织本身的机能状态，兴奋的引起和兴奋的维持依赖于可产生兴奋的组织的新陈代谢；
②兴奋的产生需要有适宜的刺激，这里的适宜既包括刺激的强度适宜，也包括刺激的时间适宜。
二、兴奋在神经纤维上的传导
一
兴奋在神经纤维上的传导
二、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。
a
b
+
+
①静息时,电表_________测出电位变化,说明神经表面各处电位_________。
没有
相等
刺激
-
②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____________ 。
靠近
恢复正电位
负
-
③然后，另一电极（b处）变为____电位。
负
④接着又__________________。
恢复为正电位
二、兴奋在神经纤维上的传导
3. 神经冲动产生的原理
一
兴奋在神经纤维上的传导
a
b
+
+
a
b
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+
-
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a
b
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a
b
+
+
-
二、兴奋在神经纤维上的传导
3. 神经冲动产生的原理
神经表面电位差的实验示意图
共发生了两次方向相反的偏转
说明：在神经系统中，兴奋是以_______的形式沿着神经纤维传导的。
电信号
这种电信号也叫做___________（neural impulse）。
神经冲动
二、兴奋在神经纤维上的传导
神经冲动在神经纤维上是怎样产生和传导的？
因此可以说，兴奋在神经纤维上的传递形式为: ________________
神经冲动(电信号)
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
神经细胞外的Na+浓度比膜内要高，K+浓度比膜内低。正常细胞膜外Na+浓度约为膜内Na+浓度的12倍。膜内K+的浓度约为膜外的30倍。
神经细胞Na+、K+分布特点
二、兴奋在神经纤维上的传导
4.神经冲动的产生
神经细胞每兴奋一次，会有部分Na+内流和部分K+外流，长此以往，神经细胞膜内高K+膜外高Na+的状态将不复存在。这个问题是如何解决的呢？
二、兴奋在神经纤维上的传导
4.神经冲动的产生
丹麦生理学家斯科（Jens C.Skou）等人发现，钠钾泵是一种钠钾依赖的ATP酶，能分解ATP释放能量，将膜外的K+运进细胞，同时将膜内的Na+运出细胞。细胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高，正是由钠钾泵维持的。
Na+进细胞，K+出细胞：协助扩散
Na+出细胞，K+进细胞：主动运输
（钠钾泵）
神经细胞每兴奋一次，会有部分Na+内流和部分K+外流，长此以往，神经细胞膜内高K+膜外高Na+的状态将不复存在。这个问题是如何解决的呢？
二、兴奋在神经纤维上的传导
4.神经冲动的产生
钠钾泵：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。
原因：
5.静息电位产生机制
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
Na+
膜外
膜内
膜外
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K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
二、兴奋在神经纤维上的传导
K+
K+
通
道
Na+通
道
膜外
膜内
外正内负
K+外流
Na+
二、兴奋在神经纤维上的传导
5.静息电位产生机制
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-
K+
未受刺激时，神经纤维处于____状态，此时神经细胞外的Na+浓度比膜内要___，K+浓度比膜内___，而神经细胞膜对不同离子的_______各不相同。
静息
高
低
通透性
二、兴奋在神经纤维上的传导
5.静息电位产生机制
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K+
静息状态的电位是：_________________。
该电位形成的主要原因：_________________。
该电位的电位表现是：__________________。
静息电位
K+外流
内负外正
静息时，膜主要对___有通透性，造成________，使膜外阳离子浓度___于膜内。由于细胞膜内外这种特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位表现为_________，这称为___________；
K+
K+外流
高
内负外正
静息电位
二、兴奋在神经纤维上的传导
5.静息电位产生机制
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K+
二、兴奋在神经纤维上的传导
5.静息电位产生机制
静息电位≠零电位。
静息电位时，膜外的阳离子浓度大于膜内的阳离子浓度，膜内外存在电位差，而不是零电位。用电表测量时一般表现为负电位。
①静息电位是稳定的电位
②静息电位可以认为是K+的平衡电位
③静息电位的形成不消耗细胞内化学反应产生的能量（K+外流，是协助扩散）
④静息电位的维持消耗细胞内化学反应产生的能量（Na+-K+泵形成膜内高浓度K+，Na+-K+是主动运输）
二、兴奋在神经纤维上的传导
5.静息电位产生机制
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
Na+
膜外
膜内
膜外
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K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
二、兴奋在神经纤维上的传导
6.动作电位产生机制
K+
通
道
Na+
通
道
膜外
膜内
K+
Na+
内正外负
Na+内流
二、兴奋在神经纤维上的传导
当神经纤维某一部位受到刺激时，细胞膜对____的通透性增加，造成___________，这个部位的膜两侧出现________的电位变化，表现为__________的兴奋状态，此时的膜电位称为___________。
Na+
Na+内流
暂时性
内正外负
动作电位
二、兴奋在神经纤维上的传导
6.动作电位产生机制
+
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Na+
刺激
即产生兴奋。
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-
Na+
刺激
当神经纤维某一部位受到刺激时，细胞膜对____的通透性增加，造成___________，这个部位的膜两侧出现________的电位变化，表现为__________的兴奋状态，此时的膜电位称为_____________。
产生兴奋时的电位是:
_____________。
该电位形成的主要原因：______________。
该电位的电位表现是:
_____________。
Na+
Na+内流
暂时性
内正外负
动作电位
动作电位
Na+内流
内正外负
二、兴奋在神经纤维上的传导
6.动作电位产生机制
兴奋部位
末兴奋部位
局部电流
兴奋部位的电位表现为________，而邻近的未兴奋部位仍然是________，在兴奋部位和未兴奋部位之间由于_______的存在而发生__________，这样就形成了_________
内正外负
内负外正
电位差
电荷移动
局部电流
局部电流的方向:
膜外:
膜内:
未兴奋部位→兴奋部位
兴奋部位→未兴奋部位
二、兴奋在神经纤维上的传导
7.兴奋的传导
兴奋部位
末兴奋部位
局部电流
兴奋部位的电位表现为________，而邻近的未兴奋部位仍然是________，在兴奋部位和未兴奋部位之间由于_______的存在而发生__________，这样就形成了_________
内正外负
内负外正
电位差
电荷移动
局部电流
二、兴奋在神经纤维上的传导
7.兴奋的传导
归纳:
兴奋部位和未兴奋部位之间会形成__________。因此也可以说兴奋在神经纤维上的传导形式为___________。
局部电流
局部电流
图1
图2
局部电流又刺激相近的_______部位产生_____的电位变化，如此进行下去（图1-图2），将兴奋向前传导，后方又_______________。
未兴奋
同样
恢复静息电位
二、兴奋在神经纤维上的传导
7.兴奋的传导
静息状态
未兴奋部位
兴奋状态
兴奋部位
刺激
刺激
兴奋传导方向
兴奋传导方向
K+外流
Na+内流
静息电位
(外正内负)
动作电位
(外负内正)
局部电流
未兴奋部位
刺激
Na+内流
【总结1】兴奋的产生和传导
二、兴奋在神经纤维上的传导
刺激
兴奋传导方向
兴奋传导方向
兴奋以局部电流(或电信号或神经冲动)的形式沿着神经纤维,从受刺激部位向两边快速传导。
兴奋的传导方向与膜内电流方向相同，与膜外电流方向相反。
即兴奋在离体神经纤维上的传导方向是双向的。
二、兴奋在神经纤维上的传导
【总结2】兴奋的产生和传导
刺激
兴奋传导方向
兴奋传导方向
②兴奋在反射弧中传导方向：单向传导
①兴奋在离体的神经纤维上传导方向：双向传导
在反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此，在生物体内的反射弧上，兴奋在神经纤维上的传导方向是单向的。
双向传导的前提除神经纤维需离体之外，刺激还不能发生在神经元的端点；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，形成局部电流，因此可以双向传导。
二、兴奋在神经纤维上的传导
8.兴奋在神经纤维上传导的特点:
(1)生理完整性: 兴奋在神经纤维上顺利传导要求神经纤维在结构和生理功能上都必须是完整的。结构上的断裂或者是局部生理功能的改变(如局部麻醉、冷冻等)，都可以使兴奋的传导发生阻滞。
(2)双向传导: 离体神经纤维中的任何一点受到刺激，所产生的兴奋均可以向胞体和末梢两个方向同时传导。
(3)绝缘性: 一条神经包含着许多条神经纤维，各条纤维上传导的兴奋基本互不干扰。
(4)相对不疲劳性: 神经纤维可以以每秒钟上百次的频率连续传导兴奋数十万次。
二、兴奋在神经纤维上的传导
（5）“全”或“无”
刺激必须达到一定的阈值（阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值或最高值）方能出现，阈下刺激不能引起任何反应——"无"，而阈上刺激则不论强度如何，一律引起同样的最大反应——"全"。
二、兴奋在神经纤维上的传导
8.兴奋在神经纤维上传导的特点:
【高考警示】准确理解兴奋的产生和传导
兴奋产生和传导中Na+、K+的运输方式:
①K+在整个过程中都是由高浓度到低浓度运输,K+外流需要通道蛋白的协助,属于被动运输(协助扩散)。
二、兴奋在神经纤维上的传导
②Na+在动作电位产生时内流,Na+的内流需要通道蛋白,同时从高浓度到低浓度运输,故属于被动运输(协助扩散)。
③一次兴奋完成后,Na+-K+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,为下一次兴奋做好准备,属于主动运输,需消耗能量。
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
习题巩固
看清题干区别，回答下列问题：
①兴奋部位膜电位是：___________________________________
②兴奋部位膜电位变化是：_______________________________
③兴奋部位膜外电位是：_________________________________
④兴奋部位膜外电位变化是：_____________________________
内正外负
由外正内负变为内正外负
负电位
由正电位变为负电位
习题巩固
膜电位的测量
＋
－
轴突
接膜电位记录装置
刺激
参考电极（相当于负接线柱）
记录电极（相当于正接线柱）
三、图析静息电位和动作电位的产生机制
电表两极分别位于神经纤维膜两侧相同位置。
电位差=膜内电位-膜外电位
为什么e点比a点低而不是持平？
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,K+通道关闭。
恢复静息电位的力道比较大，会使膜电位的恢复超过静息电位值，产生一个比静息电位还要负的电位，这种现象叫超极化。
三、图析静息电位和动作电位的产生机制
峰值高低与神经纤维膜内外Na+浓度差有关
刺激
④ef段
——一次兴奋完成后
Na+-K+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,为下一次兴奋做好准备。
三、图析静息电位和动作电位的产生机制
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)
峰值高低与神经纤维膜内外Na+浓度差有关
特殊强调
①整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段。
②整个过程中，细胞膜内K+始终比膜外多，Na+始终比膜外少。
a点之前:K+外流(协助扩散)
总结归纳1
思考：细胞外液中Na+和K+浓度变化对静息电位和动作电位有影响吗？
有影响， Na+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
浓度变化 静息电位或动作电位的变化
细胞外Na+浓度增加
细胞外Na+浓度降低
细胞外K+浓度增加
细胞外K+浓度降低
静息电位不变，动作电位的峰值变大
静息电位不变，动作电位的峰值变小
静息电位绝对值变小
静息电位绝对值变大
知识拓展1
【检测1】(2020·江苏震泽中学高二月考)下图表示神经纤维在离体培养条件下，受到刺激时产生动作电位及恢复过程中的电位变化，有关分析错误的是( )
A. ab段神经纤维处于静息状态
B. bd段主要是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
B
习题巩固
【检测2】图1是测量神经纤维膜内外电位的装置，图2是测量的膜电位变化曲线图。下列相关说法错误的是(　　)
A．图1中装置甲测得的电位相当于图2中的a点
B．图1中装置乙测得的电位是动作电位
C．图2中由a到c属于兴奋过程
D．图1中甲装置测得的电位是由Na＋大量内流形成的
D
习题巩固
【检测3】试判断一个神经细胞的静息电位在添加具有生物活性的化合物——河豚毒素(钠离子转运载体抑制剂)后的变化是( )
A　
习题巩固
若电表两极均置于神经纤维膜的外侧，电位变化曲线是？
电流计
a
b
A
B
受到刺激后，兴奋能先后传到A点和B点，所以电表将发生两次方向不同的偏转，会有两个方向不同的峰值。
知识拓展2
t2
t3
t4
t5
t6
①0～t1段
兴奋从刺激位点传到A点所用时间。
②t1～t2段
A点兴奋，Na+内流，形成动作电位所用时间。
③t2～t3段
K+外流，A点恢复静息电位所用时间。
知识拓展2
A
B
④t3～t4段
A点恢复静息电位后兴奋传递到B点所用时间。
t3～t4时间长短与AB之间的距离有关。
若电表两极均置于神经纤维膜的外侧，电位变化曲线是？
A
B
t2
t3
t4
t5
t6
⑥t5～t6段
K+外流，B点恢复静息电位所用时间。
⑤t4～t5段
兴奋到达B点，Na+内流，形成动作电位所用时间。
知识拓展2
若电表两极均置于神经纤维膜的外侧，电位变化曲线是？
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
总结归纳2——测量膜电位的两种方法
b、d点 ，电表 发生偏转。
点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转(即先向 后向 偏转)
1.刺激a点:
2.刺激c点:
b
d
两
同时兴奋
不
左
右
知识拓展3——兴奋在神经纤维上传导与电流表指针偏转问题
3.刺激bc之间的一点，电流计指针如何偏转？
知识拓展3——兴奋在神经纤维上传导与电流表指针偏转问题
发生两次方向相反的偏转（因为b点先兴奋，d点后兴奋）
4.刺激cd之间的一点，电流计指针如何偏转？
发生两次方向相反的偏转（因为d点先兴奋，b点后兴奋）
5.刺激d点：
先右后左偏两次
规律：在神经纤维上，刺激靠近谁，电流表先向谁偏，偏两次
知识拓展4——深度剖析钠钾泵
①：Na+-K+泵：主动运输，使膜外积累Na+，膜内积累K+。
②：K+渗漏通道：协助扩散，对钾离子通透。并且一直开放。
③：电压门控Na+通道：协助扩散，对钠离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。
④：电压门控K+通道：协助扩散，对钾离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。
知识拓展4——深度剖析钠钾泵
A-表示带负电的蛋白质
Na+-K+泵
↓
膜内高K+
K+通道开放
↓
K+外流
|
外正内负电位差↑
膜内高K+浓度差↓
(阻碍K+外流)
(推动K+外流)
阻力=动力
↓
↓
K+净外流为0，即为静息电位(外正内负)
知识拓展4——深度剖析钠钾泵
刺激
Na+-K+泵
↓
↓
膜外高Na+
Na+通道开放
↓
Na+内流
|
外负内正电位差↑
膜外高Na+浓度差↓
↓
(阻碍Na+内流)
(推动Na+内流)
阻力=动力
↓
Na+净内流为0，即为动作电位的锋值
知识拓展4——深度剖析钠钾泵
意大利医生、生理学家伽尔瓦尼（L.Galvani）
资料1：18世纪意大利生理学家伽尔瓦尼在1791年的论文中宣称动物的组织可以产生生物电。后来他们设计了“无金属收缩实验”，刺激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，出色地证明了生物电的存在。
资料2：1820年电流计应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。
生物科学史话：生物电的发现
资料3：1939年，英国生理学家霍奇金(Sir Alan Lloyd Hodgkin)和赫胥黎(Andrew Fielding Huxley)以枪乌贼为实验材料，发明了微电极技术和细胞内记录的方法。
霍奇金
Alan Hodgkin
赫胥黎
Andrew Huxley
枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明,当改变神经元轴突外Na+浓度的时候，静息电位并不受影响，但动作电位的幅度会随着Na+浓度的降低而降低。
要测定枪乌贼神经元的正常电位，应在钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行。因为体内的神经元处于内环境之中，其钠钾离子具有一定的浓度， 要使测定的电位与体内的一致，也就必须将神经元放在钠钾离子浓度与体内相同的环境中。
静息电位与神经元内的K+外流相关而与Na+无关，故神经元轴突外Na+浓度的改变不影响静息电位。动作电位与神经元外的Na+内流相关，细胞外Na+浓度降低，细胞内外Na+浓度差变小，Na+内流减少，动作电位值下降。
（2）若要测定枪乌贼神经元的正常电位，应该在何种溶液中测定？为什么？
理论联系实际（教材P31 拓展应用1）
（1）请对上述实验现象作出解释。
兴奋在神经纤维上的传导
膜电位
传导方式
特 点：
静息电位
动作电位
钾离子外流
外正内负
影响因素：钾离子的浓度差
协助扩散
钠离子内流
外负内正
影响因素：钠离子的浓度差
电信号
电流方向
膜内：与兴奋传导方向相同
膜外：与兴奋传导方向相反
双向传导
注：在反射弧中，兴奋是单向传递的
课堂小结

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