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2.3 课时1 兴奋在神经
纤维上的传导
感受器
效应器
神经纤维
神经元之间
一样吗？
神经
中枢
短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界田径比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。
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？
思考：兴奋在反射弧中以什么形式传导？它又是怎么传导的呢？
2、为什么要以枪响后0.1s内起跑被视为抢跑？
人类从听到声音到作出反应起跑，兴奋需要经过反射弧的各个结构时间至少需要0.1s。
问题·探讨
资料1：18世纪，伽尔瓦尼意外地发现，用两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立回路，蛙腿剧烈地痉挛。经过反复实验，他认为痉挛起因于蛙体内存在的电，他还把这种电叫做“生物电”。神经通过生物电使肌肉收缩。
(意大利)伽尔瓦尼（1738-1798）
使肌肉收缩起因真的是生物电吗？这个电可测吗？
资料2：意大利物理学家伏特认为这只是一种纯物理现象，是两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。
一、电信号的发现
资料3：蛙的坐骨神经表面电位变化实验
原理：只要存在电位差，电流表指针就会偏转,从正电荷一极向负电荷一极偏转。
思考：无刺激时，电表指针怎么偏转？这又说明什么？当给予刺激，又发生了怎样变化？这又说明什么？
a
b
+
—
坐骨
神经
+
—
结论：
资料3：蛙的坐骨神经表面电位变化实验
静息时，电表没有测出电位差，说明神经表面各处电位相等
左侧给予刺激，靠近刺激端的电极处（a处）先变为负电位
接着恢复正电位
然后，另一电极（b处）变为负电位
接着又恢复为正电位
电表偏转了多少次？
2次
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。
兴奋的实质是电流，电流是如何产生的？
思考：蛙的神经由许多神经纤维构成，如何研究单个神经纤维上的神经冲动？
600μm
枪乌贼巨轴突
枪乌贼的巨大神经纤维直径可达1mm，
是研究生物电的理想材料。
将电位计的一个电极刺入细胞膜内，而另一个电极留在细胞膜外。瞬间记录仪上出现了一个电位跃变。说明：神经细胞未受到刺激时，细胞膜内外存在 ，且 _______比_______低 70 mV。
当微电极都插在细胞膜外时，电位计无示数，随意调整电极位于膜外的位置，电位计均无示数，说明：____________________________
神经细胞外各处的电位相等。
电位差
膜内
膜外
当膜未受刺激时：
膜未受刺激时，膜内电位低，膜外电位高，细胞膜两侧的电位表现为内负外正，称为静息电位。
理论上细胞内液和外液都是电中性的，为什么膜内外却存在电位差呢？
1.静息电位的形成
＋
－
二、兴奋在神经纤维上的传导
生物电是如何产生的？生物体内什么物质带电？举例说明。
如何解释膜未受刺激时，膜内外就存在电位差（静息电位）？
假设1：静息电位是K+外流导致的。
假设2：静息电位是Cl-内流导致的。
细胞外液中主要的阳离子和阴离子是 ；
细胞内液中主要的阳离子是 ，
带负电的主要是 。
膜内外离子分布不均衡是 运输所致。
理想神经元分析：
细胞外液
单位：mmol/L
3 K+
117 Na+
120 Cl-
0 A-
细胞内液
90 K+
30 Na+
4 Cl-
116 A-
—
—
—
—
—
+
+
+
+
+
Na+和Cl-
K+
蛋白质（A-）
主动
【资料4】 科学家通过实验发现：改变细胞外液K＋浓度，静息电位会发生显著变化。例如增大膜外K＋浓度，静息电位会由-70mV变为-60mV。
改变Cl-浓度，未受刺激时膜电位基本没有变化。
据以上资料可知：静息电位形成的原因是 向膜 (填“内”或“外”)跨膜转运，跨膜运输的方式是 。
K＋
外
协助扩散
K+顺浓度梯度向膜外扩散（K+外流）
膜电位变现为：内负外正
①神经细胞膜内K+浓度比膜外高。
②静息状态下，细胞膜上K+通道蛋白打开。
静息电位形成的原因：
2.动作电位的形成
枪乌贼巨轴突
枪乌贼巨轴突
刺激
静息电位 ：神经纤维未受刺激时的状态
动作电位 ：神经纤维受刺激时的状态
①
②
①为 电位，
电位表现为 。
原因是 。
K+外流
静息
内负外正
（1）②对应的时间里，膜内外的电位发生了什么变化？
膜内电位逐渐 ，
膜外电位逐渐 。
d点的电位表现为 。
升高
降低
（2）如何解释刺激神经细胞膜时，膜内电位逐渐升高，膜外电位逐渐降低（动作电位）？
内正外负
假设：动作电位是Na+内流导致的。
K+外流
【资料5】科学家用不含Na＋的等渗透压的右旋糖代替海水，在两分钟之内，动作电位消失，而加含Na＋的海水后，在一分半钟左右恢复了原有的动作电位。
据以上资料可知：动作电位形成的原因是 向膜 (填“内”或“外”)跨膜转运，跨膜运输的方式是 。
Na＋
内
协助扩散
Na+顺浓度梯度向膜内扩散（Na+内流）
膜电位变现为：内正外负
①神经细胞膜外Na+浓度比膜外高。
②受到刺激时，细胞膜上Na+通道蛋白打开。
动作电位形成的原因：
①
②
③
3.静息电位的恢复
④
（1）③对应的时间里，膜电位发生了什么变化？可能是什么原因引起的？
逐渐恢复为 ，
原因是 。
静息电位
K+外流（协助扩散）
（2）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。如何恢复最开始的的膜内K+浓度高，膜外Na+浓度高的状态？
K+外流
Na+内流
钠钾泵：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。维持细胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高。
K+外流
钠钾泵
（主动运输）
4.局部电流的形成
兴奋部位的电位表现为内正外负，而邻近的未兴奋部位仍然是内负外正，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_________。
电位差
电荷移动
局部电流
兴奋部位的电位表现为内正外负,邻近的未兴奋部位仍然是内负外正，在兴奋部位和未兴奋部位之间会发生什么现象呢？
Na＋
Na＋
- - - -
++++
++++
++++
++++
++++
++++
++++
++++
- - - -
- - - -
- -
- - - -
- - - -
- - - -
- -
+ + + +
+ + + +
- - - -
- - - -
+ + + +
+ + ++
- - - -
- - - -
Na＋
Na＋
+ + + +
+ + + +
- - - -
- - - -
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
Na＋
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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-
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-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
兴奋部位
未兴奋部位
未兴奋部位
刺激
局部电流方向：
①膜外:
部位→ 部位，与兴奋传导方向 。
②膜内:
部位→ 部位，与兴奋传导方向 。
未兴奋
兴奋
兴奋
未兴奋
相反
相同
电位表现：__________
原因：_________
原因：_______
电位表现：__________
小结：兴奋的产生和传导
内负外正
K+外流
内正外负
Na+内流
传导形式：__________
传导过程：_________________
局部电流
静息电位→刺激→动作电位→电位差→局部电流
问：以上是用蛙的离体坐骨神经做实验，那么兴奋在反射弧上的传导是双向传导，但在生物体内呢？
原因：_______
电位表现：__________
二、兴奋在神经纤维上的传导
在中部刺激神经纤维，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，所以双向传导
①在离体的神经纤维上
②在反射过程中
在反射过程中，兴奋总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，所以兴奋传导方向一般单向传导。
问：以上是用蛙的离体坐骨神经做实验，那么兴奋在反射弧上的传导是双向传导，但在生物体内呢？
1、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
A
三、拓展——膜电位的测量
资料6：乌贼神经细胞轴突电活动实验
艾伦·劳埃德·霍奇金
英国生理学家
直径可达1mm
霍奇金和朋友科尔用100微米的玻璃毛细管从断端纵向插入枪乌贼的巨大神经纤维，并在细胞外安置参考电极用以测定静息电位和动作电位。
是研究生物电的理想材料
如何操作？
思考：若想通过实验测量枪乌贼神经纤维的静息电位和动作电位。请在下图的电压表选择合适的实验位点（a、b、c点）连接。
图1：测量静息电位和动作电位
图2：只能测量动作电位
连接a、c，无刺激性，可测静息电位。刺激时可测动作电位
连接a、b，无刺激时，指针不偏转，刺激时可测动作电位
1.膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线
膜内外存在离子浓度差，可测量静息电位，起点不为0
两电极位于膜同侧，存在离子浓度相等，测量动作电位起点为0
电位变化与膜内外离子浓度有什么关系？？
2.根据膜电位曲线变化图，回答下列问题。
(2)ac段是动作电位产生的过程，其产生的原因是什么？离子进出方式？是否耗能？
(3)ce段是静息电位恢复的过程，其产生的原因是什么？
(1)a点之前代表静息电位，产生的原因是什么？离子进出方式？是否耗能？
K＋外流
不需要消耗能量
协助扩散
Na＋离子通道内流，协助扩散，不消耗能量。
注：当膜电位大于-55mV（阈电位），Na＋离子通道打开，K＋离子通道关闭，膜电位大于+30mV（锋电位），K＋离子通道打开，Na＋离子通道关闭。
K＋外流，协助扩散，不需要消耗能量。
(4)ef段是静息电位恢复的过程，其产生的原因是什么？
钠钾泵排钠吸钾，主动运输，消耗能量，恢复膜内外离子分布
刺激
①a点之前
——静息电位
②ac段
——动作电位的形成
③ce段
——静息电位的恢复
3.静息电位和动作电位的产生机制总结
K+外流：协助扩散
Na+内流：协助扩散
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
排钠吸钾属于主动运输，需消耗能量
K+外流：协助扩散
④ef段
—— 一次兴奋完成后，为下次兴奋
做准备
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。适当升高溶液S中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到（ ）A．静息电位值减小
B．静息电位值增大
C．动作电位峰值升高
D．动作电位峰值降低
C
正常海水
低Na+海水
将神经元分别置于正常海水和低Na+海水中，分别测得其静息电位和动作电位如右图
静息电位与Na+无关
3、如图A所示为某一神经元游离的一段轴突，图B是该段轴突神经纤维产生动作电位的模式图，下列叙述正确的是（ ）
A.无刺激时，电流表甲、乙测量的是静息电位
B.刺激图A中的C处，甲、乙电流表指针发生偏转时间不同，但偏转的次数相同
C.图B中ab段由Na+内流引起，该过程需要载体蛋白和ATP
D.如果某种药物能使突触后膜上某阴离子通道打开内流，图B中b点值会更高
B
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
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？
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
C
4、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(　　)
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
（K+通道开放）
（Na+通道开放）
协助扩散
无论何时膜外的Na+浓度高，膜内的K+浓度高
钠钾泵
（主动运输）
-55
mV
+30mV
①
②
③
④
维持膜外Na+浓度高，膜内K+浓度高
Na+浓度→动作电位，K+浓度→静息电位
膜内外离子分布不平衡的状态是动作电位与静息电位产生的离子基础。

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