(共53张PPT)
英国化学家汉弗里·戴维(H.Davy,1778-1829)在实验室完成笑气(N2O)的有关实验后,记录如下:“……吸入这种气体后,会觉得头晕目眩,如痴如醉,再吸入一些后四肢有舒适之感,肌肉慢慢无力。”笑气吸入后让人头晕目眩、肌肉无力的生物学机理是什么?笑气有麻醉和镇痛效果,但若长期过量吸入笑气可能有哪些危害?
图片来自江苏普通高中拓展创新学程
第3节 神经冲动的产生和传导
1. 运动员从听到发令枪响到做出起跑反应,信号的传导经过了那些结构?
2. 短跑比赛中如何判定运动员抢跑?
问题探讨
一、兴奋在神经纤维上的传导
生物电的发现
1.两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立回路,肌肉会收缩。
2.使用蛙坐骨神经-腓肠肌标本进行“无金属收缩实验”,验证生物存在电信号。
第3节
神经冲动的产生和传导
图片来自2020沪科版教材
兴奋在神经纤维上以电信号形式传递
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的状态的过程。
1. 兴奋
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
兴奋在神经纤维上以电信号形式传递
+
+
-
+
+
-
+
+
①
②
③
④
a
b
a
b
a
b
a
b
图2-6 神经表面电位差的实验示意图
c
+
+
a
b
+
+
a
b
⑤
⑥
2. 兴奋是以电信号(局部电流)的形式沿着神经纤维传导的,这种电信号也叫做神经冲动。
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
兴奋在神经纤维上以电信号形式传递
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
“生物电”发生的膜学说
枪乌贼
1936年,英国解剖学家杨(J.Z.Yonng)找到了一个理想的试验材料一一软体动物中的枪乌贼的神经。该神经具有直径可达1mm的轴突,这与一般脊椎动物轴突直径最大不超过0.02mm比起来,无疑是研究跨膜电位的极好材料
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
“生物电”发生的膜学说
枪乌贼
1.神经在静息状态下电位高于兴奋状态下的电位。
2. K+在细胞内液的含量远高于细胞外液。
细胞膜具有选择透过性,神经兴奋的产生是否是细胞膜调节K+或者其他离子的通过性,进而调节细胞膜两侧电位差引发的呢?
插入枪乌贼
轴突的微电极
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
英国的霍奇金和赫胥黎以枪乌贼神经为实验材料,记录下表电信65mV
插入枪乌贼轴突的微电极局部放大图片,可见微电极内部中空,充满生理盐水
图片来自2020沪科版教材
静息电位的确认
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
静息电位的维持
未受刺激时:
Na+浓度:神经细胞膜外的浓度高于细胞膜内。
K +浓度:神经细胞膜外的浓度低于细胞膜内。
细胞膜两侧电位表现为内负外正,称为静息电位。
图片来自2020沪科版教材
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
静息状态下的电位产生的原因
①细胞内的有机负离子如蛋白质为大分子,这些大分子不能透过细胞膜到细胞外。
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
静息电位产生原理示意图
静息状态下的电位产生的原因
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
静息电位产生原理示意图
②细胞膜上存在Na+-K+泵,每消耗1个ATP分子,逆着浓度梯度,从细胞内泵出3个钠离子,但只从膜外泵入2个钾离子。
静息状态下的电位产生的原因
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
静息电位产生原理示意图
③神经细胞膜在静息时对钾离子的通透性大,膜内的钾离子顺着浓度梯度扩散到细胞外,但对钠离子的通透性小,膜外的钠离子不能扩散进来。
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
Na +和K+在神经兴奋中的跨膜运输
静息电位下细胞膜内外Na+和K+浓度差如何维持?
处于静息电位时:膜外的Na+浓度高于细胞膜内;
膜外的K+浓度低于细胞膜内。
如何恢复静息电位下细胞膜内外Na+和K+浓度?
动作电位发生后:大量Na+内流;大量K+外流。
这些过程消耗能量吗?我们如何进行验证?
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
动作电位的发现
霍奇金
Alan Hodgkin
赫胥黎
Andrew Huxley
“膜学说”:静息时细胞膜只对 K+有通透性。由于带正电荷的 K+顺浓度差向细胞外扩散,相应的负电荷仍留在细胞内,形成了 “外正内负” 的静息电位。神经受到刺激兴奋时,细胞膜对所有离子都通透,膜两侧电位差瞬间消失形成兴奋。
如果“膜学说”成立,赫胥黎和霍奇金在刺激枪乌贼轴突后,应观察到怎样的电位变化?
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
霍奇金和赫胥黎记录的枪乌贼动作电位
兴奋的形成依赖于Na+内流和K +外流。
动作电位发生时细胞膜内电位迅速升高由Na+内流决定。
Na+由细胞外向细胞内的大量内流决定细胞膜内的电位变化,并导致膜内电位为正。
动作电位恢复为静息电位时, K +外流具有关键作用。
动作电位的发现
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
图片来自2020沪科版教材
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
在未受到刺激时(右图),神经细胞外的Na+比膜内高,K+浓度比膜内低。静息时,膜对K+的通透性大,造成K+外流,使膜外的阳离子浓度高于膜内,出现外正内负的现象,叫静息电位。
静息状态下的神经元
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
兴奋在神经纤维上产生和传导
在受到刺激时(右图),细胞膜对Na+的通透性增加,造成Na+内流,使膜内的阳离子浓度高于膜外,出现内正外负的现象,叫动作电位,此部位称为兴奋部位。
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
兴奋在神经纤维上产生和传导
在兴奋部位与未兴奋部之间由于电位差的存在,而发生了电荷移动,这样就形成的局部电流。
兴奋
区域
未兴奋区域
未兴奋区域
兴奋传递的方向
兴奋在神经纤维上的传导方向是双向的
想一想
刺激离体的神经纤维中间任意一点,兴奋沿神经纤维双向传导。但是,在体内的反射活动中,为什么兴奋只能沿反射弧单向传导呢?
一、兴奋在神经纤维上的传导
第3节
神经冲动的产生和传导
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
神经元间兴奋传递的结构
1.上游神经元轴突末梢经多次分支,末端膨大呈杯状或球状,称为突触小体。
2.突触小体可以与下游神经元的细胞体或者树突等接近,共同构成突触结构,完成神经元之间的兴奋传递。
下游神经元
细胞体/树突等
上游神经元
轴突末梢
兴奋传导方向
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
问题1:生理状态下神经元之间如何构成突触连接?
下游神经元
树突
下游神经元胞体
神经元间兴奋传递的结构
髓鞘
轴突
问题2:上、下游神经元之间的突触是否是一一对应?
问题3. 神经系统复杂的调控机制如何实现?
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
图片来自2020沪科版教材
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触的结构
突触小泡
突触前膜
突触间隙
突触后膜
神经递质
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
神经递质释放至突触间隙
①上游神经元的兴奋沿轴突传递至突触小体。
②突触小泡受到刺激,向突触前膜移动。
③突触小泡与突触前膜融合。
④突触小泡中的神经递质被释放至突触间隙。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
神经递质释放至突触间隙
⑤神经递质释放到突触间隙后,在突触间隙 扩散,并作用于突触后膜的特异性受体。
突触后膜的特异性受体是哪种生物大分子?
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
神经递质对特异性受体的作用
⑥突触后膜上的离子通道变化,引发突触后膜电位变化。
⑦神经递质被降解或回收。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
递质释放后处理机制示意图
图片来自江苏普通高中拓展创新学程
递质发挥作用后往往依赖酶促降解、被膜转运体摄取回突触前末稍等方式降解递质浓度。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触后膜上有受体类型
图片来自江苏普通高中拓展创新学程
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
兴奋只能由突触前膜
向突触后膜单向传递
信号转变:电信号→化学信号→电信号
兴奋在神经元之间传导的方向
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
思考:神经递质都能使下一神经元兴奋吗?
(2019浙科版)
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触只存在于神经元之间吗?
已知副交感神经可以使心率降低。
A组保留副交感神经
B组剔除副交感神经
刺激A组中的副交感神经,A的跳动降低。
从A组的营养液中取一些液体注入B组的营养液中,B组的跳动也减慢。
该实验的假说是什么?该实验可以说明什么问题?
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触只存在于神经元之间吗?
已知副交感神经可以使心率降低。
A组保留副交感神经
B组剔除副交感神经
刺激A组中的副交感神经,A的跳动降低。
从A组的营养液中取一些液体注入B组的营养液中,B组的跳动也减慢。
该实验的假说是什么?该实验可以说明什么问题?
假说:支配心脏的副交感神经可能释放了某种化学物质,该物质可以使心跳减慢。
实验预期:从A心脏的营养液中取一些液体注入B心脏的营养液中,B心脏的跳动
也会减慢。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触的组成类型
(1)轴突与树突相接触
(2)轴突与细胞体相接触
(3)轴突与肌肉细胞或腺体细胞接触
(2019浙科版)
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
1. 从结构上来分,突触可分为两大类,即化学突触(一般所说的突触就是指化学突触)和电突触(如轴-轴,树-树)。
2. 从功能上来分,兴奋性突触和抑制性突触。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
化学性定向突触传递
图片来自江苏普通高中拓展创新学程
定向突触末梢释放的递质仅作用于突触后范围极为有限的部分膜结构,突触前膜释放化学性递质,并在突触后膜将其转换为电信号。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
化学性非定向突触传递
图片来自江苏普通高中拓展创新学程
化学性非定向突触传递也称为非突触性化学传递(non-synaptic chemical transmission),不具有经典的突触结构,广泛存在于神经和心肌、平滑肌间的接头,也存在于脑内部分神经纤维中。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
神经元膜上存在一些贯穿质膜的蛋白质可形成缝隙连接(图1-2-6),以局部电流为媒介通过离子通道传递信息。
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
有机磷农药的中毒机制
有机磷农药:含磷元素的有机化合物农药,如乐果、敌百虫及敌敌畏等。
有机磷农药经皮肤、消化和呼吸道粘膜过量摄入可抑制胆碱酯酶活性,引发突触后膜持续激活,导致神经系统功能紊乱。
胆碱酯酶:降解神经递质乙酰胆碱
第3节
神经冲动的产生和传导
二、兴奋在神经纤元之间的传导
突触传递的调节
如何增强兴奋性神经递质作用突触后膜后引发的兴奋?
兴奋性神经递质:如多巴胺等。
第3节
神经冲动的产生和传导
你是否沉迷在游戏中无法自拔?
你是否喜欢暴饮暴食?
你身边是否有人沉迷于赌博?
你身边是否有人每天酗酒?
你身边是否有人每天大量吸烟?
你身边是否有人每天都要喝大量咖啡?
什么是成瘾?
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
第3节
神经冲动的产生和传导
多巴胺的作用
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
大脑皮层前额叶
纹状体
黑质
伏
隔
核
中脑
腹侧
被盖区
多巴胺与奖励机制
突触前膜多巴胺分泌,作用于突触后膜特异性受体,诱导欲望产生。
欲望得到满足,奖励机制启动,获得快乐等正面情绪,得到满足感。
远超正常水平的多巴胺可以和受体结合,欲望增强。但后续神经信号不敏感,奖励机制反馈不足。
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
原是指能提高中枢神经系统机能活动的一类药物,如今是运动禁用药物的统称。兴奋剂就是毒品。
兴奋剂
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
鸦片、海洛因、甲基苯丙胺(冰毒)、吗啡、大麻、可卡因经及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。
毒品
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
毒品的成瘾机制
鸦片、吗啡、海洛因等阿片类毒品:诱导突触前膜一次性释放大量多巴胺,突触间隙多巴胺浓度显著增加。
可卡因:与突触前膜回收多巴胺的多巴胺转运蛋白具有极高的亲和性,多巴胺回收受阻,突触间隙多巴胺浓度显著增加。
冰毒 、摇头丸、麻古等新型毒品:诱导突触前膜一次性释放大量多巴胺;抑制多巴胺在突触前膜的重吸收,,突触间隙多巴胺浓度显著增加。
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
毒品为何会被滥用
鸦片、吗啡、海洛因等阿片类毒品:镇咳、镇痛药物。
可卡因:麻醉品。
冰毒 、摇头丸、麻古等新型毒品:神经兴奋性药物。
毒品成瘾的危害
脑部以及全身病变
强烈的戒断反应
心瘾难除,复吸率极高
艾滋病等疾病传播
严重的社会影响
吸毒致死者病变的脑组织和心脏
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
警惕新型毒品的危害
伪装成曲奇饼干
和邮票的毒品
戒断反应较弱,接触门槛低。
容易伪装。公安机关查获大量伪装成糖果、咖啡、饮料、饼干、邮票的毒品。
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
防控毒品的严峻形势
毒品注射流行地图
颜色越深毒品流行越严重
大麻使用率地图
颜色越深大麻使用率越高
第3节
神经冲动的产生和传导
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害