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第2章 神经调节
第三节 神经冲动的产生和传导
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?
2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么?
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0.1s内起跑被视为抢跑。
讨论:
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。
枪声
感受器
神经中枢
效应器
耳朵
传入神经
传出神经
大脑皮层、脊髓
传出神经末梢及其支配的肌肉
1
2
兴奋在神经纤维上的传导
兴奋在神经元之间的传递
3
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
一、兴奋在神经纤维上的传导
神经电信号的发现
刺激
蛙的坐骨神经
电流表
腓肠肌
受到刺激,电流表的指针发生了怎样的变化呢?
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。
+
一、兴奋在神经纤维上的传导
静息状态
②
③
④
在神经左侧给予刺激
无电位变化
思考:从这些实验现象可以得出什么结论?
神经表面各处电位相等
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a
b
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+
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。
结论:
-
一、兴奋在神经纤维上的传导
思考:生物电究竟是如何产生的呢?
1.神经元膜内、外的离子分布不均匀:
膜外Na+ 浓度比膜内高,而K+浓度比膜内低。
2.神经细胞膜对不同离子的通透性不同:
静息时, 膜主要对K+通透性大, K+外流。
受刺激时,膜对Na+通透性增加, Na+内流。
一、兴奋在神经纤维上的传导
(1)静息状态
在未受到刺激时,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,出现内正外负的现象,叫静息电位。
思考:K+的跨膜运输有何特点?
顺浓度梯度运输,需要通道蛋白的协助,不消耗ATP,协助扩散。
1.1
兴奋在神经纤维上传导的机理
一、兴奋在神经纤维上的传导
在受到刺激时,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。
(2)动作电位
思考:Na+的跨膜运输有何特点?
顺浓度梯度运输,需要通道蛋白的协助,不消耗ATP,协助扩散。
一、兴奋在神经纤维上的传导
(2)动作电位
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。
局部电流刺激相邻未兴奋部位发生同样的电位变化,如此进行下去,将兴奋向闪传导,后方又恢复为静息电位。
一、兴奋在神经纤维上的传导
资料:丹麦生理学家斯科等人发现了细胞膜上存在钠钾泵,并因此获得了1997年的诺贝尔化学奖。
汉水丑生侯伟作品
Na+-K+泵有什么作用?
钠钾泵是一种钠钾依赖的ATP酶,能水解ATP释放能量,用于将膜外的K+泵入,同时将膜内的Na+泵出细胞。人体处于静息状态时,细胞25%的ATP被钠钾泵消耗掉,神经细胞70%的ATP被钠钾泵消耗掉。
Na+-K+泵运输方式是什么?
主动运输,逆浓度梯度运输
一、兴奋在神经纤维上的传导
(1)静息电位表现为 ,是 外流形成的。
(2)动作电位表现为 ,是 内流形成的。
(3)兴奋部位与 部位之间存在电位差,形成了 。
(4)局部电流刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化,兴奋向前传导,原兴奋部位又恢复为 。
内负外正
K+
内正外负
Na+
未兴奋
局部电流
静息电位
小结:兴奋在神经纤维上传导的机理
一、兴奋在神经纤维上的传导
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适宜刺激
一、兴奋在神经纤维上的传导
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适宜刺激
一、兴奋在神经纤维上的传导
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适宜刺激
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-
传导方向:双向传导
传导形式:局部电流
膜外局部电流的方向是从未兴奋部位到兴奋部位,与兴奋传导方向相反;
膜内局部电流的方向是从兴奋部位到未兴奋部位,与兴奋传导方向相同。
一、兴奋在神经纤维上的传导
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+ + + +
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+ + + +
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+ + + +
- - - -
- - - -
+ + + +
思考:如何测量静息电位的大小?
1.2
电流表指针偏转问题
电流表电极一个位于膜外,一个位于膜内。
一、兴奋在神经纤维上的传导
1.2
电流表指针偏转问题
【例】请回答以下有关电流表指针偏转的问题。
(1)未受刺激时,电流表指针 。
(2)若在d处给予适宜刺激,电流表指针 。
(3)若在ab中点c处给予适宜刺激,电流表指针 。
不偏转
发生两次方向不同的偏转
先左后右
不偏转
一、兴奋在神经纤维上的传导
1.3
膜电位变化曲线解读
刺激
①a点之前
——静息电位
主要是K+外流(协助扩散),
膜电位:外正内负。
②ac段
——动作电位的形成
Na+大量内流(协助扩散),
膜电位: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。
④ef段
Na+-K+泵通过将Na+泵出膜外,将K+泵入膜内,以维持膜外高Na+膜内高K+的状态,为下一次兴奋准备。
1.在离体实验条件下神经纤维的动作电位示意图如图所示。下列叙述正确的是( )
A.ab段主要是Na+内流,是需要消耗能量的
B.bc段主要是Na+外流,是不需要消耗能量的
C.cd段主要是K+外流,是不需要消耗能量的
D.de段主要是K+内流,是需要消耗能量的
C
【随堂练习】
2.如图表示枪乌贼离体神经维纤在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( )
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
一、兴奋在神经纤维上的传导
汉水丑生侯伟作品
【随堂练习】
C
1
2
兴奋在神经纤维上的传导
兴奋在神经元之间的传递
3
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
二、兴奋在神经元之间的传递
在完成一个反射的过程中兴奋要经过多个神经元。
一般情况下,相邻的两个神经元并不是直接接触的。
当兴奋传导到神经元的末端时,是如何传递到另一个神经元的呢?兴奋在神经元之间传递的结构基础是什么?
突触
二、兴奋在神经元之间的传递
2.1
突触的结构
神经元的__________末端_____,呈___状或___状的结构,叫做__________。
轴突末梢
膨大
杯
球
突触小体
突触小体与其他神经元的______或_____等相接近,共同形成突触;
细胞体
树突
思考:如何区分突触、突触小体?
突触小体
突触
注意:神经元与肌肉细胞或某些腺体之间也是通过突触联系的
二、兴奋在神经元之间的传递
突触前膜
突触间隙
突触后膜
突触
线粒体
突触小泡
受体
神经递质
突触小体
离子通道
思考:怎么判断突触前膜和突触后膜?
2.1
突触的结构
突触后膜通常是神经元___ 或_______,
在效应器的突触中,也可能为_________膜或某些__________的膜。
二、兴奋在神经元之间的传递
轴突-轴突型
轴突-树突型
轴突-胞体型
轴突-肌细胞突触
轴突-腺体细胞突触
A.轴突—胞体型
B.轴突—树突型
C.轴突—轴突型
树突膜
细胞体膜
腺细胞
肌肉细胞
2.2
突触的类型
突触前膜通常是上一个神经元的____________________部分细胞膜。
轴突末梢(突触小体)
二、兴奋在神经元之间的传递
轴突末梢
突触小泡
突触前膜
神经递质
突触间隙(扩散)
神经递质与突触后膜的受体结合
突触后膜离子通道打开
突触后膜电位变化
神经递质被降解或回收
思考:你能推测兴奋在突触传递过程吗?
释放
电信号
化学信号
电信号
2.3
兴奋在突触的传递过程
二、兴奋在神经元之间的传递
2.3
兴奋在突触的传递过程
(1)单向传递
原因:神经递质只存在于突触小泡中,只能由突触前膜释放,作用于突触后膜特异性受体上。
原因:突触处的兴奋传递需要________________________ 的转换,以及神经递质的_____、______、_______________ 都需要一定的时间;
电信号→化学信号→电信号
释放
扩散
对突触后膜的作用
思考:神经递质作用后有哪些去向?
(2)突触延搁:兴奋在突触处的传递比在神经纤维上的传导要慢
发生效应后,被酶分解而失活,或被突触前膜回收
二、兴奋在神经元之间的传递
2.4
神经递质——信号分子
(1)化学本质:
(2)种类和作用:
(3)去向:
意义:避免持续起作用,为下一次兴奋做准备。
乙酰胆碱、胺类(多巴胺、5-羟色胺)、氨基酸类(谷氨酸、甘氨酸)、激素类(肾上腺素)、NO等。
兴奋性递质:
抑制性递质:
Na+通道打开,Na+内流,后膜产生动作电位,后神经元兴奋
Cl- 通道打开,Cl- 内流后,强化外正内负的静息电位,使后膜难以兴奋,表现为抑制作用
神经递质会与受体分开,并迅速被降解或回收进细胞。
1
2
兴奋在神经纤维上的传导
兴奋在神经元之间的传递
3
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
1. 兴奋剂
(1)概念: 原指能_________________________的一类药物,如今是________________的统称。
(2)作用:兴奋剂具有增强_____________、提高__________等作用。
提高中枢神经系统机能活动
运动禁用药物
人的兴奋程度
运动速度
为了保证公平、公正,运动比赛禁止使用兴奋剂。
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
2.毒品
概念:指____、______、_______________、_____、____、______以及国家规定管制的其他能够使人___________的_____药品和______药品。
鸦片
海洛因
甲基苯丙胺(冰毒)
吗啡
大麻
可卡因
形成瘾癖
麻醉
精神
3. 可卡因
概述:可卡因既是一种_______也是一种_______;它会影响大脑中与_________有关的神经元,这些神经元利用神经递质________来传递愉悦感。
兴奋剂
毒品
愉快传递
多巴胺
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
讨论:服用可卡因为什么会使人上瘾?
(1)据图分析,吸食可卡因导致多巴胺留在突触间隙持续发挥作用的原因是什么?
(2)吸食可卡因会对突触后膜产生什么影响?
可卡因使多巴胺转运蛋白失去回收多巴胺的功能
导致突触后膜上的多巴胺受体减少,机体正常的神经活动受到影响。服药者必须服用可卡因来维持神经元的活动,形成恶性循环,毒瘾难戒。
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
药物或毒品影响神经系统的方式(可一种或多种)
(1)促进神经递质的合成和释放速率,使突触间隙的神经递质增加
(2)干扰神经递质与受体的结合
(3)影响分解神经递质的酶的活性
(4)影响突触前膜上的加转运蛋白回收神经递质
(5)药物能模仿神经递质的作用
兴奋剂和毒品也大多是通过突触来起作用的
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
珍爱生命,远离毒品
2008年,《中华人民共和国禁毒法》正式施行;
向社会宣传滥用兴奋剂和吸食毒品的危害,是我们每个人应尽的责任和义务。
【思维训练】推断假说与预期
有研究者提出一个问题:“当神经系统控制心脏活动时,在神经元与心肌细胞之间传递的信号是化学信号还是电信号呢?”
为回答此问题,科学家进行了如下实验。取两个蛙的心脏(A和B,保持活性)置于成分相同的营养液中,A有某副交感神经支配,B没有该神经支配 。
刺激该神经,A心脏的跳动减慢;
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心脏跳动也减慢。
由此,科学家得出结论:该神经释放一种化学物质,这种物质可以使心跳变慢。
A
B
【思维训练】推断假说与预期
A B
材料
处理
结果
结论 有某副交感神经
无某副交感神经
刺激该神经
从A的营养液中取一些液体注入B的营养液中
心脏跳动减慢
心脏跳动也减慢
该神经释放一种化学物质,这种物质可以使心跳变慢。
1.神经细胞处于静息状态时,细胞内外K+和Na+的分布特征是( )
A.细胞外K+和Na+浓度均高于细胞内
B.细胞外K+和Na+浓度均低于细胞内
C.细胞外K+浓度高于细胞内,Na+相反
D.细胞外K+浓度低于细胞内,Na+相反
D
√
2.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 ( )
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
思路点拨
静息电位:外正内负
动作电位:外负内正
静息时,
刺激时,
不偏
2次
先右偏后左偏
图1
是否偏转:看有无电位差;
偏转几次:
有几次电位差偏几次
A
3.如图所示是毒品可卡因的作用机制:可卡因通过影响神经递质的回收,从而刺激大脑中的“奖赏”中枢,使人产生异常强烈的愉悦感.下列叙述错误的是( )
A.图中结构①是突触小泡,其中的多巴胺也属于神经递质
B.图中结构②为受体,多巴胺与其结合使突触后膜发生电位变化
C.图示表明,多巴胺完成兴奋传递后会被运回上一个神经元
D.吸食的可卡因进入突触间隙后会使下一个神经元的兴奋受到抑制
D