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第2章 神经调节
第3节 神经冲动的产生和传导
第1课时 兴奋在神经纤维上的传导
1．阐明神经细胞膜内外在静息状态时具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导。(生命观念)
2．通过分析电位差变化推测指针偏转的方向和次数。(科学思维)
3．通过数学模型探讨动作电位的变化。(科学思维)
1．静息电位的电位特点是内负外正，主要是K＋外流造成的；动作电位的电位特点是内正外负，主要是Na＋内流造成的。
2．兴奋在神经纤维上的传导形式是电信号，特点是双向传导(离体条件下)，兴奋的传导方向，与膜外局部电流方向相反，与膜内局部电流方向相同。
教材梳理
1.神经冲动
在神经系统中，兴奋是以_________的形式沿着神经纤维传导的，这种_________也叫神经冲动。
知识点 兴奋在神经纤维上的传导
电信号
电信号
2．传导过程
判断正误
(1)产生和维持神经细胞静息电位主要与K＋有关。( )
(2)未受刺激时，膜电位为内正外负，受刺激后变为内负外正。( )
(3)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。( )
√
×
√
核心探讨
任务：探讨兴奋在神经纤维上产生和传导的原理
1．根据静息电位和动作电位产生的原理，以及兴奋在神经纤维上的传导过程，回答下列问题。
(1)静息电位和动作电位产生的离子基础是什么？
提示：神经细胞膜内外离子分布的不平衡，即膜内的K＋浓度比膜外高，Na＋浓度比膜外低。
(2)静息状态下，膜上K＋通道处于开放状态，K＋外流，形成内负外正的静息电位。K＋的这种跨膜运输属于什么方式？有何特点？
提示：协助扩散，需要通道蛋白的协助，不需要消耗 ATP，顺浓度梯度进行。
(3)受到刺激时，膜对Na＋的通透性增大，Na＋内流，此时Na＋的跨膜运输应为什么方式？
提示：协助扩散。
(4)图中膜内、外都会形成局部电流，请说出它们的电流方向(用字母和箭头表示)。兴奋传导的方向与哪种电流方向一致？兴奋的传导有什么特点？
提示：膜内的电流方向是a←b→c，膜外的电流方向是a→b←c。兴奋传导的方向与膜内局部电流方向一致。兴奋传导的特点为双向传导。
(5)当静息电位和动作电位形成之后，细胞内外的K＋和Na＋的浓度大小是怎样的？
提示：静息电位形成之后，细胞内K＋浓度仍然大于细胞外，动作电位形成之后，细胞外Na＋的浓度仍然大于细胞内。
2．分析兴奋在离体神经纤维上的传导方向：如果在神经纤维中间给予刺激，兴奋会如何传导？
(1)图中膜内、外都会形成局部电流，请说出它们的电流方向(用字母和箭头表示)。
提示：膜内的电流方向为a←b→c，膜外的电流方向为a→b←c。
(2)在此情况下兴奋传导的方向是怎样的？(用字母和箭头表示)
提示：兴奋传导的方向为a←b→c。
(3)根据(1)和(2)，分析兴奋传导的方向与哪种电流方向一致？兴奋的传导有什么特点？
提示：兴奋传导的方向与膜内局部电流方向一致。兴奋传导的特点为双向传导。
核心归纳
1.膜电位的测量
方法 图解 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
2.膜电位变化曲线解读(以电表两极分别置于膜两侧为例)
知识贴士
环境溶液中K＋、Na＋浓度与静息电位、动作电位的关系：
3．兴奋在神经纤维上传导的特点
在离体神经纤维上，兴奋的传导是双向的，即刺激神经纤维中除端点外的任何一点，兴奋沿神经纤维向两端同时传导。
特别提醒：在生物体的反射过程中，神经纤维上的神经冲动只能来自感受器，因此在生物体内反射弧上，兴奋在神经纤维上的传导是单向的。
典题应用
1.将一灵敏电流计的电极置于蛙离体坐骨神经腓肠肌的神经上(如图1)，在①处给予一适宜强度的刺激，测得的电位变化如图2所示。若在②处给予同等强度的刺激，测得的电位变化是( )
B
解析：当①处给予一适宜强度的刺激，左侧电极处先兴奋，右侧电极处后兴奋，指针发生两次方向相反的偏转，电位变化如图2所示；而当在②处给予同等强度的刺激时，右侧电极处先兴奋，左侧电极处后兴奋，故指针也发生两次方向相反的偏转，但是每一次偏转的方向正好与刺激①处的时候相反。
2．哺乳动物神经细胞内K＋浓度明显高于膜外，而Na＋浓度比膜外低，在静息状态时，膜电位维持内负外正过程中有K＋排出细胞。下列叙述错误的是( )
A．该过程表明，K＋排出细胞的方式是主动运输
B．该过程表明，膜两侧K＋的浓度差会缩小
C．该过程中，神经细胞膜主要对K＋有通透性
D．神经细胞受刺激部位的膜电位表现为内正外负
A
解析：神经细胞内K＋浓度高于膜外，因此K＋顺浓度梯度排出细胞，是被动运输，A项错误；K＋排出细胞后，膜外K＋浓度上升，膜内外K＋浓度差缩小，B项正确；静息状态下，神经细胞膜主要对K＋有通透性，C项正确；神经细胞受到刺激后，Na＋内流，该部位膜电位变为内正外负，D项正确。
3．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
解析：在未受到刺激时神经纤维处于静息状态，A正确；bd段是动作电位形成过程，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，动作电位峰值增大，C正确；若受到刺激后，导致Cl－内流，使膜内负电荷增多，则静息电位的绝对值增大，D正确。
网络构建第二章 第三节 第1课时
对点训练
题组一 兴奋在神经纤维上传导的过程
1．关于兴奋在神经纤维上的传导的叙述，正确的是( C )
A．神经纤维处于静息状态时，细胞膜两侧的电位表现为外负内正
B．神经纤维处于兴奋状态的部位，细胞膜两侧的电位表现为外正内负
C．神经纤维上兴奋传导的方向与细胞膜内电流的方向一致
D．神经纤维受到适宜刺激时，膜内外电位的变化是因为K＋外流和Na＋内流
解析：神经纤维膜静息电位表现为外正内负，A错误；神经纤维受到刺激处于兴奋状态的部位，形成外负内正的动作电位，B错误；神经纤维上兴奋传导的方向与细胞膜内电流的方向一致，与细胞膜外电流方向相反，C正确；神经纤维受到适宜刺激时，膜上的Na＋通道打开，Na＋内流，导致膜内外电位发生变化，D错误。
2．神经细胞处于静息状态时，细胞内外K＋和Na＋的分布特征是( D )
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
解析：神经细胞内K＋浓度明显高于细胞外，而Na＋浓度比细胞外低。处于静息状态时，细胞膜主要对K＋有通透性，造成K＋大量外流，使膜外阳离子浓度高于膜内，这是大多数神经细胞产生和维持静息电位的主要原因。
3．取出枪乌贼完整无损的粗大神经纤维并置于适宜的环境中，进行如图所示的实验。G表示灵敏电流计，a、b为两个微型电极，阴影部分表示开始发生局部电流的区域。请据图分析回答下列问题。
(1)静息状态时的电位，A侧为_正__，B侧为_负__。(均填“正”或“负”)
(2)局部电流在膜外由_未兴奋__部位流向_兴奋__部位，这样就形成了局部电流回路。
(3)兴奋在神经纤维上的传导是_双向__的。
(4)如果将a、b两电极置于神经纤维膜外，同时在c处给予一个强刺激(如上图所示)，电流计的指针会发生两次方向_相反__(填“相同”或“相反”)的偏转。
解析：(1)静息状态时，膜电位是“外正内负”；兴奋状态时，兴奋部位的膜电位是“外负内正”。(2)局部电流在膜外由未兴奋部位流向兴奋部位。(3)神经纤维上兴奋的传导具有双向性。(4)若在c处给予一个强刺激，当b点兴奋时，a点并未兴奋，即b点膜外是负电位，而a点膜外是正电位，根据电流由正极流向负极，可知此时电流计的指针向右偏转；同理，当a点兴奋时，b点已恢复静息，此时电流计的指针向左偏转。
题组二 膜电位的测定及相关曲线分析
4．图1表示神经纤维上某点受到刺激后对膜外电位的测量，图2表示神经纤维某部位在受到一次刺激前后膜内外的电位变化。相关叙述不正确的是( B )
A．图1中神经纤维没有接受刺激前的电位特点是外正内负，是由K＋外流引起的
B．在没有接受刺激时，图1中的电位计可测量静息电位的大小
C．如果神经纤维膜外的Na＋含量较低，则图2中C的电位将下降
D．图2中从A到C是动作电位形成的过程，是由Na＋内流引起的
解析：题图1中神经纤维没有接受刺激前的电位为静息电位，特点是外正内负，由K＋外流引起，A正确；在没有接受刺激时，题图1中的电位计测量的电位是零电位，不是静息电位，B错误；如果神经纤维膜外的Na＋含量较低，则Na＋内流减少，动作电位的峰值降低，即题图2中C的电位将下降，C正确；题图2中从A到C是动作电位形成的过程，是由Na＋内流引起的，D正确。
5．以下是测量神经纤维膜电位变化情况的示意图，下列相关叙述错误的是( 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，主要是由于K＋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，神经纤维膜两侧的电位表现为内负外正，所以测出的是静息电位，该电位的形成与K＋的外流有关；图乙中刺激神经纤维，产生兴奋，兴奋先传导到电流表右侧电极，后传导到电流表左侧电极，所以会引起指针发生两次方向相反的偏转；兴奋时，神经纤维膜对Na＋通透性增加，使得刺激点处膜两侧的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。
6．细胞外液中K＋浓度会影响神经纤维静息电位的大小，细胞外液中Na＋浓度会影响受到刺激时神经纤维膜电位的变化幅度和速率。分别给予两组枪乌贼离体神经纤维相同的适宜刺激，分别测量、记录枪乌贼离体神经纤维的电位变化结果(如图所示)。依据结果推测神经纤维所处的环境可能是( C )
A．甲在高Na＋海水中，乙在高K＋海水中
B．甲在高Na＋海水中，乙在低K＋海水中
C．甲在正常海水中，乙在低Na＋海水中
D．甲在正常海水中，乙在低K＋海水中
解析： 静息电位主要是由K＋外流引起的，动作电位主要是由Na＋内流引起的。甲曲线与乙曲线所示的静息电位一致，甲曲线所示的动作电位峰值高于乙曲线的，故甲可能在正常海水中，乙可能在低Na＋海水中。
7．如图甲为某神经纤维受到刺激后膜电位变化情况。神经细胞的静息电位和动作电位与通道蛋白关系紧密。Na＋－K＋泵是神经细胞膜上的一种常见载体，能催化ATP水解，每消耗1分子的ATP，就可以逆浓度梯度将3分子的Na＋泵出细胞外，将2分子的K＋泵入细胞内，其结构如图乙所示。下列根据上述资料作出的分析，正确的是( D )
A．图甲中静息电位的维持是Na＋持续外流的结果
B．图甲中bc段，Na＋通过通道蛋白内流需要消耗ATP
C．图乙中随着温度逐渐升高，Na＋－K＋泵的运输速率先增大后稳定
D．图乙中随着O2浓度的升高，Na＋－K＋泵的运输速率先增大后稳定
解析：静息电位的产生是钾离子外流的结果，图甲中静息电位的维持是K＋持续外流的结果，A错误；图甲中bc段，Na＋内流的方式是协助扩散，不需要消耗ATP，B错误；Na＋－K＋泵的化学本质是蛋白质，随着温度逐渐提高其运输速率会发生改变，当温度达到一定水平，蛋白质会发生变性，其化学结构改变，蛋白质的活性丧失，运输速率下降或功能丧失，C错误；能量主要来自有氧呼吸，所以有氧呼吸随着氧气浓度的增加而逐渐提高，产生的能量充足，则Na＋－K＋泵的运输速率会先增大后稳定，D正确。
综合强化
一、选择题
1．将蛙的离体神经纤维置于某种培养液中，给予适宜刺激并记录其膜内钠离子含量变化及膜电位变化，分别用如图Ⅰ、Ⅱ表示。下列有关叙述正确的是( C )
A．图中b点时膜内钠离子含量高于膜外
B．适当提高培养液中钾离子浓度可以使c点上移
C．a～b时，膜内钠离子含量增加与细胞膜对其的通透性增大有关
D．c～d时，局部电流使兴奋部位的钠离子由内流变为外流，进而形成静息电位
解析： 图中b点时，由于Na＋的内流形成动作电位，但此时细胞膜外Na＋的含量仍高于膜内，A错误；钾离子不会影响动作电位峰值，因此提高培养液中钾离子浓度，不会提高曲线Ⅱ上c点值，c点代表的是动作电位，B错误；a～b时，膜内钠离子含量增加是由于接受刺激后，细胞膜对钠离子的通透性增大，导致钠离子大量内流有关，C正确；c～d时，局部电流使兴奋部位由钠离子内流转变为钾离子外流，再恢复静息电位，D错误。
2．枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料，科研人员将枪乌贼离体的神经纤维置于培养液(相当于细胞外液)中来研究兴奋的传导。下图中①②③④表示神经纤维膜上的位点(④为②③之间的中点)，阴影部分表示开始产生局部电流的区域。下列分析正确的是( D )
A．图示电流表装置可用于测定神经元的静息电位
B．动作电位的形成主要与神经元轴突内外K＋浓度有关
C．刺激①时，膜内局部电流方向与兴奋传导方向相反
D．若在④处给予一定刺激，电流表的指针不会发生偏转
解析：由图示可看出，电流表的电极都在膜的外侧，没有电势差，所以不可用于测定神经元的静息电位，A错误；动作电位的形成主要是Na＋内流形成的，B错误；刺激①时，膜内局部电流方向膜内由兴奋部位流向未兴奋部位，兴奋传导方向是由兴奋部位流向未兴奋部位，方向是一致的，C错误；若在④处给予一定刺激，④为②③之间的中点，兴奋传导到两电极的时间相同，电流表的指针不会发生偏转，D正确。
3．正常情况下，神经细胞内K＋浓度约为150 mmol·L－1，细胞外液约为4 mmol·L－1。细胞膜内外K＋浓度差与膜静息电位绝对值呈正相关。当细胞膜电位绝对值降低到一定值(阈值)时，神经细胞兴奋。离体培养条件下，改变神经细胞培养液的KCl浓度进行实验。下列叙述正确的是( D )
A．当K＋浓度为4 mmol·L－1时，K＋外流增加，细胞难以兴奋
B．当K＋浓度为150 mmol·L－1时，K＋外流增加，细胞容易兴奋
C．K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1)，K＋外流增加，导致细胞兴奋
D．K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1)，K＋外流减少，导致细胞兴奋
解析：正常情况下，神经细胞内K＋浓度约为150 mmol·L－1，细胞外液约为4 mmol·L－1，当神经细胞培养液的K＋浓度为4 mmol·L－1时，和正常情况一样，K＋外流不变，细胞的兴奋性不变，A错误；当K＋浓度为150 mmol·L－1时，细胞外K＋浓度增加，K＋外流减少，细胞容易兴奋，B错误；K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1，但>4 mmol·L－1)，细胞外K＋浓度增加，K＋外流减少，导致细胞兴奋，C错误，D正确。
4．如图表示某一神经细胞动作电位和静息电位相互转变过程中离子运输的途径。该细胞受到刺激时，通过④途径运输离子，形成动作电位。下列说法正确的是( A )
A．由题图可知，②③途径属于主动运输
B．④途径的发生使膜内◆离子浓度高于膜外
C．正常情况下，▲离子的细胞外浓度高于细胞内
D．静息时由于①途径的作用，膜电位为内正外负
解析：由题图可知，②③途径需要载体蛋白并消耗能量，属于主动运输，A正确；无论是静息电位还是动作电位时，膜外Na＋(即图中◆)的浓度始终高于膜内，B错误；正常情况下，K＋(即图中▲)的细胞内浓度高于细胞外，C错误；静息时，由于①途径的作用，膜电位为内负外正，D错误。
5．研究人员利用电压钳技术改变枪乌贼神经纤维膜电位，记录离子进出细胞引发的膜电流变化，结果如图所示，图a为对照组，图b和图c分别为通道阻断剂TTX、TEA处理组。下列有关叙述错误的是( C )
A．TTX处理后，内向电流消失
B．TEA处理后，Na＋可正常内流
C．内向电流是由K＋通道所介导形成的
D．内向电流结束后，膜外Na＋浓度高于膜内
解析： 由图a和图b可知，经过TTX处理之后，膜电流均大于0，说明此时只检测到了外向电流，未检测到内向电流，A正确；由图a可知，内向电流的膜电流小于0，外向电流的膜电流大于0，结合图c可知，当用TEA处理之后，膜电流均小于0，说明TEA处理后只检测到了内向电流，Na＋可正常内流，B正确；外向电流是由于K＋外流形成的，因此外向电流是由K＋通道所介导形成的，而内向电流是由Na＋通道所介导形成的，C错误；内向电流结束后，膜电流逐渐变大，说明神经纤维膜内Na＋浓度应低于膜外，D正确。
二、非选择题
6．在神经纤维上分别取三个电位差测量点，电流计的两个电极分别位于测量点的细胞膜外侧和内侧，FE＝FG，如图2所示。请回答下列问题：
(1)神经纤维在静息状态下，膜内K＋浓度_大于__(填“大于”或“小于”)膜外K＋浓度，从图1可知，膜内外的电位差为_－60__mV。
(2)图1中A点时膜外Na＋浓度_大于__(填“大于”或“小于”)膜内Na＋浓度。AC段为产生动作电位，此时Na＋内流方式为_协助扩散__；CD段为恢复静息电位，此时K＋外流方式为_协助扩散__。
(3)图2中，受刺激后，F点处神经纤维的膜内电位状态变化是_由负电位变为正电位__。
(4)兴奋在FE、FG段传导的时间依次为t1、t2，两者的大小是t1_＝__(填“＝”“<”或“>”)t2，原因是_FE＝FG，兴奋在同一神经纤维上等距传导，所用时间相同__。
解析：(1)Na＋主要存在于细胞外，K＋主要存在于细胞内。在静息状态时，膜内K＋浓度大于膜外K＋浓度。(2)A点时膜外Na＋浓度大于膜内Na＋浓度，AC段产生动作电位，Na＋内流方式为协助扩散，CD段为恢复静息电位，K＋外流方式为协助扩散。(3)图2中，受刺激后F点处神经纤维的膜内电位状态变化是由负电位变为正电位。(4)由题干可知，FE和FG的距离相等，且在同一神经纤维上，神经传导所用时间相同。
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