2.3神经冲动的产生和传导课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修1

2.3神经冲动的产生和传导 1.兴奋在神经纤维上的传导 2.兴奋在神经元之间的传递 3.滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 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。 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？ 听觉感受器、传入神经、低级和高级神经中枢、传出神经和效应器等结构。 从感受器感受刺激到效应器作出反应，兴奋沿着反射弧进行传导，这个过程需要一定的时间，可以根据这个过程完成所需要的时间来规定正常起跑的时间。 【问题探讨】 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。 静息时,电表没有测出电位差, 神经表面各处电位相等（a、b两处都是正电位），电流计不偏转。 刺激左侧，靠近刺激端的电极处（a处）先变为负电位后恢复，电流计发生偏转。 然后，另一电极（b处）变为负电位，电流计发生偏转。 接着又恢复为正电位，恢复静息状态，电流计不偏转。 2.传导形式 电信号是在神经纤维上是如何产生的，如何传导的？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 1.神经表面电位差的实验： + + - + + - + + ① ② ③ ④ a b a b a b a b 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。 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 静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度 Na+浓度：神经细胞外的浓度高于细胞内 K +浓度：神经细胞外的浓度低于细胞内 静息时膜内外离子浓度差形成的原因是什么？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 4 K +通道 K+通道 Na-K 泵 “生物电”发生的膜学说：生物膜具有选择透过性，神经兴奋的产生可能是细胞膜调节K+或者其他离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的。 静息时膜内外离子浓度差形成的原因是什么？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 5 一、兴奋在神经纤维上的传导 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，出现内负外正的现象，叫静息电位。此部位称为未兴奋部位。 （1）静息状态（静态神经元） 3.传导过程 形成原因： 一、兴奋在神经纤维上的传导 （2）动作电位 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，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，表现为内正外负的兴奋状态，此时的膜电位称为动作电位，此部位称为兴奋部位。 3.传导过程 形成原因： 一、兴奋在神经纤维上的传导 （3）传导与恢复 兴奋部位与未兴奋部位之间存在电位差，形成局部电流。这种局部电流又刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化，如此进行下去，将兴奋向前传导(图下方的箭头方向)，后方又恢复为静息电位。 3.传导过程 一 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？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 （Na+内流，K+外流） （Na+外流，K+内流） 丹麦生理学家斯科等人发现， - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 一、兴奋在神经纤维上的传导 4.传导方向 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 一、兴奋在神经纤维上的传导 4.传导方向 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 - - - - 双向传导 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。 4.传导方向 一、兴奋在神经纤维上的传导 膜外 膜外 膜内 膜内外局部电流的方向与兴奋传导的方向？ 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 兴奋总是从感受器产生兴奋后传向效应器，所以单向传导。 思考：用蛙的离体坐骨神经做实验，兴奋在神经纤维的传导是双向传导，但在生物体内呢？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 4.传导方向 一、兴奋在神经纤维上的传导 6.传导特征 1）双向传导 2）生理完整性 3）绝缘性 4）相对不疲劳性 要求神经纤维在结构上和生理功能上都是完整的。如果神经纤维被切断，冲动就不能通过断口继续向前传导;即使不破坏神经纤维结构上的连续性，而用机械压力、冷冻、电流和化学药品等因素使纤维的局部功能改变，也会中断冲动的传导。 一条神经内虽然包含许多条神经纤维，但是它们各自传导本身的冲动，而不波及邻近的神经纤维，这就叫绝缘性。正因为神经纤维具有这种特性，许多纤维可以同时传导而互不干扰，从而保证了神经调节的精确性。 与肌肉组织比较，神经纤维相对不容易疲劳。例如，在适宜的条件下用50~100次/秒电脉冲连续刺激神经纤维9~12h，神经纤维仍保持着传导冲动的能力。神经纤维能够不断地接受刺激和传导冲动，对于适应外界环境的变化有着重要的意义。 14 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 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 膜电位曲线解读 刺激 一 ①a点之前 ——静息电位 K+外流，内负外正 ②ac段 ——动作电位的形成 Na+内流，内正外负 ③ce段 ——静息电位的恢复 K+外流，恢复为内负外正 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，维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 阈电位 此时，因K+外流过多，导致此时膜内外电位差值大于初始静息电位差值。 一 特别提醒 刺激 膜电位曲线解读 ①整个过程中，细胞膜内K+始终比膜外多，Na+始终比膜外少； ②整个过程中，由于要一直维持细胞内高K+，细胞外高Na+，因此钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段； 电位变化与膜内外离子浓度有什么关系？ 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 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 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 静息电位变大是指绝对值变大 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（ ） 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 汉水丑生侯伟作品 C 【随堂练习】 + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + 拓展：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 拓展：电流表指针偏转问题 01 小结 内负外正 K+外流 内正外负 Na+内流 问题探讨 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。当兴奋传导到一个神经元的末端时，它是如何传递到另一个神经元的呢？ 兴奋如何传递？ 电信号？化学信号？ A B 由此，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。 讨论：在进行这个实验时，科学家基于的假说是什么？实验预期是什么？ A、B心脏均变慢 思维训练 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。 提出问题：“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？” 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， 假说：根据已有的知识对现象背后原因的尝试性解释，或者是对探究的问题（提出问题）的一种尝试性回答。 实验预期：在假说成立的逻辑前提下，对检验假说的实验结果做出推测。 提出假说：支配心脏的副交感神经可能是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。 提出问题：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？ 提出问题 提出假说 实验预期 思维训练 02 突触小体： 神经元的轴突末梢经过多次分枝，最后每个小枝末端膨大，呈杯状或球状。 二、兴奋在神经元之间的传递 突触小体 线粒体 突触小泡 神经递质 种类很多，主要有乙酰胆碱、氨基酸（如谷氨酸、甘氨酸）、5-羟色氨、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素等。 1.突触小体 二、兴奋在神经元之间的传递 突触前膜 突触间隙 突触后膜 神经递质受体 突触小体 2.突触： 突触小体可以与其他神经元的细胞体或树突等相接近，共同形成突触。 突触 （1）突触的结构 （含组织液） 二、兴奋在神经元之间的传递 兴奋在神经纤维上的传导 B：轴突(突触前膜)——树突(突触后膜) A：轴突(突触前膜)——胞体(突触后膜) 常见 C：轴突——轴突 （2）突触的类型 神经元与肌肉细胞 或某些腺体细胞之间也是通过突触联系的 二、兴奋在神经元之间的传递 2.突触： D：树突——树突 兴奋在神经纤维上的传导 1.兴奋到达突触前膜所在的神经元的轴突末梢，引起突触小泡向突触前膜移动并释放神经递质。 2.神经递质通过突触间隙扩散到突触后膜的受体附近。 3.神经递质与突触后膜上的受体结合。 4.突触后膜上的离子通道发生变化，引发电位变化。 5.神经递质会与受体分开， 神经递质被降解或回收。 （内含神经递质） 突触前膜 突触间隙 突触后膜 突触小泡 3.传递过程 突触 二、兴奋在神经元之间的传递 突触小体 二、兴奋在神经元之间的传递 神经递质的种类很多，主要有乙酰胆碱、多巴胺、去中肾上腺素、肾上腺素、 5-羟色氨、一氧化氮、氨基酸类等。 有的神经递质可以使突触后神经元兴奋。如乙酰胆碱， 5-羟色氨，天冬氨酸，谷氨酸等。 有的则使突触后神经元受到抑制，如甘氨酸，γ-氨基丁酸等。 还有的神经递质对某些究触后神经元起兴奋作用，而对另外一些突触后神经元起抑制作用，如乙酰胆碱，去中肾上腺素， 5-羟色氨等。 人的神经系统十分复杂，一个神经元可以与多个神经元之间形成突触联系，神经元对多个突触传来的信息进行整合后，做出适当的反应。 3.神经递质 兴奋性递质 抑制性递质 引发突触后膜的Na+通道开放，使突触后膜所在的神经元产生兴奋。 引发突触后膜的Cl-通道开放，使突触后膜所在的神经元产生抑制。 3.神经递质 神经递质 + 表示兴奋 - 表示抑制 二、兴奋在神经元之间的传递 （1）神经递质移动方向： 突触小泡→突触前膜→突触间隙→突触后膜（单向传递） （2）神经递质受体：突触后膜上的受体蛋白 （3）神经递质的种类和作用：使另一个神经元兴奋（兴奋性神经递质）或抑制（抑制性神经递质） （4）神经递质的化学本质：乙酰胆碱、胺类（多巴胺、5-羟色胺）、氨基酸类（如谷氨酸、甘氨酸）、激素类（如去肾上腺素、肾上腺素）、NO等。 （5）神经递质的去向：神经递质会与受体分开，并迅速被降解或回收进细胞。 因此，一次神经冲动只能引起一次神经递质释放，产生一次突触后电位变化。 二、兴奋在神经元之间的传递 意义：避免持续起作用，为下一次兴奋做准备。 3.神经递质 4.神经递质的类型 ①突触小泡的形成与高尔基体有关，神经递质释放的运输方式是胞吐，需要消耗能量，不需要转运蛋白，体现了细胞膜具有一定的流动性； ②神经递质通过突触间隙的运到突触后膜的方式为扩散，不需要消耗能量，其快慢与神经递质的浓度和温度等有关 ③神经递质与受体的结合具有特异性；受体的化学本质是蛋白质；神经递质与受体结合，体现了细胞膜进行细胞间的信息交流的功能； ④神经递质发挥作用后的去向：被降解或回收进细胞，以免持续发挥作用 神经递质多为小分子，但运输方式却是胞吐，这对生命活动有什么意义？ 可快速大量释放神经递质，提高兴奋传递的速率 二、兴奋在神经元之间的传递 5.传递的特点 （1）单向传递： 神经递质只存在于突触小泡中，只能由突触前膜释放，然后作用于突触后膜上。 （2）突触延搁： 神经元与肌肉细胞或某些腺体之间也是通过突触联系的，神经元释放的神经递质可以作用于这些肌肉细胞或腺细胞，引起肌肉的收缩或腺体的分泌。 二、兴奋在神经元之间的传递 由于突触处的兴奋传递需要通过化学信号的转换， 因此兴奋在突触处的传递速度比在神经纤维上慢。 二、兴奋在神经元之间的传递 5.传递的特点 （3）总和： （4）对内环境变化的敏感性： （5）对某些药物敏感： 通常兴奋性突触每兴奋一次，并不足以触发突触后神经元兴奋。但是，同时传来的一连串兴奋，或者是许多突触前神经末梢同时传来一排兴奋，引起较多的递质释放，就可以使突触后神经元兴奋，这种现象就叫作总和。 突触对内环境的变化非常敏感，缺氧、CO2增加或酸碱度的改变等，都可以改变突触部位的传递活动。 突触后膜的受体对递质有高度的选择性，因此某些药物也可以特异性地作用于突触传递过程，阻断或者加强突触的传递。 兴奋在神经元间传递与在神经纤维上传导的不同？ 兴奋的传导（神经纤维上） 兴奋的传递（神经元间） 基础 形式 特点 所用 时间 膜内外离子分布不均 突触 电信号 电→化→电 双向传导 只能单向传递 短 长 自主阅读教材P30，思考并解决以下问题 1.化学物质对神经系统的影响主要表现在哪些方面？ 2.简述兴奋剂与毒品概念及作用；毒品有哪些类型？ 3.服用可卡因为什么会使人上瘾？ 4.面对滥用兴奋剂、吸食毒品等问题，我们能做什么？ 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 1.化学物质对神经系统产生影响的作用机理 ①某些物质能促进神经递质的合成与释放。 ②有些物质会干扰神经递质与受体结合。 ③有些物质影响分解神经递质的酶的活性。 作用位点往往是突触。 突触小泡 神经递质 突触前膜 突触后膜 突触间隙 神经递质 受体 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 3.毒品 指鸦片、海洛因、甲基苯丙胺(冰毒)、吗啡、大麻、可卡因以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。 （1）可卡因：既是一种兴奋剂，也是一种毒品，它会影响大脑中与愉悦感传递有关的神经元，这些神经元利用神经递质多巴胺来传递愉悦感。 2.兴奋剂 作用: 原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。 兴奋剂具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用。 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 ①在正常情况下，多巴胺发挥完作用后会被突触前膜上的转运蛋白从突触间隙回收 ②可卡因会使转运蛋白失去回收多巴胺的功能，于是多巴胺就留在突触间隙持续发挥作用。 ③突触后膜上多巴胺受体减少 ④当可卡因药效失去后，由于多巴胺受体减少，机体正常的神经活动受到影响，服药者就必须服用可卡因来维持这些神经元的活动，于是形成恶性循环，毒瘾难戒 1）可卡因上瘾的原因 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 （1）可卡因： 可卡因能干扰 的作用，导致心脏功能异常，还会抑制 的功能； 吸食可卡因者可产生心理依赖性，长期吸食易产生 与嗅幻觉，最典型的是有虫行蚁走感，奇痒难忍，造成严重的抓伤甚至断肢自残、情绪不稳定，容易引发暴力或攻击行为； 长期大剂量使用可卡因后突然停药，可出现 、 、疲惫、失眠、厌食等症状。 2）可卡因其他危害 交感神经 免疫系统 触幻觉 抑郁 焦虑 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 （1）可卡因： （2）毒品作用的部位往往是突触。 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 4. 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 阻止神经递质离开突触 （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 【例】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 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 四、课堂小结 一、概念检测 1. 有些地方的人们有食用草乌炖肉的习惯，但草乌中含有乌头碱，乌头碱可与神经元上的钠离子通道结合，使其持续开放，从而引起呼吸衰竭、心律失常等症状，严重可导致死亡。下列判断不合理的是 （ ） A. 食用草乌炖肉会影响身体健康 B. 钠离子通道打开可以使胞外的Na+内流 C. 钠离子通道持续开放会使神经元持续处于静息状态 D. 阻遏钠离子通道开放的药物可以缓解乌头碱中毒症状 2. 乙酰胆碱酯酶可以水解乙酰胆碱，有机磷农药能使乙酰胆碱酯酶失活，则该药物可以（ ） A. 使乙酰胆碱持续发挥作用 B. 阻止乙酰胆碱与其受体结合 C. 阻止乙酰胆碱从突触前膜释放 D. 使乙酰胆碱失去与受体结合的能力 C A 二、拓展应用 1. 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。 （1）请对上述实验现象作出解释。 （2）如果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？ 【答案】静息电位与神经元内的K+ 外流相关而与Na+ 无关，所以神经元轴突外Na+ 浓度的改变并不影响静息电位。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。 【答案】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。 2. 一般的高速路都有限速的规定。例如，我国道路交通安全法规定，机动车在高速公路行驶, 车速最高不得超过120km/h。在高速路上行车, 要与前车保持适当的距离，如200m。另外，我国相关法律规定，禁止酒后驾驶机动车。请你从本节所学知识的角度，解释这几项规定的合理性。如果遇到酒后还想开车的人，你将怎样做？ 【答案】在行车过程中，发现危险进行紧急处置，实际上需要经过一个复杂的反射过程。视觉器官等接受信号并将信号传至大脑皮层作出综合的分析与处理，最后作出应急的反应，要经过兴奋在神经纤维上的传导以及多次突触传递，因此从发现危险到作出反应需要一定的时间。车速过快或车距过小，就缺少足够的时间来完成反应的过程。此外，酒精会对神经系统产生麻痹，使神经系统的反应减缓，所以酒后要禁止驾驶机动车。遇到酒后还想开车的人，需告诫：酒后不开车，开车不喝酒；酒驾、醉驾是违法行为。 $$