2.3 神经冲动的产生和传导（第1课时）-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修1）

第3节 神经冲动的产生和传导 课时1 兴奋在神经纤维上的传导 贺老师 第2章 神经调节 1 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？ 问题探讨 神经中枢 效应器 传出神经 听觉感受器 传入神经 2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？ 人类从听到声音到作出反应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 为什么不是0秒，0.05秒？ 必须是枪响0.1秒后起跑才合规 2 兴奋在神经纤维上的传导 兴奋在神经元之间的传递 兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？它又是怎样传导的呢？ 问题探讨 传递的是一种什么信号？电？声、光？ 3 坐骨神经 腓肠肌 (意大利)伽尔瓦尼 【资料1】1786年，意大利医生、生理学家伽尔瓦尼在实验室解剖青蛙，剥了皮的蛙腿用刀尖碰蛙腿上外露的神经时，蛙腿剧烈地痉挛。 生物科学史—生物电的发现 伽尔瓦尼认为痉挛起因于动物体上本来就存在的电，他还把这种电叫做“生物电”。 思考：如果是电信号，应该如何测量？ 刺激神经，腿部很快就作出反应，也就是兴奋的传递速度是很快的，那是什么形式的信号传递速度这么快呢？ 4 【资料2】1820年，灵敏电流计应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。电流计共发生了两次方向相反的偏转。 生物科学史—生物电的发现 实验证明：在神经系统中，兴奋是以_________的形式沿着神经纤维传导的。 这种电信号也叫做_____________。 电信号 神经冲动 蛙坐骨神经表面电位差实验（视频） 【资料2】1820年电流表应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。 脑电波、心电图 5 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。 生物科学史—生物电的发现 物理上讲电流是电荷的定向移动产生的，电荷为什么会定向移动?自来水里有很多带电的离子，为什么不会发生定向移动？电流的产生需要有电位差（电势差）。因此要研究电压发生了什么变化 6 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？ 静息电位的形成 ＋ － 当微电极都插在细胞膜外时，神经细胞外各处的电位相等，当左边的电极插入细胞膜内，右边电极位置不变，示数为—70mV，说明左边的电位比右边的低，即膜内电位比膜外低70 电位差=电势差，存在电流 7 生物电是如何产生的？生物体内什么物质带电？举例说明。 静息电位的形成 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 内负外正是如何形成的？ 科学家测定了神经细胞膜内外的各种离子浓度，发现： 水是电中性的，分子是不带电的。分子溶于水发生解离（如HCl→H+＋Cl−），解离时产生的正电荷和负电荷一样多，因此，溶液也是电中性的。 对于细胞外而言整体呈电中性，对于细胞内而言，也呈电中性。 钾离子流出去的动力是什么？膜内外浓度差。浓度差越大，流出去就越多，浓度差越小，流出去越少 为什么细胞外的蛋白质含量几乎为0？ 8 【资料3】 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 静息电位的形成 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： K+从细胞内顺浓度扩散出去积聚在膜外表面，同时等量的阴离子贴附在膜内表面（相当于从细胞内液移除等量的阳离子和阴离子，细胞内液和细胞外液仍是电中性的），膜内外因此产生电位（电势差）。K+外流产生的膜电位会抑制K+外流。膜电位足够大时，K+净外流为零，即达到平衡。某离子的平衡电位由该离子扩散产生，反过来又会阻止该离子的扩散。计算表明未受刺激时的膜电位与K+和Cl-的平衡电位相近。 9 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 10 ① ② 动作电位的形成 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 11 动作电位的形成 【资料4】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： 12 ① ② 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） 神经细胞每兴奋一次，K外流，Na内流，浓度差会降低，因此兴奋一次后，一段时间内再刺激，膜电位不会发生变化，那如何恢复最开始的的膜内K浓度高，膜外Na浓度高的状态？有种蛋白质，可以将K运进细胞，Na运出细胞——钠钾泵 丹麦生理学家斯科（Jens C.Skou）等人发现，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。 13 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＋ 14 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 刺激 局部电流的形成 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 15 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 16 兴奋在神经纤维上的传导方向 （1）在离体的神经纤维上： （2）在反射过程中： 传导方向：__________ 双向传导 传导方向：__________ 单向传导 在反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此，传导方向是单向的。 以上是用蛙的坐骨神经实验，是离体生物神经纤维。那么兴奋在生物体内的反射弧上的传导是也双向传导的吗？ 在中部刺激神经纤维，会形成兴奋区，而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，因此可以双向传导。 在反射过程中，总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，再加上反射弧中的突触也决定兴奋在反射弧中的传导方向是单向的。 17 刺激 ①a点之前 —— 静息电位 主要是K+外流 (协助扩散), 膜电位：内负外正。 ②ac段 —— 动作电位的形成 Na+大量内流 (协助扩散), 膜电位：内正外负。 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 钠钾泵活动加强，泵入K＋泵出Na＋ 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。(主动运输) 膜电位变化曲线解读 —— 一次兴奋完成后 以上是用蛙的坐骨神经实验，是离体生物神经纤维。那么兴奋在生物体内的反射弧上的传导是也双向传导的吗？ 18 注意： 膜电位变化曲线解读 （1）整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段； （2）整个过程中，K+始终膜内多于膜外，Na+始终膜外多于膜内； （3）整个过程中，动作电位的传导不会随着时间而衰减。 19 反射的发生不仅需要完整的反射弧，还需要适宜的刺激。如图所示将刺激强度逐渐增加(S1～S8)，一个神经细胞细胞膜电位的变化规律： ①刺激要达到一定的强度才能诱导神经细胞产生动作电位； 资料分析： ②刺激强度达到S5以后，随刺激强度增加动作电位基本不变。 20 膜电位的影响因素 浓度变化 静息电位绝对值 动作电位峰值 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 不变 不变 变小 增大 不变 不变 增大 变小 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？ K+浓度只影响静息电位的绝对值。 Na+浓度只影响动作电位的峰值， (1)静息电位主要是K+的平衡电位，就是K+向胞外扩散达到平衡时的膜电位。由于此时细胞膜对Na+等离子的通透性极小，所以Na+浓度的改变不会影响静息电位。 (2)动作电位主要是Na+的平衡电位，就是Na+向胞内扩散达到平衡时的电位。由于此时细胞膜对K+等离子的通透性极小，所以K+浓度的改变不会影响动作电位。 21 兴奋传导与电流表指针偏转问题 （1）刺激a点： 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转 (即先向 后向 偏转) （2）刺激c点：b、d点 ，电表 发生偏转。 b d 两 同时兴奋 不 左 右 下图是测量神经纤维膜电位变化情况的示意图，回答下列问题。 （4）刺激a点兴奋时：膜电位变化是 ， 膜内电位变化是 。 内负外正→内正外负 由负电位变为正电位 （3）刺激bc之间的一点： 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转 b d 两 22 测量方法 测量图解 测量结果 测量目的 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外侧     测量 静息电位和动作电位 只能测量动作电位 膜电位的测量方法 23 1.传导形式： 。 电信号（或神经冲动） 3.传导过程： 刺激 兴奋时 局部电流 静息时 兴奋传导 ①静息状态的电位称为 。 形成原因： 。 电位表现： 。 静息电位 细胞膜主要对K+有通透性，造成K+外流 内负外正 ②兴奋时的电位称为 。 形成原因： 。 电位表现： 。 动作电位 细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流 内正外负 ③兴奋部位和未兴奋部位之间由于 的存在而发生 ，而形成 。 电位差 电荷移动 局部电流 ④局部电流方向： 膜外: 部位流向 部位；膜内: 部位流向 部位。 兴奋传导的方向与膜 电流相同。 内 恢复静息电位 2.在离体神经纤维上的传导是 向的。 双 未兴奋 兴奋 兴奋 未兴奋 兴奋在神经纤维上的传导 小结 24 25 Lavf58.51.100 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$