2.3 神经冲动的产生和传导（第1课时）课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修一

第二章 神经调节 第三节 神经冲动的产生和传导 问题探讨 讨论: 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？ 经过了耳蜗（感受器）、传入神经（听觉神经）、神经中枢（大脑皮层－脊髓）、传出神经、效应器（传出神经末梢和肌肉）等结构。 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。 问题探讨 讨论: 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。 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。 兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？ 它又是怎样传导的？ 一、兴奋在神经纤维上的传导 资料1：1786年一天，伽尔瓦尼在实验室解剖青蛙，把剥了皮的蛙腿，用刀尖碰蛙腿上外露的神经时，蛙腿剧烈地痉挛，同时出现电火花。经过反复实验，他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“动物电”。 坐骨神经 腓肠肌 一、兴奋在神经纤维上的传导 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。 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 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + 静息 指针不发生偏转 说明：神经表面各处点位相等 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + 左侧 刺激 指针向左偏转 说明：a处为负电位，电流方向为 指针偏转方向 - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + 左侧 刺激 指针恢复 说明：无电流，a处恢复为正电位， a、b两处电位差为零 - a b + + - 左侧 刺激 指针向右偏转 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 说明：b处为负电位，电流方向为 指针偏转方向 一、兴奋在神经纤维上的传导 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + - 左侧 刺激 指针恢复 说明：无电流，b处恢复为正电位， a、b两处电位差为零 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + a b + + - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● a b + + - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● a b + + - 说明：在神经系统中，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。 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b + + a b + + - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● a b + + - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● a b + + - 说明：在神经系统中，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。 神经冲动在神经纤维上是怎样产生和传导的呢？ 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？ ＋ － 1、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 13 我们先补充一点知识 你知道Na+和K+分别是膜内更高还是膜外更高吗？ Na+膜外更高，K+膜内更高。正常细胞膜外Na⁺浓度约为膜内Na⁺浓度的12倍。膜内K+的浓度约为膜外的30倍。 什么原因导致Na+和K+浓度不平衡的？ 钠钾泵！每消耗一个ATP分子,逆电化学梯度泵出3个钠离子和泵入2个钾离子。保持膜内高钾,膜外高钠的不均匀离子分布。 一、兴奋在神经纤维上的传导 一、兴奋在神经纤维上的传导 我们先补充一点知识 钠钾泵通过什么运输方式运输Na+和K+？还有其他运输Na+和K+的通道吗？ 主动运输； 有，钠离子和钾离子通道。 它们是怎么运输的？这些通道是怎么配合的？接下来我们来分析。 膜内 膜外 钾离子 钠离子 钠钾泵 钾离子高 钾离子低 钠离子高 钠离子低 生物电是如何产生的？生物体内什么物质带电？举例说明。 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 1、静息电位的形成 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？ 17 【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 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。 18 膜内 膜外 钾离子 钠离子 钠钾泵 钾离子高 钾离子低 钠离子高 钠离子低 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，K+通道蛋白打开，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。 膜内 膜外 钾离子高 钾离子低 钠离子高 钠离子低 K+通道1一直打开 Na +通道 关闭 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，K+通道蛋白打开，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。 K+通道2 关闭 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 2、动作电位的形成 21 ① ② 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 2、动作电位的形成 22 【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： 2、动作电位的形成 23 膜内 膜外 钾离子高 钾离子低 钠离子高 钠离子低 K+通道1 受到刺激时，细胞膜对Na +的通透性增加，Na + 内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于膜外侧， 膜电位表现为外负内正，称为动作电位，并与相邻部位产生电位差。 刺激 Na +通道 打开 K+通道2 还未打开 ① ② ③ 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） 3、静息电位的恢复 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。 25 膜内 膜外 刺激 膜内 膜外 刺激 ------ +++++ +++++ 兴奋部位 未兴奋部位 兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流 +++++ +++++ +++++ ----- ----- ----- ----- 27 膜内 膜外 ------ +++++ K+通道2打开 +++++ +++++ +++++ +++++ ----- ----- ----- ----- K+外流 28 膜内 膜外 ------ +++++ +++++ +++++ +++++ ----- ----- ----- 未兴奋部位 +++++ ----- K+通道2打开 K+外流 29 膜内 膜外 ------ +++++ +++++ +++++ +++++ ----- ----- ----- 未兴奋部位 +++++ ----- 兴奋部位 K+通道2关闭 钠钾泵继续发挥作用 恢复原状 Na＋ Na＋ - - - - ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++++ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ++++ ++++ - - - - - - - - ++++ ++++ - - - - - - - - Na＋ Na＋ ++++ ++++ - - - - - - - - Na＋ Na＋ Na＋ Na＋ Na＋ Na＋ 兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流 30 一、兴奋在神经纤维上的传导 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 刺激 4.局部电流的形成 （1）兴奋传导方向： 从兴奋部位传导到未兴奋部位 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 刺激 （2）局部电流方向： ①膜外从未兴奋部位传导到兴奋部位，与兴奋传导方向相反 ②膜内从兴奋部位传导到未兴奋部位，与兴奋传导方向相同 一、兴奋在神经纤维上的传导 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 4.局部电流的形成 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 刺激 （3）兴奋传导形式： 电信号（局部电流、神经冲动） 一、兴奋在神经纤维上的传导 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 4.局部电流的形成 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 刺激 （4）兴奋传导特点： 双向传导 一、兴奋在神经纤维上的传导 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 4.局部电流的形成 思考：以上是用蛙的坐骨神经实验，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？ 双向传导的前提除神经纤维需离体之外，刺激还不能发生在神经元的端点；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。 兴奋在神经纤维上的传导方向解析 ②在反射过程中 ①在离体的神经纤维上 传导方向：________ 传导方向：_________ 单向传导 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。 原因： 原因： 一、兴奋在神经纤维上的传导 1．未受到刺激时（静息状态）的膜电位：_______ 兴奋区域的膜电位： ____________ 3．电流方向在膜外由____________流向__________ 在膜内由____________流向_____________ 4．兴奋传导方向与膜外电流方向　　　　， 　　与膜内电流方向_____________ 内负外正 内正外负 未兴奋部位 兴奋部位 兴奋部位 未兴奋部位 电信号 5．兴奋在神经纤维上的传导方式：_____________ 相反 相同 2．兴奋状态时膜电位变化　　　　　　　　　　　　 由内负外正变为内正外负 一、兴奋在神经纤维上的传导 6、膜电位曲线解读 刺激 ①a点之前 ——静息电位 主要表现为K+外流，使膜电位表现为外正内负。 ②ac段 ——动作电位的形成 Na+大量内流，导致膜电位迅速逆转，表现为外负内正。 ③ce段 ——静息电位的恢复 K+大量外流，膜电位恢复为静息电位后，K+通道关闭。 一、兴奋在神经纤维上的传导 ④ef段 ——一次兴奋完成后 钠钾泵将流入的Na+泵出膜外,将流出的K+泵入膜内,以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态,为下一次兴奋做好准备。 a-c：Na+内流（协助扩散） c-e：K+外流（协助扩散） e-f：泵出Na+，泵入K+（主动运输） 刺激 6、膜电位曲线解读 注意： （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。 39 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。 40 7.膜电位的测量方法 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 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， 8、膜电位的影响因素 小试牛刀 b、d点 ，电表 发生偏转。 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转(即先向 后向 偏转) 1.刺激a点: 2.刺激c点: b d 两 同时兴奋 不 左 右 小试牛刀 3.刺激c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) b d 两 左 右 小试牛刀 4.刺激c点: b处电流表先向 后向 偏转 次，肌肉发生收缩。 左 右 两 小试牛刀 1．蛙的神经元内、外Na＋浓度分别是15mmol/L和120mmol/L。在膜电位由内负外正转变为内正外负过程中有Na＋流入细胞，膜电位恢复过程中有Na＋排出细胞。下列判断正确的是（ ） A．Na＋流入是被动运输，排出是主动运输 B．Na＋流入是主动运输，排出是被动运输 C．Na＋流入和排出都是被动运输 D．Na＋流入和排出都是主动运输 小试牛刀 2．下图表示神经纤维在离休培养条件下，受到刺激时产生动作电位及恢复静息状态过程中的电位变化。下列有关分析错误的是（ ） A．ab段神经纤维处于静息状态 B．bd段的形成主要是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 解析：在未受到刺激时，神经纤维处于静息状态，A正确；bd段产生了动作电位，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，动作电位将增大，d点将上移，C正确；若受到刺激后，导致Cl-内流，则会抑制动作电位的产生，C 点将下移，D正确。 +40 +20 0 -20 -40 -60 -80 刺激 阈电位 时间/ms 动作电位 a b c d 膜电位/mV 小试牛刀 3.若在图甲所示神经的右侧给予一适当的刺激，则电流表偏转的顺序依次是( ) A.②→①→②→③→② B.②→③→②→①→② C.③→②①→②→③ D.③→②→①→②→③ 4.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( ) 小试牛刀 Lavf58.33.100 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 $$