内容正文:
神经冲动的产生和传导
问题探讨
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。
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。
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。
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?
a
b
+
+
刺激
-
-
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(neural impulse)。
结论
神经冲动在神经纤维上是怎样产生和传导的?
兴奋在神经纤维上以电信号传导
静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度
在未受到刺激时,神经纤维处于静息状态
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
神经细胞膜外的Na+浓度高,膜内的K+浓度高。
神经细胞Na+、K+分布特点:
兴奋在神经纤维上以电信号传导——静息状态
①神经细胞膜外的Na+浓度高,膜内的K+浓度高。
②静息状态下,细胞膜上K+通道蛋白打开。
K+外流
Na+
膜外
膜内
膜外
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
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-
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-
-
-
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-
-
-
-
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-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
静息时,细胞膜上
K +通道开放,K +外流,
膜电位表现为外正内负,
称为静息电位。
兴奋在神经纤维上以电信号传导——兴奋状态
①神经细胞膜外的Na+浓度高,膜内的K+浓度高。
②受到刺激时,细胞膜上Na+通道蛋白打开。
Na+内流
Na+
膜外
膜内
膜外
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
受到刺激时,细胞膜上
Na +通道开放,Na + 内流,
膜电位表现为外负内正,
称为动作电位。
兴奋在神经纤维上双向传导——离体状态
+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -+ + + + - - - - - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -+ + + + - - - - - - - - - - - - - -
兴奋部位
未兴奋部位
未兴奋部位
刺激
兴奋(神经冲动)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一致
注意:在生物体内,通常兴奋来自感受器,因此,兴奋在生物体内的反射弧上的传导是单向传导。
兴奋在神经纤维上双向传导——离体状态
+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -+ + + + - - - - - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -+ + + + - - - - - - - - - - - - - -
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。如此依次进行下去,兴奋不断地向前传导,后方恢复静息电位。
兴奋部位
未兴奋部位
未兴奋部位
刺激
神经冲动传导方向:
与膜外局部电流方向相反
与膜内局部电流方向一致
注意:在生物体内,通常兴奋来自感受器,因此,兴奋在生物体内的反射弧上的传导是单向传导。
小结
-
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
Na+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
Na+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
Na+
静息状态
未兴奋部位
兴奋状态
兴奋部位
刺激
K+外流
Na+内流
静息电位
(外正内负)
动作电位
(外负内正)
局部电流
未兴奋部位
刺激
Na+内流
a
b
+
+
①静息时,电表 测出电位变化,说明神经
表面各处电位 。
没有
相等
刺激
-
②在图示神经的左侧一端给予刺激时, 刺激端
的电极处(a处)先变为 电位,接着 。
靠近
恢复正电位
负
-
③然后,另一电极(b处)变为 电位。
负
④接着又 。
恢复为正电位
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(neural impulse)。
结论
共发生了两次方向相反的偏转
电流计的偏转次数的判断
1.静息电位和动作电位的电流计偏转次数的判断
静息电位
灵敏电流计的两极都与神经纤维膜外侧连接(如图2),指针不发生偏转
灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接,另一极与膜内侧连接(如图1),指针发生一次偏转
电流计的偏转次数的判断
刺激
a
b
+
+
①
②
③
a
b
-
+
a
b
+
-
a
b
+
+
④
灵敏电流计两极都连接在神经纤维膜外侧, 可观察到指针发生两次方向相反的偏转。过程如图所示, 其中“ ” 为动作电位
动作电位
电流计的偏转次数的判断
2.同一神经元及神经元之间的电流计偏转次数的判断
刺激1
a
b
c
d
bc=cd
刺激2
刺激1:刺激a点,b点先兴奋,
d点后兴奋,电流计发生两次方向相反的偏转
刺激2:刺激c点,由于bc=cd,b点和d点同时兴奋,电流计不发生偏转
电流计的偏转次数的判断
膜电位的测量方法
- +
- +
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。
膜电位曲线解读
刺激
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)
补充拓展
①K+在整个过程中都是由高浓度到低浓度运输,K+外流需要通道蛋白的
协助,属于被动运输(协助扩散);
②Na+在动作电位产生时内流,Na+的内流需要通道蛋白,同时从高浓度到
低浓度运输,故属于被动运输(协助扩散);
③一次兴奋完成后,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,属于主动运输,需消耗能量。
膜电位的影响因素
溶液中离子浓度变化 静息电位变化 动作电位变化
适当降低溶液中
Na+浓度
适当增加溶液中
Na+浓度
适当降低溶液中
K+浓度
适当增加溶液中
K+浓度
不变
峰值下降
不变
峰值上升
上升
不变
不变
下降
兴奋在神经元之间的传递
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?
兴奋在神经元之间的传递——突触的常见类型
轴突——树突
轴突——胞体
①兴奋到达突触前膜所在的 ,引起 向
移动并释放 ;
轴突末梢
突触小泡
突触前膜
神经递质
②神经递质通过____________到
附近;
突触间隙扩散
突触后膜的受体
③神经递质与 结合,形成 ;
突触后膜的受体
④突触后膜上的 发生变化,引发 ;
离子通道
电位变化
递质-受体复合物
兴奋在神经元之间的传递
兴奋在神经元之间的传递——神经递质
突触小泡
神经递质
神经递质与受体结合后,神经递质会与受体开,
并迅速被降解或回收进细胞,以免持续发挥作用。
(1)种类
兴奋性递质
抑制性递质
(2)释放方式:
胞吐
需要消耗能量,体现了生物膜的流动性
(3)作用:
引起下一个神经元兴奋或抑制
(4)去向:
小分子
大分子
①兴奋到达突触前膜所在的 ,引起 向
移动并释放 ;
轴突末梢
突触小泡
突触前膜
神经递质
②神经递质通过____________到
附近;
突触间隙扩散
突触后膜的受体
③神经递质与 结合,形成 ;
突触后膜的受体
④突触后膜上的 发生变化,引发 ;
离子通道
电位变化
⑤神经递质被_____或_____
降解
回收
递质-受体复合物
兴奋在神经元之间的传递
兴奋在神经元之间的传递特点
a.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。
b.传递速度比在神经纤维上慢
突触处的兴奋传递需要通过信号的转换。
轴突
突触小泡
突触前膜
突触间隙
突触后膜
电信号
化学信号
电信号
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。
(一)某些化学物质对神经系统的影响
某些化学物质能够对神经系统产生影响,其作用位点往往是______;
突触
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
①影响神经递质的释放
②影响神经递质与受体的结合
③影响神经递质的清除
影响神经递质释放
血浆Ca2+浓度变化及突触小体对Ca2+的通透性变化会影响神经递质的释放。
肉毒杆菌毒素特异性的与Ca2+通道结合,阻止Ca2+内流,影响突触前膜释放神经递质,使后膜不能产生兴奋,面部表情肌不能收缩形成皱纹,因此,肉毒杆菌毒素被用于美容除皱。
当兴奋传导突触小体时,引起Ca2+通道开放,Ca2+内流,Ca2+会促进突触小泡向突触前膜移动,促进神经递质的释放。
Ca2+
Ca2+
影响神经递质与受体的结合
如筒箭毒、α-银环蛇毒等可阻断突触后膜上的乙酰胆碱受体,从而使肌肉松弛。
如重症肌无力
重症肌无力病人的神经与肌肉接头
(结构类似于突触)处的乙酰胆碱受体被当作抗原而受到攻击,使该受体失去功能。
影响神经递质的清除
有机磷农药等可抑制乙酰胆碱酯酶的活性,阻碍乙酰胆碱的水解,使其持续发挥作用,从而引起肌肉僵直。
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害——兴奋剂与毒品
1.兴奋剂
(1)概念:
(2)作用:
原指能 的一类药物,如今是 的统称。
提高中枢神经系统机能活动
运动禁用药物
兴奋剂具有增强_____________、提高__________等作用。
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。
2.毒品
(1)概念:
(2)注意:
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
有些兴奋剂就是毒品,它们会对人体健康带来极大的危害。
滥用兴奋剂、吸食毒品的危害——可卡因
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
①在正常情况下,多巴胺发挥完作用后会被 上的_______从突触间隙 ;
②吸食可卡因后,可卡因会使_______ 失去___________的功能,于是多巴胺就_____________________ __
③这样,导致突触后膜上_____________________
④当可卡因药效失去后,由于__________ ___,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__ __这些神经元的活动,于是形成恶性循环,毒瘾难戒。
突触前膜
转运蛋白
回收
转运蛋白
回收多巴胺
留在突触间隙持续发挥作用
多巴胺受体减少
多巴胺受体减少
维持
可卡因成瘾机制
可卡因的其他危害
此外,可卡因能干扰__________的作用,导致_________异常,还会抑制__________的功能;
吸食可卡因者可产生__________,长期吸食易产生_______与_______,最典型的是有___________,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_______、_______、失望、疲惫、失眠、厌食等症状;
交感神经
心脏功能
免疫系统
心理依赖性
触幻觉
嗅幻觉
虫行蚁走感
抑郁
焦虑
课堂小结
思维训练——区别假说与预期
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?”为了回答这一问题,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(如右图)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——区别假说与预期
假说: 支配心脏的副交感神经可能是释放了某种化学物质,
该物质可以使心脏减慢。
(你认为......)
实验预期: 从A心脏的营养液中注入B心脏的营养液中,
B心脏的跳动也会减慢。
(可能的实验结果)
$$