興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)過程電位變化的解題分析

神經(jīng)調(diào)節(jié)是動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式之一，對于內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持具有非常重要的作用。其中，關(guān)于興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)過程的分析與實(shí)驗(yàn)探究是高考的熱點(diǎn)之一，本文結(jié)合試題對這一熱點(diǎn)進(jìn)行解題分析。

【例1】 （2009年安徽理綜卷?30）離體神經(jīng)纖維某一部位受到適當(dāng)刺激時(shí)，受刺激部位細(xì)胞膜兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)性的電位變化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。圖示該部位受刺激前后，膜兩側(cè)電位差的變化。圖中ɑ線段表示 電位；b點(diǎn)膜兩側(cè)的電位差為 ，此時(shí)Na+ （內(nèi)、外）流。

答案：靜息 0mV 內(nèi)

解析：本題考查了對靜息電位與動(dòng)作電位的理解及電位變化曲線的理解，側(cè)重考查學(xué)生對膜電位變化的分析能力。

①什么是靜息電位和動(dòng)作電位?

在神經(jīng)未受到刺激時(shí)，神經(jīng)纖維處于靜息狀態(tài)，這時(shí)細(xì)胞膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為內(nèi)負(fù)外正，稱為靜息電位。它是一切生物電產(chǎn)生和變化的基礎(chǔ)。當(dāng)一對測量微電極都處于膜外時(shí)，電極間沒有電位差。在一個(gè)微電極尖端刺入膜內(nèi)的一瞬間，示波器上會(huì)顯示出突然的電位改變，這表明兩個(gè)電極間存在電位差。該電位在安靜狀態(tài)始終保持不變，因此稱為靜息電位。幾乎所有的動(dòng)植物細(xì)胞的靜息電位膜內(nèi)均較膜外低，若規(guī)定膜外電位為零，則膜內(nèi)電位即為負(fù)值。大多數(shù)細(xì)胞的靜息電位在-10~-100mV之間。

當(dāng)神經(jīng)纖維某一部位受到刺激時(shí)，這個(gè)部位的膜兩側(cè)出現(xiàn)暫時(shí)性的電位變化，由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，這就是動(dòng)作電位。

②靜息電位和動(dòng)作電位形成的原因。

靜息電位和動(dòng)作電位的產(chǎn)生是膜內(nèi)外離子選擇性通透造成的，細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均和未受刺激時(shí)膜主要對K+有通透性是細(xì)胞保持膜內(nèi)為負(fù)電位、膜外為正電位的基礎(chǔ)。神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K+濃度明顯高于膜外K+濃度，而膜外Na+濃度明顯高于膜內(nèi)Na+濃度。這種膜內(nèi)外Na+、K+分布不均主要是“鈉——鉀泵”活動(dòng)的結(jié)果?！扳c——鉀泵”能將細(xì)胞內(nèi)的Na+運(yùn)到膜外，同時(shí)將細(xì)胞外K+運(yùn)入膜內(nèi)。同時(shí)，因?yàn)樵谏窠?jīng)細(xì)胞膜上有Na+通道和K+通道，在神經(jīng)纖維未受到外界刺激處于靜息狀態(tài)的時(shí)候，由于細(xì)胞膜K+通道打開，膜對K+通透性加強(qiáng)，細(xì)胞膜內(nèi)的K+可順著濃度梯度向膜外擴(kuò)散，隨著K+的不斷擴(kuò)散，其結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的正電荷減少而細(xì)胞外正電荷增多，從而使細(xì)胞膜外側(cè)電位高而細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)電位低，所以在膜的內(nèi)外就形成了電位差，即為靜息電位外正內(nèi)負(fù)。當(dāng)神經(jīng)纖維受到一定強(qiáng)度的刺激時(shí)，細(xì)胞膜上的Na+通道打開，膜對Na+的通透性加強(qiáng)，引起Na+內(nèi)流，隨著Na+的內(nèi)流，細(xì)胞外的正電荷逐漸減少，細(xì)胞內(nèi)正電荷逐漸增加，使細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)電位高而細(xì)胞膜外側(cè)電位低，所以膜電位表現(xiàn)為外負(fù)內(nèi)正。在動(dòng)作電位發(fā)生后，由于在細(xì)胞膜上存在“鈉——鉀泵”，在其作用下將外流的K+重新運(yùn)入膜內(nèi)，將內(nèi)流的Na+運(yùn)出膜外，從而使膜電位又逐漸恢復(fù)到靜息電位。

綜上所述，ɑ線段——刺激之前的膜電位為靜息電位，外正內(nèi)負(fù)，K＋通道開放；b點(diǎn)——膜兩側(cè)的電位差為0mV(不是膜電位為0)，處于動(dòng)作電位形成過程中，Na＋通道開放，Na＋內(nèi)流；bc段——此時(shí)，仍然在動(dòng)作電位形成過程中，Na＋通道繼續(xù)開放，Na+仍然內(nèi)流；cd段——靜息電位恢復(fù)形成；de段——膜電位為靜息電位。

【例2】 （2009年上海生物試題?28）神經(jīng)電位的測量裝置如右圖所示，其中箭頭表示施加適宜刺激，陰影表示興奮區(qū)域。用記錄儀記錄A、B兩電極之間的電位差，結(jié)果如右側(cè)曲線圖。若將記錄儀的A、B兩電極均置于膜外，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，則測量結(jié)果是（ ）。

答案：C

解析：本題考查了對靜息電位與動(dòng)作電位的測量及電位變化曲線的理解，側(cè)重考查學(xué)生對神經(jīng)纖維測量部位以及膜電位變化的分析能力。由于圖中測量裝置A電極在神經(jīng)纖維膜內(nèi)，B電極在神經(jīng)纖維膜外，因?yàn)槟?nèi)外兩側(cè)存在電位差，所以電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)圖中記錄儀的電位差曲線，說明在未受刺激時(shí)為負(fù)電位，受刺激后，興奮部位細(xì)胞膜由外正內(nèi)負(fù)變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，圖中電位由負(fù)電位變化為零電位再變化為正電位；隨后恢復(fù)靜息電位，圖中電位又由正電位變化為零電位再變化為負(fù)電位。若記錄儀的A、B兩電極均置于膜外，受刺激后，圖中電位由零電位變化為負(fù)電位再變化為零電位；隨后恢復(fù)靜息電位，圖中電位再由零電位變化為正電位再變化為零電位。在興奮從左往右傳導(dǎo)過程中，A和B先后都會(huì)出現(xiàn)負(fù)電位，A和B之間兩次產(chǎn)生電位差且方向相反，反映電位變化的波形曲線則分布在橫軸上下兩側(cè)，所以C選項(xiàng)是正確的。在A興奮又恢復(fù)為靜息狀態(tài)且B還沒有興奮的時(shí)間內(nèi)，A和B是等電勢，所以選擇項(xiàng)C的兩個(gè)波峰之間有一段零電位差的時(shí)期。

（責(zé)任編輯 杜 華）