動作電位有關(guān)疑難問題例析

1、動作電位有關(guān)疑難問題例析動作電位是指可興奮細(xì)胞在受到適當(dāng)刺激后，其細(xì)胞膜在靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生的迅速而短暫的、可向周圍擴(kuò)布的電位波動。這種電位波動也可稱為神經(jīng)沖動或者興奮。浙科版教材中關(guān)于動作電位的產(chǎn)生傳導(dǎo)和傳遞的內(nèi)容十分注重科學(xué)性，改正了以前版本教材的一些錯誤觀點(diǎn)。但限于篇幅及學(xué)生的閱讀層次，有關(guān)內(nèi)在機(jī)理的解釋不是很詳盡，加上各種版本教參說法不一致，導(dǎo)致許多教師在該塊內(nèi)容上也模糊不清或者存在誤解。下面針對有關(guān)疑難問題利用例題進(jìn)行分析，以供參考。1、動作電位的檢測例題1（“200吐海生物高考試卷”2題）：神經(jīng)電位的測量裝置如右上圖所示，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

2、、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，其它實(shí)驗(yàn)條件不變，則測量結(jié)果是檢測動作電位的記錄儀可以是電流表或示波器，題干中所記錄的單相電位反映的是膜內(nèi)某點(diǎn)（A點(diǎn)）與膜外參考電極（B點(diǎn)電極）之間的電位差變化。靜息狀態(tài)時，膜電位分布為外正內(nèi)負(fù)，即膜外電位高于膜內(nèi)。當(dāng)規(guī)定膜外為零電位（如膜外電極接地，其實(shí)B電極如果不接地，則B點(diǎn)興奮時，該處電位也會發(fā)生變化，記錄到的應(yīng)是兩次波動），則膜內(nèi)為負(fù)電位。電流表指針表現(xiàn)為向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，波形表現(xiàn)為負(fù)值水平曲線。興奮時，電位發(fā)生反轉(zhuǎn)，膜內(nèi)電位高于膜外，然后很快又恢復(fù)為靜息電位。電流表指針表現(xiàn)為向正方向偏轉(zhuǎn)一次又恢復(fù)，波形表現(xiàn)為一

3、次正方向的單向波峰。當(dāng)兩個電極均置于膜外時，靜息狀態(tài)下，兩電極之間沒有電位差，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，示波器表現(xiàn)為與X軸重合的水平曲線。受刺激后A、B兩點(diǎn)先后興奮，電流表發(fā)生兩次相反方向的偏轉(zhuǎn)后歸零，示波器上則可看到方向相反的兩個波峰，這就是雙相電位。該題答案之所以選C而不選D,是因?yàn)楦鶕?jù)題干單相電位圖可知，當(dāng)A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)時，電流表指針向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，示波器波形在X軸下方。例題2（“201海南生物高考卷”第9題）：將記錄儀（R）的兩個電極置于某一條結(jié)構(gòu)和功能完好的神經(jīng)表面，如右圖，給該神經(jīng)一個適宜的刺激使其產(chǎn)生興奮，可在R上記錄到電位的變化。能正確反映從刺激開始到興奮完成這段過程中電位變化的曲線是

4、：flB,陰同/皿C.該題答案選Do之所以與例題1答案相反，是因?yàn)槭静ㄆ鞯拇怪逼D(zhuǎn)方向是可人為調(diào)節(jié)的。總之雙相電位曲線兩個波峰方向是相反的，代表膜外兩點(diǎn)先后興奮而產(chǎn)生負(fù)電位，導(dǎo)致兩次電流方向相反。至于哪一個波峰在X軸上方，哪一個波峰在X軸下方可人為調(diào)節(jié)。2、Na+通道與K+通道在動作電位產(chǎn)生過程中的變化例題3（“2011年浙江省三校高三聯(lián)考試卷”2題）：動作電位的產(chǎn)生與細(xì)胞膜離子通透性的變化直接相關(guān)。細(xì)胞膜對離子通透性的高低可以用電導(dǎo)（g）表示，電導(dǎo)大，離子通透性高，電導(dǎo)小，離子通透性低。下圖表示神經(jīng)細(xì)胞接受刺激產(chǎn)生動作電位過程中，細(xì)胞膜對Na+和K+的通透性及膜電位的變化（gNa+、gK+分

5、別表示Na+、K+的電導(dǎo)）。請據(jù)圖回答問題（節(jié)選）。（3）接受刺激時，細(xì)胞膜對Na+、K+的通透性分別發(fā)生了怎樣的變化?膜電位(my)動作電位電導(dǎo)(PS)1001Na*10-04OOL0.00S00.5L0L5ms動作電位過程中g(shù)Na*和gK，的變化（4）根據(jù)該過程中膜電位的變化和離子通透性的變化可以推測，動作電位的產(chǎn)生主要是由哪種離子如何變化造成的？第（3）小題答案是：對Na+的通透性迅速增加，并且增加的幅度較大；對K+的通透性緩慢增加，并且增加的幅度較小。不過第（4）小題的問法有些不妥，準(zhǔn)確的提問應(yīng)該是動作電位上升支的產(chǎn)生主要由哪種離子如何變化造成。很多題目都有這種問題，不能準(zhǔn)確理解動作電

6、位概念，把鋒電位當(dāng)成動作電位。離子通透性為何會如此變化呢？這與離子通道有關(guān)。動作電位產(chǎn)生過程中不同階段離子通道開閉情況及離子通透性變化可結(jié)合圖1總結(jié)如下（注：各種離子通透性大小用離子電導(dǎo)大小表示）：階段代表靜息狀態(tài)時，只有非門控K+通道開放，K+通透性遠(yuǎn)大于Na+通透性。階段代表外界刺激使電壓門控Na+通道開放，導(dǎo)致膜去極化至閾電位，繼而激活電壓門控Na+通道，Na+通透性超過K+通透性，發(fā)生快速的去極化與反極化。階段電壓門控Na+通道失活，電壓門控K+通道激活，K+通透性超過Na+通透性，此時即復(fù)極化時期。階段電壓門控K+通道關(guān)閉，電壓門控Na+通道恢復(fù)到備用狀態(tài)，離子通透性恢復(fù)到與階段相同

7、浙科版教材相關(guān)內(nèi)容的描述是十分注重科學(xué)性的。出現(xiàn)極化狀態(tài)的原因是神經(jīng)細(xì)胞膜在靜息時對鉀離子的通透性大，對鈉離子的通透性?。哼@就是非門控鉀通道開放的緣故。動作電位產(chǎn)生原因是當(dāng)神經(jīng)某處受到刺激時會使鈉通道開放，但在很短時間內(nèi)鈉通道又重新關(guān)閉，鉀通道隨即開放：這就是電壓門控通道相繼開放的簡要描述。部分參考書把該內(nèi)容理解為神經(jīng)元細(xì)胞膜在靜息狀態(tài)時Na+通道關(guān)閉，K+通道開放；受到適宜刺激時，K+通道關(guān)閉，Na+通道開放；復(fù)極化時又發(fā)生Na+通道關(guān)閉而K+通道開放。這種說法混淆非門控鉀通道和電壓門控鉀通道，不是十分科學(xué)。例題4（湖南省2011年三十二校聯(lián)考試卷”2施）：試判斷一個神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位在添加

8、具有生物活性的化合物一一河豚毒素（Na+通道蛋白抑制劑）后，是如何變化的：HHfrnS河豚毒素可阻斷Na+通道（門控通道），受刺激后Na+通透性不能增加，對鉀離子通透性無影響,故不影響靜息電位產(chǎn)生，只影響動作電位的形成，選Ao3、Na+K+泵在動作電位產(chǎn)生過程中的作用例題5（“2011年浙江高考理綜試卷”第3題）：在離體實(shí)驗(yàn)條件下單條神經(jīng)纖維的電位示意圖如下,下列敘述正確的是A. ab段Na+的內(nèi)流是需要消耗能量的B. bc段Na+的外流是不需要消耗能量的C. cd段K+的外流是不需要消耗能量的D. de段K+的內(nèi)流是需要消耗能量的ab段與bc段都是Na+的內(nèi)流所致，這種內(nèi)流是順濃度梯度，不需

9、要消耗能量，所以A、B錯。cd段與de段都是K+的外流所致，同樣順濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)不需要消耗能量。所以答案選Co有些參考資料認(rèn)為Na+K+泵的活動是導(dǎo)致復(fù)極化的原因，這種觀點(diǎn)其實(shí)是錯誤的。逆濃度轉(zhuǎn)運(yùn)才需要Na+K+泵，才需要消耗能量。Na+K+泵對于維持膜兩側(cè)的離子濃度差非常重要，因?yàn)槊颗d奮一次，必然有少量K+外流和Na+內(nèi)流，使得膜內(nèi)外兩種離子的濃度差減少（只是濃度差減少，不會相等，更不會發(fā)生濃度差的逆轉(zhuǎn)）。如果沒有Na+K+泵的主動轉(zhuǎn)運(yùn)，離子濃度差勢必持續(xù)減少，直至不能產(chǎn)生興奮。因此，每產(chǎn)生一次動作電位后的靜息期，Na+K+泵就會啟動，從而始終維持一定的離子濃度差。這也就是興奮需要消耗能量的原因

10、，動作電位的產(chǎn)生雖不直接消耗ATP,但消耗了離子勢能，而離子勢能的儲備需要消耗ATPo4、外部溶液中Na+、K+濃度對膜電位及興奮性的影響例題6（“201弊新課標(biāo)理綜試卷”第5題）：將神經(jīng)細(xì)胞置于相當(dāng)于細(xì)胞外液的溶液（溶液）中，可測得靜息電位。給予細(xì)胞一個適宜的刺激，膜兩側(cè)出現(xiàn)一個暫時性的電位變化，這種膜電位變化稱為動作電位。適當(dāng)降低溶液中的Na+濃度，測量該細(xì)胞的靜息電位和動作電位，可觀察到A.靜息電位值減小B.靜息電位值增大C.動作電位峰值升高D.動作電位峰值降低靜息電位接近于K+的平衡電位，主要受膜內(nèi)外的K+濃度差影響。動作電位接近于Na+平衡電位，主要受膜內(nèi)外的Na+濃度差影響。將離體

11、神經(jīng)置于較低Na+濃度的溶液中，該神經(jīng)所能產(chǎn)生的動作電位幅度降低，靜息電位幅度變化不大，所以答案選D。反之，適當(dāng)降低細(xì)胞外液中K+濃度，則使靜息電位絕對值升高，而對動作電位影響不大。有人認(rèn)為外部溶液中Na+濃度降低，會導(dǎo)致膜外正離子減少，也就是正電荷減少，從而導(dǎo)致膜內(nèi)電位相對升高，也就是靜息電位會升高。這種觀點(diǎn)的錯誤在于沒有理解通常情況下溶液本身是不可能帶電的，減少溶液中Na+濃度只能是通過減少Na鹽的配比來達(dá)成。換句話說，一種溶液中Na+減少，要么是相應(yīng)的陰離子也減少，要么是另一種正離子增多，不可能人工配置出一杯帶負(fù)電荷的溶液。只有在細(xì)胞膜存在的情況下，選擇性地讓膜外Na+進(jìn)入細(xì)胞而減少，但

12、相應(yīng)負(fù)離子不能進(jìn)入而不減少，此時才會使膜內(nèi)電位升高。5、從神經(jīng)元兩端向中間傳導(dǎo)的兩個動作電位相遇后為什么會抵消例題7（“201山東高考理綜試卷”第25題）：若某動物離體神經(jīng)纖維在兩端同時受到刺激，產(chǎn)生兩個同等強(qiáng)度的神經(jīng)沖動，兩沖動傳導(dǎo)至中點(diǎn)并相遇后會如何？該題答案是會抵消或停止傳導(dǎo)。這與電壓門控Na+通道特性有關(guān)。前文提到動作電位產(chǎn)生過程中電壓門控Na+通道先是處于激活狀態(tài)，激活后又迅速失活，這段時間內(nèi)不可能再次產(chǎn)生動作電位，稱為絕對不應(yīng)期。只有在復(fù)極化后期電壓門控Na+通道恢復(fù)到備用狀態(tài)后，才有可能再次接受刺激產(chǎn)生興奮。當(dāng)興奮部位通過局部電流刺激相鄰未興奮部位產(chǎn)生動作電位時，原興奮部位正處于

13、絕對不應(yīng)期內(nèi)，不能再對局部電流的刺激產(chǎn)生反應(yīng)。待到原興奮部位恢復(fù)正常后，則動作電位已經(jīng)傳導(dǎo)到足夠遠(yuǎn)的區(qū)段，不能再通過局部電流刺激原興奮部位了。因此興奮只能逐點(diǎn)往前傳導(dǎo)，不可能在相鄰兩點(diǎn)之間來回傳導(dǎo)。從神經(jīng)元兩端向中間傳導(dǎo)的兩個動作電位，在傳導(dǎo)到相遇點(diǎn)時，旁邊的相鄰部位恰恰都是剛剛興奮過而正處于不應(yīng)期的部位，因此傳導(dǎo)就會停止。對于有髓纖維來說，這個問題還可以有另一種情況，那就是神經(jīng)纖維兩端興奮點(diǎn)之間剛好有偶數(shù)個郎飛結(jié)，當(dāng)興奮同時傳導(dǎo)至中間兩個郎飛結(jié)時，這兩點(diǎn)都處于反極化狀態(tài)，電位差為0,不能產(chǎn)生局部電流，所以抵消了?？傊?，不管是無髓纖維還是有髓纖維，也不論兩端之間相隔多少個郎飛結(jié)或可興奮點(diǎn)，當(dāng)動

14、作電位從兩端向中間傳導(dǎo)，相遇后要么停止傳導(dǎo)，要么相互抵消，不會有例外。即使兩個動作電位不是同時產(chǎn)生也是如此。6興奮性突觸后電位與動作電位相同嗎例題8:圖甲為細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)示意圖，圖乙為突觸結(jié)構(gòu)示意圖。下列相關(guān)敘述正確的是:甲乙A.圖甲中的B與圖乙中的D都是由磷脂分子組成B.若圖甲中的M側(cè)為腸道，那么N側(cè)則是毛細(xì)血管腔C.圖甲中B的成分決定了圖乙中E在結(jié)構(gòu)上具有一定的流動性D.圖乙中C與D結(jié)合后F上的電位可由外正內(nèi)負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正該題答案選C。關(guān)于D選項(xiàng)的錯誤，很多參考書說是因?yàn)镃不一定是興奮性遞質(zhì)，可能是抑制性遞質(zhì)，因此不一定能產(chǎn)生動作電位。事實(shí)上即便是興奮性遞質(zhì)，在突觸后膜也只能引發(fā)興奮性突觸后

15、電位，與動作電位并不相同。動作電位的產(chǎn)生與電壓門控通道有關(guān)，其特點(diǎn)是全或無”，即電壓門控通道要么不能被激活而導(dǎo)致動作電位不能產(chǎn)生，要么能被激活而幾乎全部開放，表現(xiàn)出相同大小的動作電位。而突觸后膜上則沒有電壓門控通道，興奮性突觸后電位是由于化學(xué)門控Na+（或Ca+）通道開放使Na+（或Ca+）內(nèi)流而形成?；瘜W(xué)門控通道的開放數(shù)量與其所結(jié)合的遞質(zhì)成正相關(guān)，因此不表現(xiàn)出全或無”的特點(diǎn)，相當(dāng)于去極化的局部興奮電位。這種電位不能傳導(dǎo)，只能在局部擴(kuò)布并逐漸減弱直至消失。多個興奮性突觸后電位相遇可以疊加，而不是抵消。當(dāng)興奮性突觸后電位累加達(dá)到一定強(qiáng)度，通過局部電流形式刺激軸突的始段產(chǎn)生動作電位才可以沿神經(jīng)纖維進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)。神經(jīng)與骨骼肌相聯(lián)系的部位稱為神經(jīng)一骨骼肌接頭，