閾電位及興奮時離子濃度的變化

閾電位及離子濃度的變化神經(jīng)調(diào)節(jié)中的神經(jīng)興奮性往往和閾電位有關(guān)，細胞外液中Na＋和K＋濃度改變對膜電位的影響是教學中的難點之一。細胞外液中K＋濃度上升，導致細胞內(nèi)K＋向外擴散減少，從而引起靜息電位(絕對值)變?。环粗?，靜息電位(絕對值)變大。細胞外Na＋濃度的改變通常不會影響到靜息電位；細胞外液中Na＋濃度上升，導致其向細胞內(nèi)的擴散量增加，從而引起動作電位的峰值變大；反之，動作電位峰值變小。細胞外K＋濃度的改變通常不會影響到動作電位的峰值?？筛爬椋耗敲?。閾電位產(chǎn)生的原因是什么？動作電位產(chǎn)生后離子濃度的如何變化？試題解析

試題1：下圖甲表示動作電位產(chǎn)生過程示意圖，圖乙表示動作電位傳導示意圖，下列敘述正確的是()A.a～c段和①～③段Na＋通道開放，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外Na＋濃度差減小B.若神經(jīng)纖維膜外K＋濃度增大c點將上升C.靜息電位是指圖乙AB之間膜內(nèi)的電位差D.機體內(nèi)反射弧中神經(jīng)沖動的傳導是單向的解析:a～c段和⑤～③段Na＋通道開放，神經(jīng)纖維膜內(nèi)外Na＋濃度差減??；神經(jīng)纖維膜外K＋濃度增大會導致靜息電位的絕對值變小，不影響動作電位的峰值；靜息電位是指靜息狀態(tài)下神經(jīng)纖維膜內(nèi)外的電位差。故答案為D。試題2：下圖為膝反射弧結(jié)構(gòu)示意圖和動作電位在神經(jīng)元上傳導的示意圖，下列敘述正確的是()A.在發(fā)生膝反射時，控制屈肌的傳出神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位B.在支配伸肌的反射弧中，感覺神經(jīng)元胞體位于脊髓外C.圖2的CD段，神經(jīng)纖維膜正處于去極化過程D.圖2的D點時細胞膜內(nèi)側(cè)的鈉離子濃度比外側(cè)高解析：在發(fā)生膝反射時，屈肌不收縮，所以控制屈肌的傳出神經(jīng)元不產(chǎn)生動作電位，A錯誤；在支配伸肌的反射弧中，感覺神經(jīng)元胞體位于脊髓外，B正確；在圖2的CD段，K＋外流，神經(jīng)纖維膜處于復極化過程，C錯誤；D點時細胞膜內(nèi)側(cè)的鈉離子濃度雖然增大，但仍比外側(cè)低，D錯誤。故答案為B。試題3：當神經(jīng)纖維上的某一點受到刺激時，將會出現(xiàn)（）A.產(chǎn)生的沖動只向軸突末梢方向傳導B.該點附近神經(jīng)細胞內(nèi)的正離子比細胞外的正離子少C.產(chǎn)生的沖動只向樹突末梢方向傳導D.該點附近神經(jīng)細胞內(nèi)的正離子比細胞外的正離子多解析：本題考查對靜息電位和動作電位生理基礎的理解以及興奮傳導的特點，解決此題的關(guān)鍵是熟練掌握造成靜息電位和動作電位的原因以及興奮傳導的原因。在實驗條件下，“當刺激神經(jīng)纖維上的某一點”時所產(chǎn)生的沖動在該神經(jīng)元內(nèi)部是雙向傳導，A錯誤；一個神經(jīng)元的神經(jīng)纖維在靜息時為“外正內(nèi)負”；當其某一點受到刺激時，將產(chǎn)生局部電位變化“內(nèi)正外負”，結(jié)果大量鈉離子內(nèi)流，導致該點附近神經(jīng)細胞內(nèi)的正離子比細胞外的正離子多，B錯誤；“當刺激神經(jīng)纖維上的某一點”時所產(chǎn)生的沖動在該神經(jīng)元內(nèi)部是雙向傳導，C錯誤；一個神經(jīng)元的神經(jīng)纖維在靜息時為“外正內(nèi)負”；當其某一點受到刺激時，將產(chǎn)生局部電位變化“內(nèi)正外負”，結(jié)果大量鈉離子內(nèi)流，導致該點附近神經(jīng)細胞內(nèi)的正離子比細胞外的正離子多，D正確。故答案為D。

閾電位產(chǎn)生的原因

當膜電位去極化達到某一臨界值時，就出現(xiàn)膜上的Na﹢通道大量開放，Na﹢大量內(nèi)流而產(chǎn)生動作電位，膜電位的這個臨界電位值稱為閾電位，也叫燃點。閾電位比靜息電位約大10mV～20mV。如神經(jīng)纖維的靜息電位是-70mV，其閾電位約為-55mV。任何刺激只要能使膜從靜息電位去極化到閾電位，便能觸發(fā)動作電位，引起興奮。從電生理的角度來看，興奮是指動作電位的產(chǎn)生過程或動作電位的同義語，而興奮性則是細胞受刺激時產(chǎn)生動作電位的能力。興奮性的基礎是靜息電位，所以靜息電位值或靜息電位與閾電位的距離大小，可影響細胞的興奮性。兩者距離增大，細胞的興奮性下降，例如，當神經(jīng)細胞外界的K+濃度減小，K+通過K+通道蛋白易化擴散加快，靜息電位的絕對值變大，興奮性下降。那么，閾電位的值和什么因素有關(guān)？當膜電位達到閾電位，膜上的部分電壓門控通道開放，允許鈉離子流進細胞。在閾值以下時，鉀離子通過靜息時開放的鉀泄漏通道外流足以抵消鈉離子的內(nèi)流帶入的電荷。鈉離子內(nèi)流開始超過鉀離子外流的電位是閾電位。閾電位應該和鈉離子通道的開放和鉀離子滲漏有關(guān)。有軸突膜上有兩種鉀離子通道蛋白：一種是延遲開放的鉀通道，由去極化激活，轉(zhuǎn)運外向電流，引起復極化而終止動作電位，這是電壓門控鉀通道（也是高中生物中提到的鉀離子通道蛋白）；另一種鉀通道泄漏通道，負責靜息細胞的鉀離子泄漏，形成靜息電位，鉀離子泄漏通道也可通過鈉離子，但鉀離子的通透性是鈉離子的100倍。泄漏通道一直開放的，允許離子以較慢的速度順濃度跨膜擴散。

興奮時離子濃度的變化

教學中經(jīng)常會碰到學生問，動作電位的產(chǎn)生鈉離子內(nèi)流，造成膜內(nèi)的鈉離子濃度增加，但為什么對神經(jīng)細胞來說，鈉離子濃度始終是細胞外濃度高于細胞內(nèi)？興奮是一個點或局部部位，也就是興奮點膜的附近鈉離子濃度膜內(nèi)高于膜外。完整的解釋更為確切的應該是：引起單個動作電位的離子是很小的，一般不會明顯改變細胞內(nèi)離子濃度。根據(jù)測算，每平方微米的細胞膜約有500個鈉離子越過就可以產(chǎn)生100毫伏的動作電位。由此推算，在直徑為1毫