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2. 动作电位

神经调节的结构基础和调节过程 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 神经纤维受刺激后,膜电位由静息电位迅速转变为动作电位并恢复的过程。

从哪来 建立在“1. 内环境的组成”之上。内环境(细胞外液)中稳定的离子浓度(特别是 $Na^+$ 和 $K^+$)是产生跨膜电位差的基础,动作电位本质上是细胞膜两侧离子跨膜运输导致的电位变化。

为什么 动作电位的产生机制基于“离子通道门控”和“浓度梯度驱动”: 1. 去极化阶段:静息时膜对 $K^+$ 通透性大,对 $Na^+$ 通透性小。受刺激后,电压门控 $Na^+$ 通道开放,膜外高浓度的 $Na^+$ 顺浓度梯度大量内流,导致膜内电位由负变正。 2. 复极化阶段:$Na^+$ 通道失活关闭,电压门控 $K^+$ 通道开放,膜内高浓度的 $K^+$ 顺浓度梯度外流,导致膜内电位由正变负,恢复静息电位。 3. 钠钾泵作用:随后钠钾泵主动运输,排出 $Na^+$ 摄入 $K^+$,维持细胞内外离子浓度差,为下一次兴奋做准备。

适合类型:形象思维强、喜欢类比的学生** **讲法:水坝与闸门模型** 把细胞膜比作水坝,膜外高浓度 $Na^+$ 是上游高压水,膜内高浓度 $K^+$ 是下游低压水。 * **静息状态
$K^+$ 闸门微开,少量水漏出,维持水位差(静息电位)。 * 兴奋瞬间:$Na^+$ 闸门猛然打开,上游高压水($Na^+$)瞬间涌入,水位迅速反转(去极化)。 * 恢复过程:$Na^+$ 闸门关闭,$K^+$ 闸门大开,水流出,水位恢复(复极化)。 * 关键点:强调“闸门”(离子通道)的开关特性是电压控制的,而不是随便开的。
适合类型:逻辑严密、喜欢机制推导的学生** **讲法:正反馈与负反馈机制** * **正反馈(去极化)
膜电位轻微去极化 $\rightarrow$ 电压门控 $Na^+$ 通道开放 $\rightarrow$ $Na^+$ 内流 $\rightarrow$ 膜电位进一步去极化 $\rightarrow$ 更多 $Na^+$ 通道开放。这是一个自我放大的过程,直到达到峰值。 * 负反馈(复极化):$Na^+$ 通道失活 + $K^+$ 通道开放 $\rightarrow$ $K^+$ 外流 $\rightarrow$ 膜电位下降 $\rightarrow$ 趋向静息电位。 * 核心逻辑:动作电位不是“推”出来的,而是离子通道特性决定的“自发放电”过程,一旦触发阈值,过程不可逆直至完成。
适合类型:空间感强、擅长图表分析的学生** **讲法:电位-时间曲线拆解** 在黑板上画出标准的动作电位曲线,分段标注: 1. **静息电位(-70mV)
标注 $K^+$ 漏通道开放。 2. 上升支(0~+30mV):标注 $Na^+$ 通道开放,$Na^+$ 内流(箭头指向膜内)。 3. 峰值:标注 $Na^+$ 通道失活,$K^+$ 通道开始开放。 4. 下降支(+30mV~-70mV):标注 $K^+$ 外流(箭头指向膜外)。 5. 超极化(<-70mV):标注 $K^+$ 通道关闭滞后,导致短暂过冲。 6. 恢复期:标注钠钾泵工作,重建离子梯度。 * 互动:让学生指出哪一段对应哪种离子流动,强化图文对应关系。
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练一道
基础题
某神经纤维静息电位为 -70mV。当受到适宜刺激产生动作电位时,膜电位由 -70mV 变为 +30mV。请问此过程中,膜内电位变化的主要离子基础是什么? A. $K^+$ 内流 B. $Na^+$ 内流 C. $K^+$ 外流 D. $Cl^-$ 内流
变式
若用药物阻断神经纤维膜上的 $Na^+$ 通道,再给予适宜刺激,该神经纤维能否产生动作电位?为什么?
试试手自己判
检测题
将神经纤维置于含有 $Na^+$ 的生理盐水中,记录其动作电位。随后,将溶液中的 $Na^+$ 替换为等量的 $K^+$(保持渗透压不变),再次给予相同强度的刺激。预测动作电位峰值的变化并解释原因。
看答案和判分标准
答案:动作电位峰值将显著降低甚至无法产生。
判对标准:
1. 结论正确:指出峰值降低或消失(1分)。
2. 机制解释:说明动作电位上升支依赖 $Na^+$ 内流(1分)。
3. 逻辑关联:指出去除 $Na^+$ 后,缺乏 $Na^+$ 内流驱动力,无法完成去极化过程(1分)。
*(若学生回答“峰值不变”或“峰值升高”,判错;若只答“因为没钠了”未提及内流机制,得1分。)
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