第3节 神经冲动的产生和传导
问题探讨
短跑赛场上,发令一响,运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界短跑比赛规则规定,在响后0.1s内起跑被视为抢跑。
讨论
从运动员听到响到作出起跑的反应,信号的传导经过了哪些结构?
2.短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么?
短跑赛场
本节聚焦
兴奋在突触处是如何传递的
运动员从听到响到作出起跑的反应,完成了一系列反射活动。运动员听到信号后神经产生兴奋,兴奋的传导经过了一系列的结构。那么,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?
兴奋在神经纤维上的传导
有人做过如下实验:在蛙的坐骨神经上放置两个微电极,并将它们连接到一个电表上。静息时,电表没有测出电位变化(图2-6,①),说明神经表面各处电位相等。当在图示神经的左侧一端给予刺激时,靠近刺激端的电极处(a处)先变为负电位,接着恢复正电位(图2-6,②、③);然后,另一电极处(b处)变为负电位,接着又恢复为正电位(图2-6,③、④)。这说明在神经系统中,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)。
▲图2-6神经表面电位差的实验示意图
▲图2-7神经冲动在神经纤维上产生和传导的模式图
神经冲动在神经纤维上是怎样产生和传导的呢?
在未受到刺激时,神经纤维处于静息状态(图2-7,①)此时,神经细胞外的Na浓度比膜内要高K浓度比膜内低,而神经细胞膜对不同离子的通透性各不相同:静息时,膜主要对K有通透性,造成K外流,使膜外阳离子浓度高于膜内。由于细胞膜内外这种特异的离子分布特点,细胞膜两侧的电位表现为内负外正,这称为静息电位( resting potential
当神经纤维某一部位受到刺激时,细胞膜对Na的通透性增加,Na内流,这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化,表现为内正外负的兴奋状态(图2-7,②)。此时的膜电位称为动作电位( action potential)。而邻近的未兴奋部位仍然是内负外正。在兴奋部位和未兴奋部位之间由于电位差的存在而发生电荷移动,这样就形成了局部电流。
这种局部电流又刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化,如此进行下去(图2-7,③、④),将兴奋向前传导(图下方的箭头方向),后方又恢复为静息电位。
兴奋在神经元之间的传递
在完成一个反射的过程中,兴奋要经过多个神经元。一般情况下,相邻的两个神经元并不是直接接触的
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?
安徽中医学院学报 神经元的轴突末梢经过多次分枝,最后每个小枝末端膨大,呈杯状或球状,叫作突触小体。突触小体可以与其他神经元的细胞体或树突等相接近,共同形成突触( synapse)。
突触的结构包括突触前膜、突触间隙与突触后膜。在神经元的轴突末梢处,有许多突触小泡。当轴突末梢有神经冲动传来时,突触小泡受到刺激,就会向突触前膜移动并与它融合,同时释放一种化学物质—神经递质( neurotransmitter)。神经递质经扩散通过突触间隙,与突触后膜上的相关受体结合,形成递质-受体复合物,从而改变了突触后膜对离子的通透性,引发突触后膜电位变化,这样,信号就从一个神经元通过突触传递到了另一个神经元(图2-8)。随后,神经递质会与受体分开,并迅速被降解或回收进细胞,以免持续发挥作用。
相关信息
目前已知的神经递质种类很多,主要的有乙酰胆碱、氨基酸类(如谷氨酸、廿氨酸)、5-羟胺、多巴胺、去甲肾上腺素肾上腺素等。
① 兴奋到达突触前膜所在的神经元的轴突末梢,引起突触小泡向突触前膜移动并释放神经递质。
②神经递质通过突触间隙扩散到突触后膜的受体附近
③神经递质与突触后膜上的受体结合。
④突触后膜上的离子通道发生变化,引发电位变化
⑤神经递质被降解或回收。
▲图2-8神经元之间通过突触传递信息图解
功率因数调整电费办法
由于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,因此,神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。例如,从一个神经元的轴突传到下一个神经元的细胞体或树突。由于突触处的兴奋传递需要通过化学信号的转换,因此兴奋传递的速度比在神经纤维上要慢。神经元与肌肉细胞或某些腺体细胞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。
滥用兴奋剂、吸食的危害
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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。例如,有些物质能促进神经递质的合成和释放速率,有些会干扰神经递质与受体的结合,有些会影响分解神经递质的
酶的活性。兴奋剂和等也大多是通过突触来起作用的。兴奋剂原是指能提高中枢神经系统机能活动的一类药物,如今是运动禁用药物的统称。兴奋剂具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用,为了保证公平、公正,运动比赛禁止使用兴奋剂(图2-9)。
《中华人民共和国刑法》第357条规定:是指、、甲基()、、、以及国家规定管制的其他能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。有些兴奋剂就是,它们会对人体健康带来极大的危害。
从战争到现在,我国人民同的斗争一直没有停止过,因为这不仅关系个人的命运,而且关乎国家和民族的兴衰。
思考·讨论
分析滥用兴奋剂和吸食的危害
在一些重大的体育项目比赛中,少数运动员为了提高成绩,铤而走险,违反“公平竞争”的原则,违规服用兴奋剂。如果一旦查出,该运动员将面临禁赛、处罚金等不同程度的处罚,而且还会受到国际社会和体育道德的谴责。请搜集这方面的事例,与同学展开交流。
既是一种兴奋剂,也是一种,它会影响大脑中与愉悦传递有关的神经细胞,这些神经细胞利用神经递质——多巴胺来传递愉悦感。在正常情况下,多巴胺发挥作用后会被突触前膜上的转运蛋白从突触间隙回收。吸食后,会使转运蛋白失去回收多巴胺的功能,于是多巴胺就留在突触间隙持续发挥作用,导致突触后膜上的多巴胺受体减少。当药效失去后由于多巴胺受体已减少,机体正常的神经活动受到影响,服药者就必须服用来维持这些神经细胞的活动,于是形成恶性循环,毒瘾难戒。另外,能干扰交感神经的作用,导致心脏功能异常,还会抑制免疫系统的功能。吸食可产生心理依赖性,长期吸食易产生触幻觉与嗅幻觉,最典型的是有皮下虫行蚁走感,奇痒难忍,造成严重抓伤甚至断肢自残、情绪不稳定,容易引发暴力或攻击行为。长期大剂量使用后突然停药,可出现抑郁、焦虑、失望、疲惫、失眠、厌食等症状。
讨论
1.服用为什么会使人上瘾?
2.你还知道哪些?如果有人劝你吸食,你会以怎样的方式拒绝
3.你听说过导致家破人亡的事例吗?你认为会对个人、家庭和社会造成哪些危害?
美国爱车宝 2008年6月,《中华人民共和国禁毒法》正式施行。该法明确指出,禁毒是全社会的共同责任。禁毒工作实行以预防为主,综合治理,禁种、禁制、禁贩、禁吸并举的方针。参与、或引诱他人,都会受到法律的严惩。
珍爱生命,远离,向社会宣传滥用兴奋剂和吸食的危害,是我们每个人应尽的责任和义务。
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)置于成分
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。
讨论:在进行这个实验时,科学家基于的假说是什么?实验预期是什么?
练习与应用
一、概念辨析
1.兴奋在神经纤维上的传导和在突触处的传递特点是2014年7月1日
A.在两者上的传导都是双向的
B.在两者上的传导都是单向的
C.在神经纤维上的传导是单向的,在突触处的传递是双向的
D．在神经纤维上的传导是双向的,在突触处的传递是单向的
2.乙酰胆碱酯酶可以水解乙酰胆碱,有机磷农药能使乙酰胆碱酯酶失活,则该药物可以
A.使乙酰胆碱持续发挥作用
B.阻止乙酰胆碱与其受体结合
C.阻止乙酰胆碱从突触前膜释放
D.使乙酰胆碱失去与受体结合的能力
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二、拓展应用
1.乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明,当改变神经元轴突外Na浓度的
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