通过生活中的现象,引入反射与反射弧的概念及组成。
提问:观察兴奋在反射弧中的传导,你能提出哪些值得探究的问题?
引出课题,板书“兴奋的传导”
请学生猜想:“兴奋是如何沿神经纤维传导的?”
简介神经元的结构,明确神经纤维的概念。
用电线与多米诺骨牌与神经传导类比,突出神经传导的特点。
介绍枪乌贼巨大轴突的发现及微电极技术的发明,使研究神经纤维的电变化成为可能。
人们研究发现兴奋在神经纤维上传导是一种生物电现象:
实验一:
将电位计的一对电极中有一个放在细胞的外表面,另一个连了微电极,准备刺入膜内。当两个电极都位于膜外时,细胞表面各部位电位相等,但连微电极的一端刺入细胞内,瞬间记录仪器上出现了一个电位跃变(如右图)。
提问:此实验说明什么?
膜内与膜外相比哪一个电位更高呢?
(先请学生想想办法怎样做?物理教师介绍学生能想出来)
学生设计对照实验
让我们来做个对照实验了解这个电位计,将它的连接AB两点的电极分别的在电池的“-”和“+”极上,指针向左摆动(如图)
引导学生得出结论:外正内负
举例:1939年霍奇金(Hodgkin)测得枪乌贼巨轴突静息状态下膜电位为-70毫伏,(膜内为负)。(见右图)
在所有被研究过的动植物细胞中,静息电位都表现为膜内较膜外为负,如规定膜外电位为0,则膜内电位大都在-10——-100mV之间。如:人的红细胞为-10mV,蛙骨骼肌细胞的静息电位为-50—-70 mV,哺乳动物的肌肉作神经细胞为-70—-90 mV
这种电位差存在于安静细胞表面膜两侧,故称为跨膜静息电位。
这种细胞膜两侧外正内负的状态又叫极化
提问:细胞膜为什么会出现外负内正的电势差呢?
展示:
材料1:神经和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度(《人体及动物生理学》王玢 P15表2-1)见附录1
材料2:演示图片“静息状态下细胞膜两侧离子分布情况模式图”
(补充:简介膜上有Na离子通道和K离子通道,静息时,Na离子通道关闭,K离子通道开放,在静息状态下,膜 的通透性主要表现为K离子外流,K离子顺浓度梯度流出去,当膜外正电位抵抗K离子外流的力量与K离子依化学浓度梯度外流的力量达平衡时,K离子净流量为零,此时的膜两侧电位差也稳定在某一水平,即静息膜电位)
设问:细胞在兴奋时,兴奋神经纤维传导时,细胞膜的电位是如何发生变化的呢?
观察分析下面的实验:
把和电位计相连接的的两个测量电极和坐骨神经的两点相接触(两点之间有适当的距离),在神经未受刺激时,出现什么现象?说明为什么?
当左端给于一次适当的电刺激,则在刺激后的短时间内,电位计指针出现了两次方向相反的摆动(见图,黑色部分代表兴奋部分)
各图说明什么问题?
为什么电位计指针出现了两次方向相反的摆动?
在兴奋沿神经传导时,a、b两点的电位是如何发生变化?
教师精心设计提问引导得出实验结论:
刺激使得神经的受刺激部位产生了一个向右侧传播的负电位,即从神经接受刺激的点开始,电位依次变负。
刚才的实验是在神经干上测得的,随着电生理测量技术的发展,人们又利用示波器、微型测量电极等设备直接测量一根神经纤维兴奋时的电位变化
神经干包含很多神经纤维,神经干表面的电位变化能否反映兴奋状态下神经纤维的电位变化?
展示:霍奇金、赫胥黎的研究工作。
他们发现:
①神经兴奋经过的地方,细胞膜表面由原来的静息时的正电荷变成了负电荷,而膜内由负电荷变成正电荷,形成电位的倒转(即产生了动作电位,又叫膜的去极化)。
②曾经变负的部位又可恢复静息状态下的正电位(即复极化)。
教师边板图边讲解局部电流学说,说明兴奋延神经纤维传导的过程,分析产生局部电流回路,刺激相邻的未兴奋部位,使产生相同的电位变化,依次传导。
(板图内容为教材P93图4-11)
提问:神经纤维的兴奋部位,为什么会发生膜电位的倒转呢?
答①:电刺激会使膜上Na离子通道打开,Na离子依浓度梯度大量内流,造成内正外负,细胞膜电位发生倒转,即膜的去极化。
答②当Na离子内流之后,形成内正外负,足以抵抗更多的Na离子进入时,达到了Na离子的平衡电位,此时K离子通道打开,K离子外流,造成细胞膜复极化。此后Na-K泵工作,向膜内泵入两个K排出三个Na离子,重建静息膜电位。
答③:局部电流回路客观上造成未兴奋段膜内电位升高,而膜外电位降低,即引起膜的去极化,这的电位的变化,激活了电压依从式Na离子通道,Na离子大量内流,电位发生倒转,即触发了动作电位,这样兴奋就向一侧传导。
答④:因为刚刚复极化的的细胞膜Na离子通道失活,这一电位变化(即局部电流)不能使其再次打开,保证了兴奋传导的方向性
简介霍奇金、赫胥黎的生评。
刚才我们仅讨论了兴奋在神经纤维上的传导过程,反射弧中神经细胞之间,神经细胞与效应器细胞之间,兴奋是如何传递的呢?
研究表明:兴奋在神经细胞间通过突触来传递。
突触含义的拓展:神经细胞与神经细胞间,神经细胞与肌肉细胞间,神经细胞与腺体细胞间,接触的部位都叫突触。
讲解突触的概念。
教师板图突触的结构
提问突触各部分的结构名称(用电脑画面展示突触结构,依次出现突触各部分名称)
电脑动画:演示兴奋传导到突触小体,突触小泡与突触前膜融合,释放——递质,递质作用于突触后膜受体,使后一个细胞(去极化)产生兴奋
小结:兴奋→突触小体→突触小泡释放递质→作用于突触后膜→下一个细胞兴奋或抑制
(备择讲解:兴奋→突触小体→突触前膜电位倒转,→电压依从式Ca通道打开→Ca离子内流→引导突触小泡与细胞膜融合,递质释放→递质与突触后膜受体结合→诱导突触后膜离子通道打开Na离子通道打开→下一个细胞去极化,产生动作电位。这样兴奋就传导到下一个神经细胞)
例如:神经肌肉接头(突触),递质是乙酰胆碱,乙酰胆碱作用后会被乙酰胆碱酯酶,瞬间水解成乙酸和胆碱(动画演示),想想有什么生理意义?
生活实例:
1、有机磷农药中毒及一些神经毒剂:可抑制乙酰胆碱酯酶的活性,使开始时肌肉强直,后转为传递阻滞
2、临床上局部麻醉时配合使用的肌肉松驰剂——箭毒。
动画演示:箭毒和乙酰胆碱竞争突触后膜的受体,而不引起突触后膜电位变化,从而阻断了神经传导,肌肉不发生收缩。
提问:
1、如果做一个实验:一条神经纤维的中间给以适当的电刺激,兴奋会沿什么方向传导?
2、是什么保证了兴奋在反射弧中单向传递?
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观察电脑动画(示反射弧的结构及兴奋在反射弧中的传递过程)。
学生可能的回答有:兴奋是怎样沿着神经纤维传导的?传导速度有多快?等。
学生可能的回答有:某种电变化等。
学生观察
学生思考
答:兴奋沿神经传导给肌肉,引起肌肉收缩
观察图片,听实验过程
学生可能回答:利用物理学上对电压表的认识,分析得出:①静息状态下,神经细胞表面不存在电位差,②细胞膜内外两侧存在着电位差。
答:用电池试一下。
答:对照说明:指针向负极一侧偏转,即指针向哪一侧偏转,哪一侧电势低
答:膜内电势低,膜外电势高,即膜内是负电位,膜外为正电位。
+++++++++++++++膜外
-------------------------膜内
(通过实验、图片、板图增加学生的感性认识,使学生容易记忆)
学生可能回答:细胞膜两侧可能存在着不同的带电离子。
回忆细胞膜的选择透过性。
通过分析材料和观察图片,理解“静息时,膜两侧的电位差是由于膜对不同离子的通性不同造成的。细胞外Na+高,细胞内K+高,但细胞膜内的有机负离子多为大分子,一般不能透出膜外,总的效应为膜外侧聚集较多正离子,膜内侧为较多的负离子,造成膜两侧的电位差,膜外为正,膜 内为负。
答:指针固定在零位不动。说明安静的神经于表面没有电位差。
观察并逐图分析:
图1说明:当刺激没到A点之前,ab两点之间无电位差。
图2说明:当刺激到达a点时,指针向左偏,说明此时ab两点之间存在着电位差,a点更负,也就是兴奋部位的电位降低了。
图3:电位回零,说明a点兴奋后,又恢复了原来静息状态下的膜电位
图4:兴奋到b点后,又向右偏转,说明b点电位比a点电位低了,又出现了一个电位差。
学生可能回答:钠离子内流
学生提出来的问题:
①为会么兴奋部位能发生电位的倒转(即去极化)?
②为什么兴奋电位还能恢复到原来的静息膜电位?(即复极化)
③为会么局部电流回路会刺激未兴奋部分。
④对书上P93图4-11C有疑问:在兴奋过的部位和兴奋部位也可以形成局部电流回路,为什么兴奋不向回传导?(好问题)
学生体会科学研究的艰辛。
学生填写突触结构。
学生观看动画后,描述观察到的兴奋通过突触传递到下一个细胞的过程
答:乙酰胆碱积累会引起突触后膜持续去极化,初期会使肌肉挛缩,长时间处于去极化状态,,反而导致传导阻滞
答:向两个方向传导,如图 ↓
+++++++-----+++++++外
-----------++++------------内
← →
答:①突触的传递特点:即从突触前膜→作用于突触后膜,决定了兴奋跨膜传递的方向
②接受刺激部位往往是感觉神经末梢,所以兴奋总是从神经一端传导到另一端。
③膜上刚刚发生过的动作电位的部位不能立即接差发生动作电位(Na离子通道失活)
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