深圳凯威德:谈静息电位和动作电位的测定

江苏省沭阳高级中学南校区（223600）  陈卫东

1．静息电位和动作电位：

静息电位：在神经未受到刺激时，神经纤维处于静息状态，这时，由于细胞膜内外特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位表现为内负外正，称为静息电位。

动作电位：当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，由内负外正变为外负内正，这就是动作电位。

2．基本原理：

神经细胞内K⁺明显高于膜外，而膜外Na⁺明显高于膜内。静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K⁺外流，使膜外阳离子多于膜内，所以外正内负。受到刺激时，细胞膜对Na⁺的通透性增加，钠离子内流，使膜内阳离子浓度高于外侧，所以表现为内正外负。之后，在膜上由于存在钠钾泵，在其作用下，将外流的钾离子运输进膜内，将内流的钠离子运出膜外，从而成膜电位又慢慢恢复到静息状态。

3．神经电位差测定的常见类型：

（1）静息电位测定方式：静息电位常见的测定方式是将电流表的两个电极一个放在神经纤维的外侧，另一个放在神经纤维的内侧（如右上图），由于内外两侧存在电势差，因此电流表指针会发生偏转。

（2）动作电位测定方式：

①在一个神经纤维上的测定：是指将电流表的两个电极放在同一个神经纤维的外侧（A处和B处），来测定两个电极处是否有电位差。其放置方式如右下图。

对于一个神经纤维上电位的测定，如电流表指针发生了偏转，则说明A B两点存在电势差。一般的做法是在该神经纤维上C点给一个足够强度的刺激，从而观察电流表发生几次偏转，方向是否一致？

当刺激点C到达A、B两点距离相等时，神经冲动同时到达A、B两点，两点虽然均产生了动作电位，但是仍然不存在电势差，因此电流表不会发生偏转。

只要刺激点C与A、B点在同一神经元上，且CA与CB不相等，电流表就会发生两次方向相反的偏转。

②在两个神经纤维上的测定：是指将电流表的两个电极放在两个相邻神经元的外侧，来测定两个电极处是否有电位差。其放置方式如右图。在A点给一个足够强度的刺激，观察电流表发生几次偏转，方向是否一致？

若这个刺激发生在上游神经元上，则电流表会发生两次方向相反的偏转；若这个刺激发生在下游神经元上，则电流表只能发生一次偏转。

4．常见题型：

例1：右图表示枪乌贼离体神经纤维在Na⁺浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。下列描述错误的是（   ）

A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化

B．两种海水中神经纤维的静息电位相同

C．低Na⁺海水中神经纤维静息时，膜内Na⁺浓度高于膜外

D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na⁺浓度高于膜内

解析：从图中可看出，起始阶段两曲线重合，故其静息电位相同，B正确。正常海水中含有大量Na⁺，神经纤维受刺激后，大量的Na⁺内流，使膜内成为正电位，膜外成为负电位。若海水中Na⁺浓度较低，Na⁺内流少，产生的动作电位就较低，所以A是正确的。神经纤维静息电位时，外界Na⁺浓度高于内部，内部K⁺浓度高于外部，因此C是错误的。当神经纤维受到刺激时，尽管Na⁺浓度内流，导致内部Na⁺浓度升高，但内部电位高是Na⁺和K⁺共同作用的结果，膜外仍存在大量Na⁺，膜外的Na⁺浓度仍高于膜内Na⁺浓度，D也是正确的。答案为C。

例2：根据下图分析神经细胞，叙述错误的是（     ）

A．此图可表示突触小泡膜

B．静息电位的形成可能与膜上的②、⑤等载体有关

C．若此图为突触后膜，则突触间隙位于图示膜的A面

D．若将神经细胞膜的磷脂层平展在空气—水界面上，③与水面接触

    解析：本题考查了与兴奋在神经纤维上的神经传导以及兴奋在神经元之间的传递有关的一些知识。突触小泡为细胞器，来源于高尔基体，其膜上一般不含多糖，此图不可能是突触小泡膜。电位的产生与离子运输有关，离子的运输与载体蛋白有关。而突触后膜的识别则与糖蛋白有关，有糖蛋白一侧则位于细胞外侧面。磷脂分子③部分为亲水端，能与水接触。答案为A。

例3：在蛙的坐骨神经表面放置两个电极，连接到一个电表上（电表指针偏转方向代表电流方向）。静息时，电表没有测出电位差(如下图中①所示)。若在图①所示神经右侧的相应位置给予一适当的刺激，则电流表指针偏转的顺序依次为B→                    。

    解析：在图①所示神经右侧的相应位置给予一适当的刺激，则刺激处电位发生变化，由外正内负变为外负内正，向周围传导到b点，首先出现A图所示现象，当兴奋传导过了b点，又未到达a点，则现象为B图所示，兴奋继续向a传导，到达a点后，a点的电位发生改变，现象为C图所示，兴奋经过a点后，又恢复B图所示。答案为：A→B→C→B。

例4：如图是一个反射弧的部分结构图，甲、乙表示连接在神经纤维上的电流表。当在A点以一定的电流刺激，甲、乙电流表的指针发生的变化正确的是（    ）

A．甲、乙都发生两次方向相反的偏转

B．甲发生两次方向相反的偏转，乙不偏转

C．甲不偏转，乙发生两次方向相反的偏转

D．甲发生一次偏转，乙不偏转

解析：A点给予一个刺激，产生兴奋，向细胞体传导，电流表指针发生一次偏转，但当兴奋传导到细胞体后，无法传递到另外一个神经元，无法引起其兴奋，因此只有甲能发生一次偏转，乙不会发生偏转，答案为D。

例5：下图甲表示人体脊髓反射弧模式图，乙表示人体神经元结构模式图。据图回答：

（1）甲图中，刺激结构④时，会产生具体效应的结构是［  ］          ,该结构在组成上包括                                        。

（2）乙图中的C是下一个神经元的         ；兴奋不能从C传到A的原因是        。

（3）乙图中，若刺激A点，电流计B将偏转   次；若抑制该细胞的呼吸作用，发现神经纤维在一次兴奋后，其细胞膜不能再恢复到静息状态，所以带电离子通过细胞膜的方式是      。

（4）甲图中，提供电刺激设备、电位测量仪等必要的实验用具，验证兴奋在神经元之间进行单向传导的步骤是：                                     。

（5）若按（4）步骤进行，改为探究神经元之间的方向，其结论为                    

                                         。

解析：甲图是一典型的人体脊髓反射弧的结构模式图，从图中可看出，①为感受器，②为传入神经，③为神经中枢，④为传出神经，⑤为效应器（传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体等）。乙图中C为突触部分的突触后膜——下一个神经元的树突膜或胞体膜，由于神经递质只能由突触前膜释放并作用于突触后膜，所以神经冲动只能由前一个神经元传递到后一个神经元，而不能逆向传递。在乙图中若刺激A点，由于兴奋在神经纤维上的传导导致两个电流表指针不同时发生电位变化，所以指针要偏转两次。若抑制该细胞的呼吸作用（细胞中ATP量不足），则神经纤维在一次兴奋后，其细胞膜不能再恢复到内负外正的状态，说明离开了ATP，带电离子就不能通过细胞膜，所以，带电离子通过细胞膜的方式是主动运输。要验证兴奋在神经元之间进行单向传递，也就是说只能由前一个神经元传递给后一个神经元，而不能由后一个神经元传递给前一个神经元，应先用电刺激②（或②上一点），测量④上有无电位变化；再电刺激④（或④上一点），测量②上有无电位变化。

答案：（1）⑤；效应器；传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体等（2）树突膜或胞体膜；递质只能从突触前膜释放，作用于突触后膜（3）2；主动运输（4）先电刺激②（或②上一点），测量④上有无电位变化；再电刺激④（或④上一点），测量②上有无电位变化（5）若两次都测到电位变化，则为双向传导；若④上有电位变化而②上没有，则为单向传导且只能从②→④；若②上有电位变化而④上没有，则为单向传导且只能从④→②。