基于对立统一观的神经调节多角度分析

河南 赵珂萌 李进京

基于对立统一观的神经调节多角度分析

河南 赵珂萌 李进京

在神经调节过程中，存在着很多既对立又统一的内容。理解这些对立统一知识是理解神经调节的基础。本文从多个方面分析神经调节中的对立统一关系。

一 、神经调节中的传入与传出

神经调节中的传入与传出主要是指传入神经和传出神经。在很多试题中，判断传入神经和传出神经是解题的关键。

判断传入神经和传出神经可以从几方面进行：（1）从结构图上看，有神经节的是传入神经，无神经节的是传出神经。（2）从脊髓灰质结构来判断，从脊髓灰质后角进入脊髓的是传入神经，从脊髓灰质前角出脊髓的是传出神经。（3）从突触模式图进行判断表示兴奋从左到右传递。

当给反射弧做切断处理实验时，若在传入神经纤维上进行切断，刺激传入神经纤维外周段时，效应器无反应，刺激中段，效应器会发生反应。若在传出神经纤维上进行切断，刺激传出神经纤维外周段时，效应器会发生反应，刺激向中段，效应器不会发生反应。

【例1】图1为人体某一反射弧的示意图（图中a、b为微型电流计F的两极）。回答下列问题：

图1

（1）如图所示反射弧中的神经细胞，表示传出神经的是________，在静息状态下，细胞膜外的电位为________。

（2）若在b点给以刺激，_______（填“能”或“不能”）完成一次反射活动。若从c处切断神经纤维，刺激a处，效应器________（填“能”或“不能”）产生反应。

（3）刺激皮肤细胞A一次，电流计的指针将_______偏转。

【解析】本题中神经节的有无是判断传入神经与传出神经的关键点。（1）图示在神经细胞B中存在神经节，说明它为传入神经元。那么神经细胞D应为传出神经元，神经细胞C为中间神经元。在静息状态下，神经纤维电位为外正内负。（2）在b点给以刺激虽然能引起效应器产生反应，但未经过整个反射弧，不属于反射活动。若在c处切断神经纤维，刺激a处，兴奋传递到c处时不能传递给效应器，因此效应器无反应。（3）刺激皮肤细胞A时，兴奋先传到电流计的a极，引起此处发生外负内正的电位变化 ，而b处仍为外正内负，指针发生偏转，兴奋到达a、b之间时，a处又恢复外正内负的电位，指针又指向中央。当兴奋再传递到b处时，又会引起此处发生外负内正的电位变化 ，a点为外正内负，指针又发生一次方向相反的偏转，然后指针又指向中央。

【答案】（1）神经细胞D 正电位 （2）不能 不能（3）发生两次方向相反的

二、神经调节中的膜内和膜外

关于神经调节中膜内和膜外关系可以从几个方面考虑：（1）注意膜内外离子分布。神经细胞膜外主要是NaCl等物质，细胞膜内主要是K+和一些分子量较大的负离子。（2）注意静息电位和动作电位。膜内外电位分别是外正内负和外负内正。（3）测量电位变化时电流表的电极放置位置需要考虑膜内外。如果电流表的两极都放在膜外，静息状态时两极电位差为0，指针指向正中；如果电流表的两极分别放置在膜内外，则在静息状态时两极存在电位差，指针会偏向一侧。

图2

图2所示为电流表的两极分别放置在膜内外时，膜内电位的变化曲线。可检测出a点之前的负电位。受到刺激后膜内电位升高直到出现外负内正(如图中的c点)。

此外，还要注意受到刺激前后离子与膜内外的关系。如图所示ac段由钠离子内流形成，ce段由钾离子外流形成。

【例2】某神经纤维静息电位的测量装置及结果如图3所示，图4是将同一测量装置的微电极均置于膜外进行的实验，图5是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。回答下列问题：

图3

图4

图5

（1）图3中乙处的Na＋浓度与甲处相比较_______，未受刺激时图4测量装置所测电压为_______mV。

（2）图4中若在③处给予适宜刺激，②处用药物阻断电流通过，则电流计的指针会发生________。

（3）在图5中测膜电位时采用的是________（填“图3”或“图4”）中所示电极放置，图中曲线表示的是膜_______（填“内”或“外”）电位变化。

（4）图5中曲线_______代表高Na＋浓度海水中膜电位的变化，图中所示低Na＋浓度海水中神经纤维静息时，膜内K＋浓度与膜外相比较________，受到刺激后，在低Na＋浓度海水中________（填“能”或“不能”）发生Na＋内流 。

【解析】解答本题时要注意分析膜内膜外的有关变化。（1）图3中的电极置于膜的内外两侧，根据Na＋在神经纤维膜内外的分布可知，乙处的Na＋浓度远大于甲处的，图4中的电极都置于膜外，因膜外的电位相同，则静息时所测电压为0 mV。（2）图4中若在③处给予适宜刺激，②处用药物阻断电流通过，右侧电极处能产生兴奋而左侧电极处不能，所以会发生一次偏转后又指向中间。（3）图5在受刺激前，膜电位为负值，受刺激后电位升高后又降低 ，因此表示膜内的电位变化，是通过图3所示装置测量。（4）图5中a曲线产生的动作电位较大，因此代表高Na＋浓度海水中膜电位的变化，刺激之前的电位即静息电位，由图5可知，两种海水中离体神经纤维的静息电位相同。不管是在什么海水中，只要表现为静息电位，则都是膜外Na＋浓度高于膜内，膜内K＋浓度高于膜外。在低Na＋浓度海水中，受刺激后膜内电位有所增加，因此仍有Na＋内流现象。

【答案】（1）高 0 （2）一次偏转后又指向中间（3）图3 内 （4）a 高 能

三、神经调节中的前和后

神经调节中的前和后从两个方面理解：

（1）脊髓灰质的前、后角和脊神经的前、后根。脊髓灰质的前角较大，靠近身体的腹部，后角较小，位于身体的背部。其中在灰质后角中含有中间神经元，是脊神经后根（感觉神经纤维）进入脊髓灰质之处，前角中含有运动神经元细胞体，是脊神经前根（运动神经纤维）离开脊髓灰质之处。

（2）突触结构中的突触前膜和突触后膜。当电信号传递到突触小体时，突触小泡就会通过突触前膜以胞吐的形式释放神经递质到突触间隙中，神经递质在突触间隙中通过扩散作用到突触后膜，并与突触后膜上的特异性受体结合，引起下一个神经元膜电位变化 。

【例3】如图6是反射弧的结构模式图(a、b、c、d、e表示反射弧的组成部分，Ⅰ、Ⅱ表示突触的组成部分，1、2是指反射弧中的两位点)，图7表示突触结构。回答下列问题：

图6

图7

（1）脊髓灰质呈蝴蝶状，其中靠腹、背部分别称为前角和后角。那么前角比后角______________（填“大”或“小”）。图6中与d神经相连接的是脊髓灰质的_______角。

（2）若在图6的2处施加一个有效刺激，则在1处_____（填“有”或“无”）膜电位变化，其原因是兴奋在神经元之间传递时递质只能由图6中________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）释放，并且只能与图中________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）上的特异性受体结合。

（3）从图7知，若瞬间增大轴突末端细胞膜对Ca2＋的通透性会加速________的释放，过程③表示神经递质_____可避免突触后膜持续兴奋。

（4）神经递质与特异性受体作用后去向，除图7所示过程外，还会被________。

【解析】本题考查的有关脊髓灰质模式图在教材中有，但无文字描述。图7还考查到了突触前膜与突触后膜的有关变化。（1）在人教版教材必修三17页图示中，脊髓灰质前角膨大，比后角大。图6中的d上有神经节，表示传入神经。传入神经从脊髓灰质的后角进入。（2）图6的b表示传出神经，Ⅰ、Ⅱ分别表示突触前膜和突触后膜。神经递质只能由突触前膜释放，并只能与突触后膜上的特异性受体结合，因此兴奋在突触处是单向传递的。因此在2处施加一个有效刺激，在1处不能产生兴奋，即不会发生膜电位变化。（3）从图7可知，Ca2＋可促进神经递质释放，故瞬间增大细胞膜对Ca2＋的通透性，会加速神经递质的释放；在过程③中，神经递质重吸收进入突触前膜所在的神经元，以避免突触后膜持续兴奋。（4）神经递质除了图示的重新回到突触前膜所在的神经元外，其他的会被相应的酶分解。

【答案】（1）大 后 （2）无 Ⅰ Ⅱ （3）神经递质重吸收进入突触前膜所在的神经元 （4）相应的酶分解

四、神经调节中单向、双向和相同方向、相反方向

（1）兴奋在神经纤维上传导时，兴奋的传导方向与膜内电流方向一致，与膜外电流方向相反。

（2）将电流表两极放在神经纤维膜外，如果在两个电极之外给予刺激，指针会发生两次方向相反的偏转。当在两极正中央处给予刺激，指针不发生偏转。

（3）当将电流表放在突触结构的两侧时，如果在上一个神经元的电极之外给以刺激，指针也会发生两次方向相反的偏转。如果在下一个神经元的电极之外给以刺激，兴奋在突触处是单向传递，因此电流表只能发生一次偏转。

（4）如果在神经纤维上给以刺激，兴奋能进行双向传导，但兴奋在突触处只能单向传递。此外，对于机体而言，兴奋沿反射弧也是单向传递。

【例4】图8表示三个通过突触相连接的神经元，电表的电极连接在神经纤维膜的外表面，a点为电流表①两极的正中点，以下分析正确的是 ( )

图8

A. a点受刺激，电表①和②指针都不会偏转

B. b点受刺激时兴奋不能向右传导

C. b点受刺激时电表①和②都会发生两次方向不同的偏转

D. 该实验不能证明兴奋在神经纤维上的传导是双向的

【解析】解答本题时应注意兴奋在突触处只能单向传递，在神经纤维上是双向传导的。a点位于电流表①两极的正中点，a点受刺激时，兴奋同时到达电流表的两极，电流表①指针不可能偏转，兴奋在突触处传递是单向的，不能传递到电流表②，电流表②指针也不会偏转，A正确；b点受刺激时，兴奋在神经纤维上双向传导，B错误；b点受刺激时电流表①会发生两次方向不同的偏转，而由于兴奋在突触处是单向传递，电流表②只能发生一次偏转，C错误；该实验能证明兴奋在神经纤维上的传导是双向的，D错误。

【答案】A

五、神经调节中的兴奋与抑制

根据神经递质对突触后膜的作用，神经递质可分为兴奋性递质和抑制性递质。兴奋性递质可将上一个神经元的兴奋传递到下一个神经元，使突触后膜发生外负内正的电位变化，从而将兴奋传递到下一个神经元。

抑制性递质与突触后膜特异性受体结合，使离子通道打开，提高膜对K＋、Cl_,特别是Cl_的通透性，使突触后膜的外正内负状态更进一步加强，这样突触后神经元不易发生兴奋而呈现抑制状态。

有些神经递质对不同的突触后膜中的受体的作用结果可能不同，可能是兴奋性，也可能是抑制性。

另外，如果某种因素阻止突触前膜释放兴奋性递质，或者兴奋性递质不能正常被突触后膜上的特异性受体识别，则突触后膜不能发生兴奋。

【例5】γ－氨基丁酸（GABA）和某种局部麻醉药在神经兴奋传递过程中的作用机理如图所示。此种局麻药只有与辣椒素同时注射才会发生如图10所示效果。回答下列问题：

图9 神经突触

图10 某种局麻药的作用机理

（1）从图可知，γ－氨基丁酸属于________（填“兴奋”或“抑制”） 性递质，当它与突触后膜的受体结合，引起Cl________，突触后膜的电位表现为_______。

（2）该局部麻醉药只有与辣椒素同时注射才会发生作用，其原因是单独使用时________。麻药与辣椒素作用的最终结果________（填“促进”或“抑制”）突触后膜产生兴奋，它与γ－氨基丁酸的作用原理________（填“相同”或“不同”）。

（3）喹诺酮类药物能抑制脑内GABA与受体结合，服用该药后中枢神经系统兴奋性_______。

【解析】在判断突触处神经递质对下一个神经元的作用是兴奋性还是抑制性的作用时，一定要认真分析题中的相关信息。根据题中的图表或文字信息并结合已知知识进行判断。（1）从图9可知，γ－氨基丁酸与突触后膜结合后，引起Cl_内流，结果是突触后膜外正内负进一步加强，因此对突触后膜起抑制作用。（2）从图10可知，该局部麻醉药单独作用时不能通过细胞膜，当与辣椒素同时作用时才能通过细胞膜，抑制Na＋通道打开。Na＋不能内流则不能产生动作电位，结果突触后膜不能产生兴奋。与γ－氨基丁酸作用原理不同，但结果都是起抑制作用。（3）喹诺酮类药物能抑制脑内GABA与受体结合，不能使抑制性递质发挥作用，因此神经系统兴奋性会有所提高。

【答案】（1）抑制 内流 外正内负 （2）不能通过细胞膜 抑制 不同 （3）提高

六、神经调节中的消耗能量与不消耗能量

在静息状态下，静息电位形成中的钾离子外流为顺浓度梯度进行，不消耗能量。神经纤维受到刺激产生动作电位过程中，钠离子内流产生动作电位过程是从高浓度到低浓度，不消耗能量（如图2中的ac段），随后钾离子外流恢复静息电位过程（如图2中ce段）也是顺浓度梯度，不消耗能量。但图2中e点之后需要通过钠—钾泵将钠离子泵出膜外，钾离子泵回膜内，此时需要消耗能量。

在两个神经元之间传递兴奋时，神经递质的释放过程消耗能量。即在神经传导和传递过程中需要消耗能量。

【例6】图11表示兴奋的传导和传递过程以及膜电位变化。下列叙述正确的是 （ ）

图11

A．轴突膜处于bc段时，钠离子大量内流，消耗ATP

B．轴突膜处于ce段时，钾离子大量外流，不消耗ATP

C．神经递质在甲乙之间的移动消耗ATP

D．适当降低膜外侧Na＋浓度，c点上移

【解析】本题考查兴奋的传导与传递过程对能量消耗与否等知识。物质从低浓度处到高浓度处运输会消耗能量，当离子顺浓度梯度运输时不消耗能量。图中bc段处于动作电位的形成过程，此时钠离子大量内流，方式为协助扩散，不消耗ATP，A错误；图中ce段表示静息电位的恢复过程，此过程中钾离子大量外流，方式为协助扩散，不消耗ATP，B正确；神经递质经扩散通过突触间隙，不消耗ATP，C错误；适当降低膜外侧Na＋浓度，受刺激时Na＋内流减少，引发的动作电位较小，c点下移，D错误。

【答案】B

除此外，神经调节过程还存在着一些对立统一关系，如交感神经和副交感神经之间的作用往往相反，又共同调节着一些生理过程；神经调节中的正反馈调节和负反馈调节过程等。在学习或复习神经调节相关知识时，结合对立统一的观点能更好地理解神经调节的有关过程。

河南省汝阳县第一高级中学）