神经调节中膜电位问题辨析

山东 王才芬

神经调节中膜电位问题辨析

山东 王才芬

在《通过神经系统的调节》部分知识的学习中，经常会遇到膜电位的相关问题，本文结合自己的理解就本部分问题进行归类分析，以期能对大家有所帮助。

一、膜电位定义的理解

科学家发现了一种枪乌贼大神经，具有粗大的神经纤维。又发现了一种玻璃管微电极，很细到尖端直径＜1μm（只有0.5μm），管内充以KCl溶液，插入神经纤维膜内，另一个电极放在膜外作为参考电极，当将一个微电极的尖端刺穿细胞膜瞬间，便可通过示波器记录到-70 mV的电位差，表明膜内电位比膜外电位低了70 mV。再继续深插此电极，只要电极尖端还留在神经细胞内，则此电位值便不再改变。由于此电位发生在静息状态的神经细胞膜的两侧，故称静息电位（外正内负）。 受刺激后形成的外负内正为动作电位。动作电位又分为单相动作电位（一电极膜内一电极膜外）和双相动作电位（两电极均为膜内或膜外）。

【例1】（2007·广东卷）（多选）神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，正确的是 （ ）

【解析】静息电位是指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。不管是静息电位还是动作电位均为跨膜电势差。所以，B、D两项分别测量的是膜内之间、膜外之间的电位差，其差值为0，指针应不偏转。而A项左侧的内膜为负，右侧膜外为正，电表指针向左偏转；C项右侧的内膜为负，左侧膜外为正，电表指针向右偏转。

【答案】ABC

【例2】（2009·上海卷）神经电位的测量装置如图所示，其中箭头表示施加适宜刺激，阴影表示兴奋区域。用记录仪记录A、B两电极之间的电位差，结果如下侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极均置于膜外，其他实验条件不变，则测量结果是 （ ）

【解析】图中装置施加刺激时，若将记录仪两电极均置于膜外，电流到A前，A、B均为正电位，电位差为0；电流到A时，A为负电位，B为正电位，电位差为负，曲线向负轴延伸；然后恢复到A、B两处都是正电位，电位差为0；电流到B时，A为正电位，B为负电位，电位差为正，然后又恢复为原0电位差。

【答案】C

【例3】（2010·海南卷）将记录仪（R）的两个电极置于某一条结构和功能完好的神经表面，如下图，给该神经一个适宜的刺激使其产生兴奋，可在R上记录到电位的变化。能正确反映从刺激开始到兴奋完成这段过程中电位变化的曲线是 （ ）

【解析】和例2相似之处在于两题都是刺激两处的左侧，再记录两处的膜外电位，但不同的是，例2能从已给的曲线图推测所测的值是左侧电位和右侧电位的差值，解题时可据曲线是应先向下还是应先向上，初定是哪几个选项正确。本题没有给出两侧电位的变化曲线，推测不出所测的值是左侧电位和右侧电位的差值还是右侧电位和左侧电位的差值，所以不能从应先向下还是应先向上，但可以根据所得出的曲线除了开始和结束是0电位外，中间也要经历0电位直接选出D选项。

【答案】D

二、膜电位图像及分析

【分析】a点之前——静息电位：神经细胞膜对K＋的通透性大，对Na＋的通透性小，主要表现K＋外流（被动运输），使膜电位表现为外正内负（极化状态）。

ac段——动作电位的形成：神经细胞受刺激时，Na＋通道打开，Na＋大量内流（被动运输），导致膜电位迅速逆转，表现为外负内正（反极化状态）。

ce段——静息电位的恢复：Na＋通道关闭，K＋通道打开，K＋大量外流（被动运输），膜电位恢复为静息电位后，K＋通道关闭（复极化的过程）。

ef段——一次兴奋完成后，钠钾泵将流入的Na＋泵出膜外（主动运输），将流出的K＋泵入膜内（主动运输），以维持细胞外Na＋浓度高和细胞内K＋浓度高的状态，为下一次兴奋做好准备。

【例4】（2011·浙江卷）在离体实验条件下单条神经纤维的动作电位示意图如下，下列叙述正确的是 （ ）

A. ab段的Na＋内流是需要消耗能量的

B. bc段的Na＋外流是不需要消耗能量的

C. cd段的K＋外流是不需要消耗能量的

D. de段的K＋内流是需要消耗能量的

【解析】该题是典型的膜电位图像，根据前面的分析很容易就选出答案。

【答案】C

【例5】（2012·安徽卷）蛙的神经元内、外Na＋浓度分别是15 mmol/L和120 mmol/L。在膜电位由内负外正转变为内正外负过程中有Na＋流入细胞，膜电位恢复过程中有Na＋排出细胞。下列判断正确的是 （ ）

A. Na＋流入是被动运输、排出是主动运输

B. Na＋流入是主动运输、排出是被动运输

C. Na＋流入和排出都是被动运输

D. Na＋流入和排出都是主动运输

【解析】神经元上动作电位是由Na＋的内流造成的，顺浓度梯度运输，此过程没有消耗能量，为被动运输，而恢复静息电位时，Na＋排出，逆浓度梯度运输，需要消耗能量，所以为主动运输。

【答案】A

【例6】（2009·安徽卷·节选）离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。图示该部位受刺激前后，膜两侧电位差的变化。图中a线段表示 电位；b点膜两侧的电位差为_________，此时Na+______（填“内”或“外”）流。

【解析】神经细胞在静息状态下，有外正内负的静息电位（外钠内钾）。当受到刺激后，细胞膜上少量钠通道激活开放，钠离子顺着浓度差少量内流，膜内外电位差逐渐减小，发生局部电位。当膜内电位变化到达阈电位时，钠离子通道大量开放，膜电位发生去极化，激发动作电位。随着钠离子的进入，外正内负逐渐变成外负内正。从变成正电位开始，钠离子通道逐渐关闭，钠离子内流停止，同时钾离子通道激活开放，钾离子从细胞内流到细胞外，膜内少了钾离子，内外电势差减小，膜电位逐渐减小，恢复到静息电位（即外正内负）的水平。神经冲动在离体神经纤维上的传导是双向的，但是在动物体内上一个神经元传来的刺激是固定方向的，由下一个神经元的胞体接受，引起的神经冲动只能沿着神经纤维向轴突末端的神经末梢传递。

【答案】静息 0 mV 内

三、外界离子浓度对膜电位的影响

静息电位的平衡与K+关系密切与其他离子几乎无关。增大神经细胞细胞外液的K+浓度，则神经细胞内外K+浓度差变小，K+外流量减少，静息电位数值会变小。细胞外液Na+浓度降低将导致去极化时Na+内流减少，动作电位峰值降低，锋电位减小。也就是说动作电位的平衡与Na+关系密切与其他离子几乎无关。

【例7】（2009·山东卷）下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】曲线a完全符合动作电位曲线图，代表正常海水中膜电位的变化，A项正确。a、b两条曲线的起点与终点的膜电位值相同，则说明两种海水中神经纤维的静息电位相同，B项正确。低Na+海水中神经纤维静息时，Na+主要位于膜外，比膜内浓度高，C项错误。正常海水中神经纤维受刺激时，膜Na+通道打开，Na+顺浓度梯度大量内流，才导致膜内浓度高于膜外，故D项正确。

【答案】C

【例8】（2003·上海卷·节选）将离体神经置于不同钠离子浓度的生理盐水中，给予一定刺激后，下图中能正确反映膜电位变化与钠离子浓度关系的是 （ ）

【解析】生理盐水中的离体神经，给予一定刺激后，可以出现膜电位变化，出现动作电位。钠离子浓度越高，内流量就越大，形成的动作电位电位峰值就越大，则膜电位变化就越大。可见，神经细胞膜外的膜电位变化和钠离子浓度成正相关。

【答案】D

【例9】（2012·上海卷）Ca2+能消除突触前膜内的负电荷，利于突触小泡和前膜融合，释放神经递质。若瞬间增大突触前膜对组织液中Ca2+的通透性，将引起的效应是 （ ）

A. 加速神经冲动的传递

B. 使突触后神经元持续性兴奋

C. 减缓神经冲动的传递

D. 使突触后神经元持续性抑制

【解析】若瞬间增大突触前膜对组织液中Ca2+的通透性，使Ca2+进入突触前膜内，消除突触前膜内的负电荷，利于突触小泡和前膜融合，释放神经递质的速度加快，将引起神经冲动的传递加快。

【答案】A

（作者单位：山东省青岛市城阳第二高级中学）