淺談如何快速分析神經調節過程中電位變化曲線圖

徐成帥 盛雅琴

摘 要：文章以浙江的一道高考題為例，詳細講解了神經調節過程中電位變化曲線圖的形成原因，并將此圖分解為4個區段：靜息狀態、形成動作電位、回復靜息電位、鈉鉀泵作用時期，并最終總結出“上升支Na+內流;下降支K+外流，方式都是協助擴散”的規律。

關鍵詞：神經調節;電位變化;靜息電位;動作電位

神經調節一直是高考的重點，而相關電位變化曲線圖的分析更是重中之重，但很多學生并不能很好地理解神經調節過程中電位變化的原因，導致做題過程中出現偏差。文章從神經調節過程中靜息電位和動作電位的形成機理入手，適當補充最新版大學教材中相關內容，對神經調節過程中所形成的電位變化曲線圖的每一段進行講解，最后總結規律，將復雜的過程轉化成淺顯易懂的口訣，力爭使學生在做相關題目時能達到事半功倍的效果。首先來看一下2011年浙江的一道高考題。

一、 真題演練

（2011·浙江卷）在離體實驗條件下單條神經纖維的動作電位示意圖如下。下列敘述正確的是（? ）

A. a-b段的Na+內流是需要消耗能量的

B. b-c段的Na+外流是不需要消耗能量的

C. c-d段的K+外流是不需要消耗能量的

D. d-e段的K+內流是需要消耗能量的

詳解：對于這道題，很多同學沒有解題思路，要解決這道題，必須要明確電位變化曲線每一段所代表的含義。通過之前的學習，我們已經知道對于神經細胞，K+濃度膜內多于膜外，Na+濃度膜外多于膜內。正是由于鈉鉀離子的這種不均勻分布，才會產生靜息電位和動作電位。而鈉鉀離子的這種不均勻分布，又與鈉鉀泵的作用密不可分。鈉鉀泵是普遍存在于動物細胞膜上一種特殊的蛋白質，他的作用就是消耗ATP，將Na+送出細胞外，將K+送入細胞內，簡單來說就是排鈉保鉀。除此之外，細胞膜上還有電壓門控Na+通道、電壓門控K+通道、非門控K+通道。如下圖所示。

二、 詳解電位變化曲線

考題中出現的電位變化曲線一般如下圖所示，橫坐標代表時間，單位是ms，縱坐標是膜電位，單位是mV，但一定注意，縱坐標上的數值并不代表膜內電位數值，而是膜內電位與膜外電位的差值。比如縱坐標上的-70，代表膜內比膜外低了70mV的電位，+30代表膜內比膜外高了30mV的電位。0則代表膜內外電位相等，差值為0。我將此圖分為四段，分別用①②③④表示，接下來我將詳細講解各區段代表的含義。

（一）①區段——靜息狀態

當神經細胞沒有接受外界刺激，處于靜息狀態時，細胞膜上的電壓門控Na+通道、電壓門控K+通道都處于關閉狀態，而細胞膜上的非門控K+通道處于開放狀態，由于此時K+濃度膜內多于膜外，K+會順濃度梯度外流，由于K+帶正電荷，所以隨著K+的外流，膜外電位逐漸升高，膜內電位逐漸降低，同時膜內外K+濃度差會越來越小，但膜外產生的正電位排斥力則越來越大，當阻止K+外流的正電位排斥力與促使K+外流的化學濃度力達到平衡時，膜電位便處于一個相對穩定的狀態，由于帶正電荷的K+大量外流，使膜內變為負電位，膜外變為正電位，也就是我們通常所說的靜息狀態，外正內負。此時膜內比膜外低了70mV的電位，也就是圖中的①區段。

（二）②區段——形成動作電位

當神經細胞接受一定強度刺激時，電壓門控Na+通道打開，由于Na+膜外多于膜內，并且此時膜外正電荷較多，同性相斥，異性相吸，在電場力和化學濃度力的雙重作用下，Na+會在極短的時間內順濃度梯度大量內流，導致膜內電位升高，膜外電位降低，膜內外電位差減小，直至變為0，此時曲線到達b點。雖然b點膜內外電位相等，但此時Na+濃度膜外仍大于膜內，Na+繼續順濃度梯度內流，導致膜內外電位發生翻轉，膜內變為正電位，膜外變為負電位，此時膜內電位大于膜外電位，曲線繼續上升，繼而動作電位達到一個峰值，也就是圖中的C點。也就是我們通常所說的，動作電位，外負內正。

（三）③區段——恢復靜息電位

一旦動作電位達到最大值，電壓門控Na+通道迅速關閉，Na+停止內流。與此同時，電壓門控K+通道打開。由于此時K+濃度仍然是膜內多于膜外，并且由于Na+的內流，膜內正電荷較多，在電場力和化學濃度力的雙重作用下，短時間內，大量K+順濃度梯度迅速外流，使膜內迅速降低，膜外電位迅速升高，膜內外電位差逐漸縮小至0，此時曲線達到d點。雖然此時膜內外電位差相等，但K+仍能順濃度梯度外流，導致膜內外電位發生翻轉，膜內變為負電位，膜外變為正電位，K+繼續外流，膜內外電位差繼續增大，以至于超過靜息狀態下膜內外電位差，此時曲線達到e點。

（四）④區段——鈉鉀泵作用時期

當曲線達到e點時，電壓門控K+通道關閉，K+停止外流，雖然細胞膜已經恢復成外負內正的靜息電位，但離子分布狀態與興奮前大不相同，多流出了一部分K+，多流入了一部分Na+，這種鈉鉀離子分布不均勻的狀態激活了細胞膜上的鈉鉀泵。鈉鉀泵消耗ATP，將多流入膜內的Na+逆濃度梯度泵出膜外，將多流出膜外的K+逆濃度梯度泵入膜內，迅速恢復并維持興奮前細胞內外鈉鉀離子的不均勻分布，為下一次興奮做準備。

三、 探尋規律

整個調節過程中，非門控K+通道一直開放，所以一直有K+經過非門控K+通道外流，但由于流經此通道的K+只受濃度梯度力的影響，相比于電壓門控通道來說，單位時間流經的離子數目要少得多，所以形成動作電位，恢復靜息電位和鈉鉀泵作用時期，通過非門控K+通道外流的K+可以忽略不計。至此，將神經調節過程中電位變化曲線各區段規律總結如下：①區段代表靜息電位，外正內負，主要由K+外流引起，方式協助擴散;②區段又叫峰電位上升支，代表形成動作電位，主要有Na+大量內流引起，方式協助擴散;③區段又叫峰電位下降支，代表恢復靜息電位，主要由K+快速外流引起，方式協助擴散。④區段代表鈉鉀泵作用時期，消耗ATP，逆濃度梯度排鈉保鉀，方式主動運輸。我們可以將以上規律簡單總結為“上升支Na+內流;下降支K+外流，方式都是協助擴散”。

四、 真題再現

再回到2011年浙江理綜這道真題，結合口訣“上升支Na+內流;下降支K+外流，方式都是協助擴散”，不難選出答案為C。

五、 實戰演練

（2009·安徽卷）離體神經纖維某一部位受到適當刺激時，受刺激部位細胞膜兩側會出現暫時性的電位變化，產生神經沖動。圖示該部位受刺激前后，膜兩側電位差的變化。請回答：

（1）圖中a線段表示??? （靜息、動作）電位;b點含義??? ，此時Na+??? （內、外）流。

解析：根據之前所講內容，第一個空a線段表示靜息電位。第二個空，縱坐標上的數值代表膜內外電位差，負值代表膜內電位比膜外電位低，正值代表膜內電位比膜外電位高，0代表膜內外電位差為0。由于b點處于峰電位上升支，所以此時Na+內流。

答案：靜息;離體神經纖維膜內外電位差為0;內

六、 歸納總結

文章通過對神經調節電位變化曲線圖的講解，總結出“上升支Na+內流;下降支K+外流，方式都是協助擴散”的規律，將復雜的神經調節過程轉變為淺顯易懂的口訣，使學生在解決類似題目時由抽象變為具體，提高了做題效率，從而達到事半功倍的效果。

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作者簡介：徐成帥，盛雅琴，山東省淄博市，山東省桓臺第一中學。