神經調節疑難問題研析與應用

2024-01-21 08:48:30靳瑾

教學考試(高考生物) 2023年6期

靳瑾

(陜西省寶雞中學)

神經調節的知識容量大、難度高,且與科技前沿、健康醫療等生活實際問題聯系緊密,學生經常對一些概念和現象產生疑惑。現就常見的疑難問題進行釋疑,并結合經典試題進行解題應用。

疑問1 針刺手指是先縮還是先痛

1.1 問題釋疑

先縮后痛:反射分為條件反射和非條件反射,非條件反射是指人生來就有的先天性反射,是一種比較低級的神經活動,由大腦皮層以下的神經中樞(如脊髓)參與即可完成,縮手反射的中樞就位于脊髓胸椎區段。而大腦皮層是所有軀體感覺的產生部位,因此感覺疼痛的部位在大腦皮層,脊髓獲得傳入神經送入的信息后一方面控制該反射活動完成,另一方面向上傳給大腦,而刺激傳遞到大腦皮層產生感覺的路徑(即經過的神經元數量)比完成縮手反射的長。故被針刺手指后,人會先縮手然后才感覺到痛。

1.2 知識延伸

神經調節中除了低級中樞的信號向上傳遞給大腦皮層外,大腦皮層也會有信息向下傳遞給低級中樞干預相應的反射活動。兩者之間存在有雙方向的信號傳導。由此產生的相關討論有如下幾例:

針刺手指不是“手”痛而是“腦”痛,大腦皮層是所有軀體感覺的產生部位,因此產生疼痛感覺的部位在大腦皮層,指尖中痛覺感受器并不能產生感覺。

體檢進行指尖采血時并未發生縮手反射,這是由于高級中樞大腦皮層參與控制低級神經中樞的活動。

高位截癱的病人往往可以正常發生縮手反射,但是不能感受到疼痛,也不能有意識地進行手指或手臂的活動。這是因為外傷導致高級中樞與低級中樞的聯系通路被阻斷,上行或下行的信號都無法傳導。

1.3 解題應用

例1：如圖1為人體排尿反射的相關神經結構(虛線內為脊髓中的結構)。下列敘述正確的是

( )

A.①是傳出神經末梢和相應的肌肉組成的效應器

B.嬰兒尿床是由于排尿反射的反射弧受損導致的

C.尿意在大腦皮層產生,且排尿反射受大腦皮層控制

D.在④處給予適宜電刺激,大腦皮層可以檢測電位變化

答案：C 嬰兒尿床是由于大腦皮層發育不完善造成的,排尿反射的反射弧是正常的,B錯誤;尿意在大腦皮層產生,排尿反射的中樞位于低級中樞脊髓,低級中樞要受到高級中樞大腦皮層的控制,C正確;由于興奮在細胞間的傳遞是單向的,在④處給予適宜電刺激,興奮不能傳到脊髓,也不能傳到大腦皮層,因此大腦皮層檢測不到電位變化,D錯誤。

疑問2 反射活動中神經纖維上的興奮傳導是雙向還是單向

2.1 問題釋疑

單向傳導:神經調節的基本方式是反射,反射的結構基礎是反射弧,反射弧包括感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經和效應器。人體在完成一項反射活動時,由感受器接受體內外的各類刺激,而后產生興奮沿著傳入神經、神經中樞、傳出神經進行傳導和傳遞,最終在效應器處產生肌肉或腺體的活動。因此反射活動中,神經纖維某區段處發生的興奮傳導只能是單向的。

2.2 知識延伸

若使用離體的反射弧(或反射弧局部)進行電刺激研究興奮傳導或傳遞的方向,又會產生不同的理解:

取離體的神經纖維區段進行電刺激,在刺激位點兩側均能檢測到電位變化,即神經纖維上興奮的傳導具有雙向性,與反射活動中神經纖維上興奮的單向傳導并不矛盾,兩者的區別取決于刺激起始的位置。

取離體的完整反射弧進行電刺激,在反射弧的不同位置檢測電位變化會產生不同的結果(如圖2):

圖2

刺激a,電表①和②都發生電位變化,神經纖維上興奮傳導具有雙向性,突觸傳遞單向發生;

刺激b,電表②有電位變化,電表①沒有電位變化,突觸傳遞的單向性導致興奮不能從b處向a處傳遞。

離體反射弧如進行切斷后在斷口處進行電刺激,興奮的傳導以及效應器的反應亦可分為若干情況(如圖3):

圖3

A端給予刺激,d處有電位變化,效應器產生效應,a、b、c處不能檢測到電位變化;

B端給予刺激,c處有電位變化,效應器不產生效應,a、b、d處不能檢測到電位變化;

A′端給予刺激,a′處有電位變化,b′、c′、d′處不能檢測到電位變化,效應器不產生效應;

B′端給予刺激,b′、c′、d′處有電位變化,a′處不能檢測到電位變化,效應器產生效應。

2.3 解題應用

例2：在用脊蛙(去除腦保留脊髓)進行屈腿反射實驗時,刺激蛙左腿,左腿收縮;刺激右腿,右腿收縮,說明左右屈腿反射弧在結構上是相對獨立的。但當刺激較強時,刺激蛙左腿,左腿收縮時,右腿也會收縮,說明左右反射弧的中樞存在某種聯系。在一次制作脊蛙的過程中,實驗員不小心傷到了蛙大腿上的神經,但不知是傳入神經還是傳出神經。實驗員設計了如下實驗方案加以驗證。

(1)刺激蛙左腿,若左腿不收縮而右腿收縮,說明傷及的是________神經。

(2)刺激蛙左腿,若________,則可初步判斷傷及的是傳入神經。但不知傳出神經是否也同時受到傷害,那么可采用刺激________觀察________的方法加以驗證。

答案：傳出左、右腿均不收縮右腿左腿是否收縮據題意可知,左右反射弧存在某種聯系。(1)如果傳出神經受損,則刺激蛙左腿,左腿不收縮,但是興奮會通過神經中樞傳向右腿的反射弧,導致右腿收縮。(2)如果傳入神經受損,則刺激蛙左腿,由于神經中樞無法接受興奮,則左、右腿均不收縮;若要進一步判斷左腿傳出神經是否也同時受到傷害,可以刺激右腿,觀察左腿是否收縮,如果左腿收縮、則傳出神經正常,如果左腿不收縮、則傳出神經不正常。

疑問3 聞到花香是否為反射

3.1 問題釋疑

不是反射:人體在完成一項反射活動時,必須保持反射弧結構的完整,任何一個環節出現障礙,則不能稱之為反射。聞到花香是氣味分子刺激嗅覺感受器產生興奮并傳至大腦皮層后產生了相應感覺,沒有通過傳出神經和效應器,故此不是反射活動。

3.2 知識延伸

大腦皮層分布有感覺中樞,可以形成熱覺、冷覺、痛覺、味覺、嗅覺等,雖然這些感覺的形成不是反射活動,但卻是神經調節綜合試題常用情境。

3.2.1 熱辣辣

辣椒讓人發熱,這是自從辣椒被發現就眾所周知的事實。2021年諾貝爾生理學或醫學獎的獲得者大衛·朱利葉斯(David Julius)發現了一個可以對辣椒素有反應的基因,命名為TRPV1,這也是一個新鑒定出來的離子通道蛋白基因。TRPV1能被43℃以上的溫度或辣椒素等物質活化,進而形成燙或辣相關的痛覺。

3.2.2 薄荷涼

無論是薄荷味的牙膏、冷飲還是口香糖,給我們的感覺都是涼的。科學研究發現其中的關鍵物質是薄荷醇。薄荷醇可以被感覺細胞表面TRPM8受體識別,該受體被證明也可以被寒冷激活。

3.2.3 苦盡甘來

只有苦味消失后才能感覺到甜味,即便在苦藥里加糖,仍會感覺很苦,即“甜不壓苦”。研究發現,味覺感受器(TRC)位于舌面和上顎表皮,可以感受甜味和苦味分子的刺激,大腦皮層中,產生甜味和苦味的區域分別稱為CeA和GCbt(如圖4)。甜味和苦味分子首先被舌面和上顎表皮上TRC識別,經信號轉換后,傳遞到CeA和GCbt,分別產生甜和苦的感覺。兩者的神經通路是各自獨立的,但是苦刺激傳導到GCbt產生苦味后,存在自身正反饋調節,放大這種苦味反應,同時兩個中樞之間的聯系通路存在GCbt抑制CeA產生甜味信息,但CeA不能抑制GCbt苦味的產生,故“甜不壓苦”。

圖4

3.3 解題應用

例3：舌尖最愛“辣”,辣其實并不是一種味覺,而是痛覺,2021年的諾貝爾生理學或醫學獎獲獎者發現一種離子通道TRPV1,能被43℃以上的溫度或辣椒素等物質活化,進而形成燙或辣相關的痛覺。

(1)吃辣椒時,辣椒素接觸口腔黏膜(產生痛覺),與反射弧結構中________上的TRPV1結合后,激活TRPV1,導致細胞膜外陽離子(如Ca2+等)進入細胞,從而導致膜電位差下降,進一步激活Na+通道導致Na+內流,此時膜電位表現為__________________。

(2)吃辣椒時,“辣”的感覺形成于_________,吃辣味食物的同時,喝熱水會增強“灼燒感”,從反射弧結構的角度分析,其原因可能是__________________。

答案：(1)感受器內正外負 (2)大腦皮層熱水激活了離子通道TRPV1,相當于加強了刺激相關感受器,使“灼燒感”增強 (1)辣椒素接觸口腔黏膜、與反射弧中的感受器上的TRPV1結合,激活TRPV1,導致細胞膜外陽離子如Ca2+等進入細胞,從而導致膜電位差下降,進一步激活Na+通道導致Na+內流,產生動作電位。(2)大腦皮層產生感覺,故辣的感覺形成于大腦皮層。由題意可知,離子通道TRPV1,能被43℃以上的溫度或辣椒素等物質活化,進而形成燙或辣相關的痛覺,故吃辣的同時,喝熱水增加灼燒感,可能是熱水激活了離子通道TRPV1,相當于加強了刺激相關感受器,使“灼燒感”增強。

疑問4 軀體運動中樞在哪里