“神经冲动的产生、传导和传递”专题知识的深度解析及备考策略

四川

“神经冲动的产生、传导和传递”作为动物生命活动调节考点中的重点和热点内容，是考查学生科学思维素养和理解能力的良好载体，在近几年高考生物试题中占据一定的考查比重。就知识内容而言，神经冲动的产生、传导和传递过程的机制分析又是该考点的核心内容。笔者在高三复习冲刺阶段的教学中发现，学生如果对该内容缺乏深度的理解，就会发生丢分的情况，该内容也就成为了易错点和难点。笔者尝试以图形为载体，深度解析神经冲动的产生、传导和传递三个过程的机制，分析典型高考例题，提出相应备考策略。

1.神经冲动的产生和传导

1.1 神经冲动的产生和传导机制

实验状态下，给予神经细胞或神经纤维一定强度的刺激，就会产生兴奋，兴奋沿神经纤维以电信号（神经冲动）的形式进行传导。如果将电表两极分别置于神经纤维膜某个固定位点的内侧和外侧（如图1），给予适宜刺激后，会发现电表指针发生两次方向相反的偏转，采用坐标曲线分析该过程，以时间为横轴，神经纤维膜内外电位差值为纵轴，绘制如图2曲线。

图1

图2

图1显示，当电表两极刚置于神经纤维膜的内外侧时（此时还未给予刺激），指针已经发生偏转，此时测定到的电位是神经纤维在静息状态下的膜内外电位差，即静息电位，对应图2中a点所测得的电位差。分析静息电位产生的机制，神经纤维或细胞在静息状态下，膜内外的K+、Na+分布情况为膜内K+浓度明显高于膜外，膜外Na+浓度高于膜内，此时膜上K+通道蛋白打开，少部分K+顺浓度梯度从膜内流到膜外，不再变化时就形成了内负外正的静息电位，但需要注意的是膜内K+浓度仍高于膜外，因膜上Na+通道蛋白未打开，故静息电位的形成与Na+无直接联系。

在神经纤维或细胞接受一个适宜刺激（达到刺激阈值，过弱不能引发动作电位）后，会产生兴奋，引发该部位产生动作电位。分析接受刺激部分的动作电位产生机制，刺激导致神经纤维或细胞膜上Na+通道蛋白打开，Na+顺浓度梯度从膜外进入膜内（Na+进入数量比K+在静息状态下由膜内到膜外的数量多），致使该部位膜内外电位由原来的静息电位（内负外正）转变为动作电位（内正外负）。图2的曲线中，从刺激开始经b点到达c点这段曲线代表Na+内流形成的动作电位。当兴奋传导过后，该部位将由动作电位恢复为静息电位，对应图2中ce段曲线，静息电位恢复的过程包含K+再次大量外流和钠钾泵运输Na+、K+两个阶段。神经冲动传导完成后，该部位膜上K+通道蛋白再次打开，大量的K+从膜内运输到膜外，膜内外电位由“内正外负”转变为“内负外正”，但此时膜内有较多的Na+，膜外有较多的K+。为了将膜内Na+运输出去，同时将膜外K+运输进来，钠钾泵就承担着运输任务，同时需要细胞中的ATP供能。钠钾泵的运输特点为运输出3个Na+的同时运输进2个K+，致使d点电位比a点更低。当膜内外Na+、K+分布恢复后，该部位再次处于静息电位，对应图2中e点的电位。

神经冲动以局部电流的形式沿神经纤维由兴奋部位传导至未兴奋部位。实验状态下，如果在神经纤维中段给予适宜刺激，神经冲动可沿神经纤维进行双向传导。但在正常机体的完整反射弧中，神经冲动只能单向传导。

1.2 神经冲动产生、传导过程中的离子运输分析

基于上述机制分析，可将神经冲动产生、传导过程中的离子跨膜运输归纳为表1：

表1

1.3 神经冲动产生和传导图形的变式思考

转换思维，如果将图2坐标曲线的横轴“时间”替换为“神经纤维的距离”，则得到图3所示曲线，图中箭头方向为神经冲动（或兴奋）在神经纤维上的传导方向，即神经冲动从右向左传导。如何得出这样的传导方向呢？要回答该问题，需对图3进行深度分析，整条曲线可以分成四部分进行分析，a点为静息电位，对应神经纤维的未兴奋区；曲线上升段（包含bc段）表示动作电位正在形成，对应神经纤维的兴奋区；曲线ce段代表静息电位正在恢复的过程；e点以后表示已经完成静息电位的恢复。根据神经冲动的传导方向（由兴奋区传向未兴奋区）的特点即可判定图3的传导方向。如果不进行上述分析，按照惯性思维，很容易主观臆断为相反方向的传导。

图3

1.4 典型例题分析

【例1】（2018年，全国卷Ⅲ，第3题）神经细胞处于静息状态时，细胞内外K+和Na+的分布特征是（ ）

A.细胞外K+和Na+浓度均高于细胞内

B.细胞外K+和Na+浓度均低于细胞内

C.细胞外K+浓度高于细胞内，Na+相反

D.细胞外K+浓度低于细胞内，Na+相反

【答案】D

【分析】静息状态下，神经细胞处于静息电位，依据上述动作电位产生前K+、Na+分布起始状态和恢复过程机制可以直接得出“细胞外K+浓度低于细胞内，Na+相反”的正确答案，但考生如果缺乏整体认识，仅仅依据K+外流的静息电位产生机制，往往会主观臆断为K+膜内浓度降低，导致其低于膜外浓度，可谓“不谋全局者，不足谋一域”。

【例2】（2018年，江苏卷，第11题）如图4是某神经纤维动作电位的模式图，下列叙述正确的是 （ ）

图4

A.K+的大量内流是神经纤维形成静息电位的主要原因

B.bc段Na+大量内流，需要载体蛋白的协助，并消耗能量

C.cd段Na+通道多处于关闭状态，K+通道多处于开放状态

D.动作电位大小随有效刺激的增强而不断加大

【答案】C

【分析】依据静息电位、动作电位的产生和静息电位恢复的机制分析，神经纤维形成静息电位的主要原因是K+通道打开，K+外流；bc段动作电位产生的主要原因是细胞膜上的Na+通道开放，Na+内流，这两种运输方式均属于协助扩散，不需要细胞提供能量；cd段是动作电位恢复到静息电位的过程，该过程主要涉及K+再次大量外流，K+通道多处于开放状态，Na+通道多处于关闭状态；刺激强度应在引发动作电位的阈值范围内，超过阈值（如刺激过弱或过强）均不能引发动作电位，所以动作电位大小与刺激强度的大小应在阈值范围内讨论。如果缺乏对曲线分段的认识和理解，就会频频出错。

【例3】给神经纤维中段某位点一个足够强度的刺激，从动作电位恢复至静息电位的过程中，钠钾泵会发挥作用，而位于细胞膜上的钠钾泵发挥作用时能逆浓度梯度泵出3个Na+，泵入2个K+。据此推测，下列对该神经纤维上膜电位变化描述最准确的曲线是 （ ）

【答案】A

【分析】在神经纤维中段某位点给一个足够强度的刺激，刺激位点会产生兴奋并且向左右两侧传导，在神经纤维的两侧会各出现两个波峰曲线；从动作电位恢复至静息电位的过程中钠钾泵会发挥作用，依据钠钾泵运输Na+、K+的特点，会导致膜外阳离子增多，膜内阳离子减少，致使膜内外电位差的绝对值增大，即出现两个小波谷。因刺激点在中段，兴奋是从中间向左右两侧传导的，根据图3所示机制分析，A项正确。如果考生缺乏深度思考，极易错选B项。

2.神经冲动的传递

2.1 神经冲动的传递机制

神经元之间和神经元与其他细胞（如腺细胞、肌细胞等）通过突触传递神经冲动。突触包含突触前膜、突触间隙和突触后膜，突触又根据突触后膜所在的细胞类型划分为三类：神经元与神经元联系的神经突触、神经元与肌细胞联系的神经-肌肉突触、神经元与腺体细胞联系的神经-腺体突触，图5为神经突触示意图。

图5

以神经突触为例，分析图5神经冲动传递的机制。当神经冲动传导到突触小体时，引发包裹有神经递质的突触小泡在ATP供能的情况下向突触前膜运输，与突触前膜融合后，向突触间隙释放神经递质，这一胞吐的过程实现了神经冲动传递过程中的电信号向化学信号的转化。随后，携带有化学信号的神经递质在突触间隙中向突触后膜扩散，与突触后膜上的神经递质受体结合，如果是兴奋神经递质（如乙酰胆碱）就会引发突触后膜产生动作电位，从而实现化学信号向电信号的转化，进而将神经冲动从一个神经元传递到下一个神经元；如果突触前膜释放的是抑制性神经递质（如5-羟色胺绝大多数情况下为抑制性递质），与突触后膜上的神经递质受体结合后，不会引发动作电位，而是增大静息电位强度，神经冲动传递就此结束。神经冲动传递过程总结如图6。

图6

2.2 神经冲动的传递方向和神经递质的去路

神经冲动在突触中只能从突触前膜向突触后膜进行单向传递，其原因是神经递质只能由突触前膜释放，与突触后膜上的神经递质受体结合，作用于突触后膜，如图5箭头示意方向。当神经递质在突触后膜上传递信号后，其去路有：一是被酶降解灭活；二是可被突触小体回收再次利用；三是在突触间隙被移除。如果去路受阻，神经递质与受体持续作用，会致使突触后膜持续兴奋，导致神经冲动传递异常。

如果某种药物能够阻碍神经冲动在突触中的传递，结合传递机制和神经递质去路综合分析，可能有以下几个原因：①突触前膜释放的神经递质不能与突触后膜上的受体结合；②突触前膜不能释放神经递质；③该药物能抑制神经递质的合成；④突触后膜神经递质受体与药物结合，不能与神经递质结合；⑤该药物能够降解神经递质等。需要注意的是不同药物有不同的阻断机理，这里仅仅为总体归纳。

2.3 神经冲动传递中神经递质的运输分析

基于上述机制分析，笔者将神经冲动传递过程中神经递质的运输总结如表2：

表2

2.4 典型例题分析

【例4】（2016年，全国卷Ⅰ，第4题）下列与神经细胞有关的叙述，错误的是 （ ）

A.ATP能在神经元线粒体的内膜上产生

B.神经递质在突触间隙中的移动消耗ATP

C.突触后膜上受体蛋白的合成需要消耗ATP

D.神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP

【答案】B

【分析】本题B、D选项考查考生对神经冲动产生、传导和传递的整体认识。依据表2神经递质运输总结分析，神经递质在突触间隙的组织液中扩散，不消耗ATP；神经细胞兴奋后恢复为静息状态的过程包括钠钾泵的主动运输，需要消耗ATP，故B项错误，D项正确。

【例5】（2017年，江苏卷，第8题）图7为突触结构示意图，下列相关叙述正确的是 （ ）

图7

A.结构①为神经递质与受体结合提供能量

B.当兴奋传导到③时，膜电位由内正外负变为内负外正

C.递质经②的转运和③的主动运输释放至突触间隙

D.结构④膜电位的变化与其选择透过性密切相关

【答案】D

【分析】依据图5和图6的机制和运输总结分析，神经递质在突触前膜释放后，通过扩散与突触后膜上的受体结合，该过程不需要①线粒体提供能量；兴奋传导到突触前膜，引发动作电位，致使膜电位由静息电位的内负外正变为动作电位的内正外负；递质经过②突触小泡的转运和③突触前膜的胞吐释放至突触间隙；④突触后膜膜电位变化，依靠钠钾离子通道蛋白和钠钾泵的选择性开放和关闭实现两种电位的转化，体现了膜的选择透过性的功能特点。本题要求考生对神经冲动产生、传导和传递的机制进行整体理解和总结。

【例6】（2016年，全国卷Ⅱ，第30题）乙酰胆碱可作为兴奋性神经递质，其合成与释放见示意图（如图8）。据图8回答问题：

图8

（1）图中A-C表示乙酰胆碱，在其合成时，能循环利用的物质是__________ （填“A” “C”或“E”）。除乙酰胆碱外，生物体内的多巴胺和一氧化氮___________（填“能”或“不能”）作为神经递质。

（2）当兴奋传到神经末梢时，图中突触小泡内的A- C通过__________ 这一跨膜运输方式释放到__________ ，再到达突触后膜。

（3）若由于某种原因使D酶失活，则突触后神经元会表现为持续___________ 。

【答案】（1）C 能 （2）胞吐 突触间隙

（3）兴奋

【分析】（1）图8信息显示：物质C在乙酰胆碱的合成中能循环利用；除乙酰胆碱外，多巴胺和一氧化氮也能作为神经递质。（2）突触小泡内的神经递质通过胞吐的方式释放到突触间隙。（3）乙酰胆碱属于兴奋性递质，若降解乙酰胆碱的酶失活，则会导致突触后神经元持续兴奋。本题为材料信息题，要求考生对神经冲动传递的机制有整体认识并具备细节知识归纳的能力。

3.备考策略及建议

必备学科知识是学生解决实际问题、完成核心素养测试目标不可或缺的载体和工具。“神经冲动的产生、传导和传递”作为高考热点考查内容，考生在高三复习冲刺阶段尤其要注重对本节内容的深度理解和整体把握。对于本知识点的复习，笔者建议考生采用图形建模方式，对过程机制分阶段进行分析，并参照文中表格归纳总结离子和神经递质的运输过程及方式，对模型曲线进行变式和深度思考，具备整体与局部的分析思路，养成归纳概括、构建模型、创造性思维等科学思维。除此之外，还可以将本专题的知识点采用思维导图的方式加以总结，构建考生自己的专题知识网络图，再结合本文典型例题加以训练和巩固，达到强化记忆的效果。

唯有如此，考生才能对本专题知识做到整体把握、细节到位、思路清晰、方法得当，寄希此文为考生在复习冲刺阶段备考本专题知识时有所启发和帮助。