动作电位的产生
疑难问题:必修3教材第22页中,“动作电位沿着神经纤维传导时,其电位变化总是一样的,不会随传导的距离增大而衰减”。我的理解是,这是指传导过程中,如果外界钠离子和钾离子的变化还是会影响动作电位的值(山东高考试题可以说明)。那么,传导速度会受到哪些因素的影响?
一、动作电位幅度影响的主要因素
动作电位是由于离子的跨膜流动引起的。而引起离子跨膜流动的原因主要是膜两侧对离子的电化学驱动力和动作电位期间膜对离子通透性的瞬间变化。主要因素为细胞内外Na离子浓度。
(2009年山东高考试题)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( C )
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:分析题图曲线可知,曲线a,受刺激后膜内电位上升超过横轴,变为正值,恢复极化后又变为负值,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正确;分析题图可知,ab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正确;不论是低钠海水,还是正常海水,静息状态都是膜外Na+浓度高于膜内,C错误;正常海水中神经纤维受刺激时,膜外Na+浓度高于膜内,D正确。
二、动作电位的传导速度影响的主要因素
随动物的种类、神经纤维类别如髓鞘的有无、直径的不同(纤维的粗细)以及温度的变化而异。
1.温度的影响
温度对神经纤维传导速度有一定影响。一定范围内,温度升高有利于传导,因为有利于Na+的电导。如果在10℃以下则恒温动物的神经纤维往往丧失传导功能。温度对无髓鞘纤维的传导影响不大。
2.神经纤维直径影响
神经冲动传导速度主要决定于神经纤维本身的电缆性质。粗的神经纤维内纵向电阻小,局部电流较大,有利于传导。如膜电容较大,同样数量的电荷变化所引起的膜电位变化就小,因而不利于传导。膜电阻大,使胞内电流传播得远,一般有利于传导。
3.髓鞘
髓鞘的加厚对传导速度的影响是多方面的,增厚在某种意义上就是膜电阻增加,再加上朗飞氏结的结间距离增长都有利于传导,但髓鞘的加厚常伴有轴突实际直径的减小,又不利于传导。
4.离子浓度
高渗氯化钠溶液使动作电位传导速度降低。其作用机理是由于钠离子在膜内外存在巨大的浓度梯度,细胞外钠离子迅速向膜内扩散,使膜两侧电位差急剧减小为零,进而出现膜极化状态的倒转,即反转为膜外电位为负、膜内电位为正。在内正外负的电位差使钠离子通道受到抑制,神经传导速度降低。
膜外钾离子浓度升高后静息电位变小以致接近阈电位水平, 细胞膜处于去极化阻滞状态, 当静息电位过小时, 钠离子通道失活, 故动作电位的传导速度减慢。