动作电位--有关疑难问题例析 (1)

动作电位有关疑难问题例析

动作电位是指可兴奋细胞在受到适当刺激后，其细胞膜在静息电位的基础上发生的迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动。这种电位波动也可称为神经冲动或者兴奋。浙科版教材中关于动作电位的产生传导和传递的内容十分注重科学性，改正了以前版本教材的一些错误观点。但限于篇幅及学生的阅读层次，有关内在机理的解释不是很详尽，加上各种版本教参说法不一致，导致许多教师在该块内容上也模糊不清或者存在误解。下面针对有关疑难问题利用例题进行分析，以供参考。

1动作电位的检测

例题1（“2009上海生物高考试卷”28题）：神经电位的测量装置如右上图所示，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，结果如右侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极

均置于膜外，其它实验条件不变，则测量结果是

检测动作电位的记录仪可以是电流表或示波器，题干中所记录的单相电位反映的是膜内某点（A点）与膜外参考电极（B点电极）之间的电位差变化。静息状态时，膜电位分布为外正内负，即膜外电位高于膜内。当规定膜外为零电位（如膜外电极接地，其实B电极如果不接地，则B点兴奋时，该处电位也会发生变化，记录到的应是两次波动），则膜内为负电位。电流表指针表现为向负方向偏转，波形表现为负值水平曲线。兴奋时，电位发生反转，膜内电位高于膜外，然后很

快又恢复为静息电位。电流表指针表现为向正方向偏转一次又恢复，波形表现为一次正方向的单向波峰。当两个电极均置于膜外时，静息状态下，两电极之间没有电位差，电流表指针不偏转，示波器表现为与X轴重合的水平曲线。受刺激后A、B两点先后兴奋，电流表发生两次相反方向的偏转后归零，示波器上则可看到方向相反的两个波峰，这就是双相电位。该题答案之所以选C而不选D，是因为根据题干单相电位图可知，当A点电位低于B点时，电流表指针向负方向偏转，示波器波形在X轴下方。

例题2（“2010年海南生物高考卷”第9题）：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

右图，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：

该题答案选D。之所以与例题1答案相反，是因为示波器的垂直偏转方向是可人为调节的。总之双相电位曲线两个波峰方向是相反的，代表膜外两点先后兴奋而产生负电位，导致两次电流方向相反。至于哪一个波峰在X轴上方，哪一个波峰在X轴下方可人为调节。

2 Na+通道与K+通道在动作电位产生过程中的变化

例题3（“2011年浙江省三校高三联考试卷”29题）：动作电位的产生与细胞膜离子通透性的变化直接相关。细胞膜对离子通透性的高低可以用电导（g）表示，电导大，离子通透性高，电导小，离子

通透性低。下图表示神经细胞接受刺激产生动

作电位过程中，细胞膜对Na+和K+的通透性及

膜电位的变化（gNa+、gK+分别表示Na+、K+的

电导）。请据图回答问题（节选）。

（3）接受刺激时，细胞膜对Na+、K+的通

透性分别发生了怎样的变

化？

（4）根据该过程中膜电位的变化和离子通透性的变化可以推测，动作电位的产生主要是由哪种离子如何变化造成的？。

第（3）小题答案是：对Na+的通透性迅速增加，并且增加的幅度较大；对

K+的通透性缓慢增加，并且增加的幅度较小。不过第（4）小题的问法有些不妥，准确的提问应该是动作电位上升支的产生主要由哪种离子如何变化造成。很多题目都有这种问题，不能准确理解动作电位概念，把锋电位当成动作电位。

离子通透性为何会如此变化呢？这与

离子通道有关。动作电位产生过程中不同阶

段离子通道开闭情况及离子通透性变化可

结合图1总结如下（注：各种离子通透性大

小用离子电导大小表示）：①阶段代表静息

状态时，只有非门控K+通道开放，K+通透性

远大于Na+通透性。②阶段代表外界刺激使

电压门控Na+通道开放，导致膜去极化至阈

电位，继而激活电压门控Na+通道，Na+通透

性超过K+通透性，发生快速的去极化与反极

化。③阶段电压门控Na+通道失活，电压门

控K+通道激活，K+通透性超过Na+通透性，此时即复极化时期。④阶段电压门控K+通道关闭，电压门控Na+通道恢复到备用状态，离子通透性恢复到与①阶段相同。

浙科版教材相关内容的描述是十分注重科学性的。出现极化状态的原因是“神经细胞膜在静息时对钾离子的通透性大，对钠离子的通透性小”，这就是非门控钾通道开放的缘故。动作电位产生原因是“当神经某处受到刺激时会使钠通道开放，…但在很短时间内钠通

道又重新关闭，钾通道随即开

放”，这就是电压门控通道相继

开放的简要描述。部分参考书把

该内容理解为神经元细胞膜在静

息状态时Na+通道关闭，K+通道开

放；受到适宜刺激时，K+通道关闭，

Na+通道开放；复极化时又发生Na+通道关闭而K+通道开放。这种说法混淆非门控钾通道和电压门控钾通道，不是十分科学。

例题4（“湖南省2011年三十二校联考试卷”27题）：试判断一个神经细胞的静息电位在添加具有生物活性的化合物——河豚毒素(Na+通道蛋白抑制剂)后，是如何变化的：

河豚毒素可阻断Na+通道（门控通道），受刺激后Na+通透性不能增加，对钾离子通透性无影响，故不影响静息电位产生，只影响动作电位的形成，选A。

3 Na+—K+泵在动作电位产生过程中的作用

例题5（“2011年浙江高考理综试卷”第3题）：在离体实验条件下单条神经纤维的电位示意图如下，下列叙述正确的是

A. a—b段Na+的内流是需要消耗能量的

B. b—c段Na+的外流是不需要消耗能量的

C. c—d段K+的外流是不需要消耗能量的

D. d—e段K+的内流是需要消耗能量的

a—b段与b—c段都是Na+的内流所致，这种内流是顺浓度梯度，不需要消耗能量，所以A、B错。c—d段与d—e段都是K+的外流所致，同样顺浓度差转运不需要消耗能量。所以答案选C。有些参考资料认为Na+—K+泵的活动是导致复极化的原因，这种观点其实是错误的。逆浓度转运才需要Na+—K+泵，才需要消耗能量。Na+—K+泵对于维持膜两侧的离子浓度差非常重要，因为每兴奋一次，必然有少量K+外流和Na+内流，使得膜内外两种离子的浓度差减少（只是浓度差减少，不会相等，更不会发生浓度差的逆转）。如果没有Na+—K+泵的主动转运，离子浓度差势必持续减少，直至不能产生兴奋。因此，每产生一次动作电位后的静息期，Na+—K+泵就会启动，从而始终维持一定的离子浓度差。这也就是兴奋需要消耗能量的原因，动作电位的产生虽不直接消耗ATP，但消耗了离子势能，而离子势能的储备需要消耗ATP。

4 外部溶液中Na+、K+浓度对膜电位及兴奋性的影响

例题6（“2010年新课标理综试卷”第5题）：将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液(溶液)中，可测得静息电位。给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。适当降低溶液中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到

A．静息电位值减小 B．静息电位值增大

C．动作电位峰值升高 D．动作电位峰值降低

静息电位接近于K+的平衡电位，主要受膜内外的K+浓度差影响。动作电位接近于Na+平衡电位，主要受膜内外的Na+浓度差影响。将离体神经置于较低Na+浓度的溶液中，该神经所能产生的动作电位幅度降低，静息电位幅度变化不大，所以答案选D。反之，适当降低细胞外液中K+浓度，则使静息电位绝对值升高，而对动作电位影响不大。有人认为外部溶液中Na+浓度降低，会导致膜外正离子减少，也就是正电荷减少，从而导致膜内电位相对升高，也就是静息电位会升高。这种观点的错误在于没有理解通常情况下溶液本身是不可能带电的，减少溶液中Na+浓度只能是通过减少Na盐的配比来达成。换句话说，一种溶液中Na+减少，要么是相应的阴离子也减少，要么是另一种正离子增多，不可能人工配置出一杯