1 结构基础
兴奋由神经向肌肉的传递是通过神经肌肉接点装置(即神经—肌肉突触)得以实现的。神经肌肉接点是运动神经元轴突末梢在骨骼肌肌纤维上的接触点。根据电子显微镜观察,特化的神经细胞轴突膜和肌细胞膜分别是神经—肌肉突触的突触前膜和突触后膜,二者之间的间隙为突触间隙(如图1)。在突触前膜所在的突触小体中有大量的突触小泡,里面含有神经肌肉传递的递质──乙酰胆碱(ACh)。
2 传递过程
神经-肌肉突触上兴奋传递的过程与神经细胞间兴奋传递的过程类似:当兴奋传至突触前膜时,其产生动作电位使膜的Ca2+通道开放,引起Ca2+内流,从而使突触小泡与突触前膜融合破裂,将ACh释放到突触间隙,ACh与突触后膜上的受体结合,使之发生变构,开放Na+、K+通道,导致Na+内流、K+外流,最终使肌细胞产生动作电位(肌细胞受刺激前后膜内外的电位变化和神经纤维的电位变化一样),引起收缩。这样,兴奋就单向地从运动神经元传至肌纤维。
3 考点动态
3.1 神经—肌肉突触的回避考查
神经调节,尤其是神经冲动在神经纤维和神经元之间的传导,一直是高考的核心考点。前些年高考反复考查了反射弧中神经突触的结构和传递机制。实际上,在反射弧结构中,传出神经末梢与效应器之间的连接为神经—肌肉突触,但2008年以前的高考一直回避了相关问题的考查。
例1(2008年海南卷第23题) 图1是当A接受一定强度刺激后引起F收缩过程的示意图。图2为 图1中D结构的放大示意图。请回答:
⑵神经纤维B在A中的细小分枝叫做 。用针刺A时,引起F收缩的现象被称为 。针刺引起疼痛,产生痛觉的部位是 。
答案:⑵感受器(感觉神经末梢) 反射 大脑皮层。
解析:神经纤维末端的细小分枝叫神经末梢,感觉神经末梢及其周围其他结构共同组成感受器;感受器可以感受外界刺激,产生兴奋并通过反射弧引起反射活动;任何感觉的产生都在大脑皮层。
例2(2006年天津卷第6题) 某种药物可以阻断蟾蜍屈肌反射活动。下图为该反射弧的模式图。A、B为神经纤维上的实验位点,C为突触间隙。下列实验结果中,能够证明这种药物“在神经系统中仅对神经细胞间的兴奋传递有阻断作用”的是
①将药物放在A,刺激B,肌肉收缩 ②将药物放在B,刺激A,肌肉收缩
③将药物放在C,刺激B,肌肉不收缩 ④将药物放在C,刺激A,肌肉收缩
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
答案:A
解析:突触的结构决定了反射弧结构中的兴奋总是沿“感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器”单向传递的。A点与效应器之间不需要经过突触传导,所以刺激A点,都会引起肌肉收缩,与该药物无关。而B点到效应器之间必须经过突触传导,将药物放在C点(突触间隙),刺激B点肌肉不收缩,而将药物放在A点(神经纤维),则不影响B点到效应器的传导,说明此种药物“在神经系统中仅对神经细胞间的兴奋传递有阻断作用”。
3.2 神经—肌肉突触的独立考查
自2008年以来,神经—肌肉突触的结构基础和传递机制经常作为题干信息,借以考查考生获取信息、分析推理及解决实际问题的能力。
例3(2008年全国卷Ⅰ第30题第Ⅱ部分) 肌肉受到刺激会收缩,肌肉受刺激前后肌细胞膜内外的电位变化和神经纤维的电位变化一样。现取两个新鲜的神经-肌肉标本,将左侧标本的神经搭在右侧标本的肌肉上,此时神经纤维与肌肉细胞相连接(实验期间用生理盐水湿润标本),如图4所示。图中②、④指的是神经纤维与肌细胞之间的接头,此接头与突触结构类似。刺激①可引起右肌肉收缩,左肌肉也随之收缩。请回答:
⑵右肌肉兴奋时,其细胞膜内外形成的 电流会对③的神经纤维产生 作用,从而引起③的神经纤维兴奋。
⑶直接刺激③会引起收缩的肌肉是 。
答案:⑵局部 刺激⑶左肌肉和右肌肉。
解析:“②、④指的是神经纤维与肌细胞之间的接头,此接头与突触结构类似。刺激①可引起右肌肉收缩,左肌肉也随之收缩。”说明仅仅②、④处类似突触连接,且传递方向由神经纤维传至肌肉;而两个标本之间的连接不是突触连接;“实验期间用生理盐水湿润标本”说明搭在一起的两个标本已通过生理盐水连成一个整体,信号可以双向传导;“肌肉受到刺激前后肌细胞膜内外的电位变化和神经纤维的电位变化一样。”说明肌肉细胞和神经纤维受到一定的刺激,均会产生兴奋,且膜内外电位变化相同;故刺激③处神经纤维,产生的兴奋电位变化同样也可引起右侧肌肉细胞产生电位差,进而引起右肌肉收缩。
例4(2009年重庆卷第30题第Ⅱ部分) 图5是反射弧结构模式图,a、b分别是放置在传出神经和骨骼肌上的电极,用于刺激神经和骨骼肌;c是放置在传出神经上的电位计,用于记录神经兴奋电位;d为神经与肌细胞接头部位,是一种突触。
⑵用b刺激骨骼肌, (能活不能)在c处记录到电位。
答案:不能
解析:d为神经与肌细胞接头部位,是一种突触,其兴奋只能从传出神经传至肌细胞,而不能由肌细胞传至传出神经。故用b刺激骨骼肌,不能在c处记录到电位。
3.3 神经—肌肉突触与神经突触的混合考查
有了2008年全国卷Ⅰ的铺垫,这两年全国各地的高考题很自然地将神经—肌肉突触与神经突触综合到一起,甚至简化了神经—肌肉突触的结构基础和传递机制的信息介绍,考查考生举一反三的创新能力和探究能力。
例5(2009年辽宁、宁夏卷第30题) 图6是神经元网络结构示意简图,图中神经元①、②、③都是兴奋性神经元,且这些神经元兴奋时都可以引起下一级神经元或肌细胞的兴奋。和神经细胞一样,肌肉细胞在受到适宜的刺激后,也能引起细胞膜电位的变化。图中B处表示神经肌肉接头,其结构和功能与突触类似。请回答:
⑵若给骨骼肌一个适宜刺激,在A处 (能、不能)记录到膜电位的变化,原因是 。
⑶若在A处给予一个适宜刺激,在C处 (能、不能)记录到膜电位的变化,原因是 。
答案:⑵不能 由肌细胞产生的兴奋在神经肌肉接头处不能逆向传递⑶能 兴奋从A处传到神经元③,再传到神经元①,故在C处能测到膜电位的变化。
解析 图中三个神经元之间的连接为神经突触,B处表示神经肌肉接头,其结构和功能与突触类似。肌细胞产生的兴奋只能单向地从从运动神经元传至骨骼肌细胞,所以给骨骼肌一个适宜刺激,在A处不能记录到膜电位的变化;而兴奋可以从A处传到神经元③,再传到神经元①,故在C处能测到膜电位的变化。
例6(2010年安徽卷第30题) 图7为神经-肌肉连接示意图。C1、C2表示免疫细胞,黑点(●)表示神经元胞体,①~⑦表示神经纤维。按图示,肌肉受到刺激不由自主地收缩,神经冲动在神经纤维上出现的顺序依次为_______(填①~⑦编号)。大脑感觉到肌肉受到刺激。其信号(神经冲动)在神经纤维上出现的顺序依次为______(填①~⑦编号)。
答案:④⑤⑥ ③②①
解析:“肌肉受到刺激不由自主地收缩”说明神经冲动不经过大脑,肌肉既有传入神经支配(④⑤所在的神经元),又和传出神经相连(⑥所在的神经元),由突触传递的单向性可知,神经冲动沿此反射弧在神经纤维上出现的顺序依次为④→⑤→⑥;“大脑感觉到肌肉受到刺激”说明神经冲动传向大脑,其信号(神经冲动)在神经纤维上出现的顺序依次为③→②→①。
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