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模拟题 | 双相动作电位的上、下两相幅度为何不等?

模拟题 | 双相动作电位的上、下两相幅度为何不等?
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问题的提出:动作电位的产生生物学高考的高频考点和难点之一,针对性专题训练是解决问题的关键,特别是精选一些典型的试题。下列试题是刚刚考过的杭州模拟试题,是有关双相动作电位(可参考文章后链接),值得做一做。
试题:(2025年11月杭州模拟试题)科研人员用枪乌贼神经纤维为实验材料,进行一系列实验操作,如图甲所示,测量得到的动作电位如图乙所示。
下列叙述正确的是

A.该药物抑制Na⁺通道的开放,从而阻断Na⁺的外流

B.药物阻滞前,位点的部分Na⁺通道在b-c时段打开

C.药物阻滞后,位点有大量K⁺在 f-g时段进入细胞

D.增加电刺激强度,a-b时段测得的电表偏转幅度将变大

解析:要解析这道题,需结合动作电位的产生机制(Na⁺内流引发去极化,K⁺外流引发复极化),并逐一分析选项。下面本人编撰的动作电位的产生和特点,供参考。

选择性必修《疑难解惑》第28页

首先,动作电位核心机制回顾,动作电位的产生分为两个阶段:去极化(上升支):细胞膜上的Na⁺通道开放,Na⁺内流,使膜电位由外正内负变为外负内正。复极化(下降支):Na⁺通道关闭,K⁺通道开放,K⁺外流,膜电位恢复为外正内负。

其次,需要了解动作电位的特点:全或无;不能叠加;不衰减性传导。

据图可知,微电极在测定动作电位时,电流计指针不偏,左接点Ⅱ兴奋时去极化(上升支),说明微电极接点都在外侧,不是一般情况下的一外一内接点,指针偏向一侧,而是双向偏转,应该是双向动作电位。

双向动作电位是指在神经干上进行细胞外双电极记录时,动作电位先后通过两个记录电极,因先后去极化与复极化在两电极间形成方向相反的两次电位偏转,波形呈“上相+下相”的两相结构。

从乙图可知,电流计并没有发生两次方向相反的偏转,说明兴奋并没有传导到Ⅲ处,药物抑制 Na⁺通道开放,会阻断Na⁺内流(而非外流),因为动作电位中 Na⁺是内流引发去极化的,A错误。

药物阻滞前,动作电位是正常的。图乙左侧是“药物阻滞前”的动作电位曲线,其中,在a-c时段,膜电位处于去极化→复极化过程,b点是动作电位的峰值,对应“去极化完成、复极化刚开始”的节点;同时部分K⁺通道开始开放(后续K⁺外流)。b-c时段是复极化,此时Na⁺通道逐渐关闭。由于c-e曲线并没有和a-c相同的峰值(不符合动作电位不衰减特点),说明Ⅱ和Ⅲ位点距离较近,相互干扰,因此,Ⅲ位点的 Na⁺通道在 b-c 时段确实有打开,B正确。

拓展:双相动作电位的上、下两相幅度为何不等?为什么?

答:幅值和波形宽度不对称的原因:两个测量电极的相距距离不够长。当兴奋从第一个引导电极所在位置传导到第二个引导电极之后,第一个电极处并未完全恢复静息电位,而第二个电极处产生负相动作电位,两者产生叠加。

其本质是记录到一束神经纤维的复合动作电位(CAP)在空间上依次通过两个电极的叠加结果,而非单根纤维的典型“全或无”波形。

净结果就是第一个上相图形的波形宽度减少,而下相图形的幅值降低,上下相图形不对称。即在原来两相对称的基础上,拖动负相向前,产生叠加后的图形。

据图乙右图药物阻滞后,f-g时段是动作电位的去极化阶段,并没有受影响,况且此时应是Na⁺内流,而非 K⁺进入细胞。药物阻滞后影响的是复极化阶段g-h时段(下降支时间变长),影响了K⁺外流,C错误。

动作电位的幅度由Na⁺内流的量决定,只要刺激强度达到 “阈值”,动作电位的幅度就固定(“全或无” 特性),因此,增加电刺激强度,a-b 时段的电表偏转幅度(反映动作电位幅度)不会变大,D错误。综上,正确答案为 B

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