神經(jīng)電傳導(dǎo)教材

關(guān)于神經(jīng)電傳導(dǎo)物理系B11011125811004劉安琪

人體是由許多許多細(xì)胞構(gòu)成的，細(xì)胞是我們機(jī)體的最基本的單位，因?yàn)橹挥袡C(jī)體各個細(xì)胞均執(zhí)行它們的功能，才使得人體的生命現(xiàn)象延續(xù)不斷。從電學(xué)角度考慮，細(xì)胞也是一個生物電的基本單位，它們還是一臺臺的“微型發(fā)電機(jī)”呢。原來，一個活細(xì)胞，不論是興奮狀態(tài)，還是安靜狀態(tài)，它們都不斷地發(fā)生電荷的變化，科學(xué)家們將這種現(xiàn)象稱為“生物電現(xiàn)象”。細(xì)胞處于未受刺激時所具有的電勢稱為“靜息電位”；細(xì)胞受到刺激時所產(chǎn)生的電勢稱為“動作電位”。而電位的形成則是由于細(xì)胞膜外側(cè)帶正電，而細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)帶負(fù)電的原因。細(xì)胞膜內(nèi)外帶電荷的狀態(tài)醫(yī)生們稱為“極化狀態(tài)”。人體任何一個細(xì)微的活動都與生物電有關(guān)。外界的刺激、心臟跳動、肌肉收縮、眼睛開閉、大腦思維等，都伴隨著生物電的產(chǎn)生和變化。人體某一部位受到刺激后，感覺器官就會產(chǎn)生興奮。興奮沿著傳入神經(jīng)傳到大腦，大腦便根據(jù)興奮傳來的信息做出反應(yīng)，發(fā)出指令。然后傳出神經(jīng)將大腦的指令傳給相關(guān)的效應(yīng)器官，它會根據(jù)指令完成相應(yīng)的動作。這一過程傳遞的信息——興奮，就是生物電。也就是說，感官和大腦之間的“刺激反應(yīng)”主要是通過生物電的傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。心臟跳動時會產(chǎn)生1～2毫伏的電壓，眼睛開閉產(chǎn)生5～6毫伏的電壓，讀書或思考問題時大腦產(chǎn)生0.2～1毫伏的電壓。正常人的心臟、肌肉、視網(wǎng)膜、大腦等的生物電變化都是很有規(guī)律的。神經(jīng)細(xì)胞的構(gòu)造1.神經(jīng)細(xì)胞由樹突和細(xì)長的軸突和細(xì)胞相連,軸突由外面的細(xì)胞膜和里面的軸漿組成，有的軸突長達(dá)一米。2.高等動物的某些軸突被一個多層髓鞘所包圍二、用電纜模型來描繪軸突1.把軸突等效于同軸電纜。2軸漿看作電阻R，中有電流i（神經(jīng)脈沖）通過。3軸突膜很薄，兩側(cè)有電位差，（內(nèi)負(fù)外正）故要考慮漏電電阻R‘和電容C。Cm是單位面積容積（F/mm），Rm是單位面積漏電電阻（Ω/mm）。對一厘米軸突：R=2.5*108Ω電阻竟有如此之大，大自然竟用這種絕緣的導(dǎo)線，設(shè)計出高效的神經(jīng)聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。細(xì)胞膜很薄，可看作平行板電容，C正比于面積S，因此不必求介電常數(shù)，若軸突長1，則C=Cm*2πrl膜電阻R卻反比與S，因此R=Rm/2πrl1cm無髓鞘軸突，C=3*10-9F，R=6.4*105Ω，此值甚至小于軸漿電阻的1%，在1cm的路程內(nèi)99%以上的電流都穿過細(xì)胞膜泄漏掉了。三、軸突對脈沖的傳導(dǎo)和放大在實(shí)驗(yàn)中，無髓鞘軸突受刺激，顯現(xiàn)出類似行為，一根探針與電池連接在X=0的地方，Vi升到-60mV，隨著X的增大，Vi變化減小，達(dá)到穩(wěn)定的時間增大?？梢宰C明，當(dāng)離子濃度C0,Ci滿足方程q（VI-V0）=KTInC0/Ci時，離子處于平衡狀態(tài)。測得膜內(nèi)外的離子濃度，即可算得鈉的平衡電勢差為+66mV,鉀為-98mV，66mV＞-90mV＞-98mV，所以，Na+由外向里，K+由里向外自由擴(kuò)散但當(dāng)Vi｜x=0增到-50mV以上，x＞0的某處電勢會突增，稍后可看到，這是神經(jīng)傳導(dǎo)的關(guān)鍵。當(dāng)電勢突增時，細(xì)胞膜對Na+的透性也突增，造成Na+的急劇流入，使Vi從負(fù)到正，直至接近+66mV，Na+流變緩，此時對K+的透性也突增，K+急劇流出，Vi恢復(fù)。四、神經(jīng)傳導(dǎo)中的能量耗費(fèi)以上過程雖然復(fù)雜，卻不能耗費(fèi)能量，真正耗費(fèi)能量的是脈沖過后把多的Na+運(yùn)出和少的K+運(yùn)回的過程，軸突如果很粗，涌入的Na+和涌出的K+就會增多，要把他們運(yùn)回去耗能也會增