«Нервный импульс» без угадывания: тест по биологии с разбором вариантов

Нервный импульс — не «струя электричества», бегущая внутри аксона. Это распространяющееся изменение мембранного потенциала, связанное с работой ионных каналов. Ниже пять опорных фактов, после которых задания постепенно переходят от узнавания к прогнозу результата.

Содержание статьи5 разделов

5 опорных фактов

1. В покое мембрана нейрона имеет разность потенциалов.

2. Если деполяризация достигает порога, запускается потенциал действия.

3. Быстрая деполяризация связана главным образом с входом Na⁺, реполяризация — с выходом K⁺.

4. Потенциал действия подчиняется принципу «всё или ничего» для данного участка мембраны.

5. Сильный стимул обычно кодируется частотой импульсов, а не увеличением амплитуды каждого потенциала действия.

Механизм, данные и прогноз: 20 вопросов

1. Что называют потенциалом покоя нейрона?

2. Что происходит при достижении порога на возбудимой мембране аксона?

3. Какое движение ионов главным образом вызывает быструю фазу деполяризации потенциала действия у типичного нейрона?

4. Какое движение ионов особенно важно для реполяризации после пика потенциала действия?

5. Что означает принцип «всё или ничего» для потенциала действия?

6. Стимул стал сильнее, но амплитуда каждого потенциала действия аксона почти не изменилась. Что вероятнее изменилось?

7. Почему потенциал действия обычно распространяется вдоль аксона без постепенного уменьшения амплитуды?

8. Какую роль играет рефрактерный период?

9. Если блокировать потенциалзависимые натриевые каналы аксона, что произойдёт?

10. Почему натрий-калиевый насос важен, хотя он не создаёт быстрый фронт каждого импульса?

11. Что отличает локальный градуальный потенциал от потенциала действия?

12. В опыте мембрана деполяризовалась, но порог не достигнут. Каков наиболее вероятный результат?

13. Почему миелинизированный аксон проводит импульс быстрее сопоставимого немиелинизированного?

14. Что произойдёт, если внезапно исчезнет концентрационный градиент Na⁺ между наружной и внутренней средой аксона?

15. Почему импульс по аксону в физиологических условиях обычно движется от места запуска к окончаниям?

16. В записи с аксона получили импульсы одинаковой высоты, но при сильном стимуле интервалы между ними стали короче. Что это означает?

17. Какая последовательность фаз наиболее логична для типичного потенциала действия?

18. Какой фактор обычно повышает скорость проведения по аксону?

19. Почему выражение «нервный импульс — это поток электронов как в металлическом проводе» неточно?

20. Какое объяснение лучше связывает порог, каналы и «всё или ничего»?

Выберите ответы и нажмите кнопку проверки.

Логическая цепочка

стимул→градуальный потенциал→порог→потенциал действия→рефрактерность

Что повторить по ошибкам

  • 1–4, 9–10, 14 → ионные градиенты и каналы.
  • 5–8, 12, 15–16, 20 → порог, частота, рефрактерность и проведение.
  • 11, 13, 17–19 → различия градуального потенциала, потенциала действия и миелинизации.

Открытые задания

  1. Объясните, почему сильный стимул не обязан повышать амплитуду каждого импульса. Критерий: упомянуть «всё или ничего» и частоту.
  2. Предскажите результат блокады K⁺-каналов во время реполяризации. Критерий: замедление возвращения мембранного потенциала к исходному уровню.
  3. Сравните непрерывное и скачкообразное проведение. Критерий: роль миелина и узлов Ранвье.
Ключ и объяснения
  1. 1. C — Устойчивую разность электрических потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны в состоянии покоя
    Потенциал покоя возникает из-за неравномерного распределения ионов и избирательной проницаемости мембраны. Насосы и каналы поддерживают условия, при которых внутренняя сторона обычно отрицательнее наружной.
  2. 2. A — Запускается самоподдерживающийся потенциал действия
    Порог — уровень деполяризации, при котором положительная обратная связь открытия натриевых каналов становится достаточной для запуска потенциала действия. Слабые подпороговые изменения могут затухнуть без такого события.
  3. 3. D — Вход Na⁺ в клетку через потенциалзависимые каналы
    При открытии потенциалзависимых натриевых каналов Na⁺ движется по электрохимическому градиенту внутрь. Это быстро делает мембранный потенциал менее отрицательным и затем положительным.
  4. 4. B — Выход K⁺ из клетки
    Открытие потенциалзависимых калиевых каналов увеличивает выход K⁺ и возвращает мембранный потенциал к отрицательным значениям. Одновременно натриевые каналы переходят в инактивированное состояние.
  5. 5. C — После достижения порога отдельный потенциал действия имеет характерную амплитуду и не становится постепенно выше с усилением стимула
    Пороговый запуск приводит к стандартной последовательности работы каналов. Сильнее раздражитель обычно увеличивает частоту потенциалов действия или число активированных нейронов, а не амплитуду каждого импульса данного аксона.
  6. 6. B — Частота возникновения потенциалов действия
    Интенсивность стимула часто кодируется частотой разрядов: более сильная деполяризация позволяет импульсам возникать чаще. Амплитуда отдельного потенциала действия ограничена свойствами мембраны и ионных градиентов.
  7. 7. A — Каждый следующий участок мембраны достигает порога и регенерирует новый потенциал действия
    Локальный ток от активного участка деполяризует соседний участок до порога. Там открываются его собственные потенциалзависимые каналы, поэтому сигнал регенерируется, а не просто пассивно затухает.
  8. 8. D — Временно снижает или исключает возможность немедленного повторного запуска и помогает направленному распространению
    После потенциала действия часть натриевых каналов временно инактивирована, а проводимость K⁺ ещё изменена. Это ограничивает максимальную частоту разрядов и препятствует немедленному обратному возбуждению участка.
  9. 9. C — Запуск и распространение обычного потенциала действия резко нарушатся
    Натриевый ток необходим для быстрой деполяризации типичного потенциала действия. Без него соседние участки не смогут нормально достичь и поддержать фазу восходящего фронта.
  10. 10. A — Он поддерживает ионные градиенты, необходимые для многократной электрической активности
    Насос постоянно переносит Na⁺ и K⁺ против их градиентов и тем самым поддерживает исходные концентрационные различия. Быстрые фазы потенциала действия обеспечиваются каналами, но без сохранения градиентов система постепенно потеряла бы работоспособность.
  11. 11. B — Его величина зависит от силы воздействия и он может затухать с расстоянием
    Градуальные потенциалы возникают, например, на дендритах и соме и могут иметь разную амплитуду. Потенциал действия запускается порогово и активно регенерируется вдоль аксона.
  12. 12. D — Полноценный потенциал действия не возникнет
    Подпороговое изменение может вызвать локальный потенциал, но не запускает регенеративный потенциал действия. Для запуска необходимо достичь критического уровня деполяризации на возбудимом участке.
  13. 13. B — Ток быстро распространяется под миелином, а потенциал действия регенерируется преимущественно в узлах Ранвье
    Миелин повышает электрическое сопротивление мембраны и уменьшает утечку тока между узлами. Поэтому деполяризация быстрее достигает следующего узла, где сигнал активно восстанавливается.
  14. 14. C — Деполяризующий натриевый ток и нормальный потенциал действия серьёзно нарушатся
    Движение Na⁺ внутрь зависит от электрохимического градиента. Если градиент исчезает, открытие натриевых каналов уже не создаёт обычный сильный входящий ток.
  15. 15. A — Участок позади фронта временно рефрактерен, а впереди остаётся возбудимым
    Локальные токи могут распространяться в обе стороны, но недавно активированный участок не готов немедленно запустить новый потенциал действия. Это способствует эффективному продвижению фронта вперёд.
  16. 16. D — Увеличилась частота разрядов
    Одинаковая высота импульсов согласуется с принципом «всё или ничего». Более короткие интервалы означают больше импульсов за единицу времени, то есть более высокую частоту кодирования.
  17. 17. C — Покой → деполяризация → реполяризация → краткая следовая гиперполяризация → восстановление
    После порогового запуска натриевый ток вызывает деполяризацию, затем калиевый ток способствует реполяризации. Из-за относительно медленного закрытия части K⁺-каналов потенциал может кратко стать более отрицательным, чем в покое.
  18. 18. B — Миелинизация и больший диаметр аксона
    Больший диаметр уменьшает внутреннее сопротивление току, а миелин уменьшает потери через мембрану. Оба свойства могут ускорять распространение сигнала.
  19. 19. D — В аксоне сигнал создаётся движением ионов через мембрану и последовательным изменением мембранного потенциала
    Биологическая мембрана использует ионные градиенты и селективные каналы. Электрические свойства похожи на ток лишь частично, но механизм отличается от переноса свободных электронов по металлу.
  20. 20. A — Достижение порога открывает достаточно натриевых каналов для положительной обратной связи, поэтому запускается полный потенциал действия
    Порог отражает переход локальной деполяризации в регенеративный процесс. Пока открытие натриевых каналов недостаточно, изменение затухает; после порога оно быстро усиливается и формирует полноценный импульс.
Поделиться

Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.

Telegram WhatsApp VK OK

Поставить оценку

Была ли статья полезной и понятной?

Пока нет оценок — будьте первым