當你打開一個電腦網頁時,你的眼睛和手指已經完成了諸如轉動眼球、滑動手指等一系列動作。你是否思考過,為何我們能完成這些動作呢?
其實,我們的每一個動作,都是肌肉收縮作用于骨骼的結果。當我們受到外界刺激時,會産生神經興奮。神經興奮是可以傳導的,當它傳導到肌肉時,會使肌肉也産生興奮,肌肉興奮又會引起肌肉收縮,從而産生各種動作。我們将這種能夠傳播的神經興奮稱為神經沖動。可以說,肌肉收縮就是神經沖動的間接體現。
那麼,神經沖動是怎麼産生的呢?
神經沖動是在神經纖維上傳導的動作電位。我們可以把神經沖動想象成電流,把神經纖維想象成電路。假如電路上連着一個燈泡,當電流通過電路時,燈泡就會亮。神經沖動引起肌肉收縮的情況也與此類似,隻不過神經沖動這種“電流”不是普通的電流,它的産生主要取決于兩種元素。這兩種元素就是鈉和鉀。鈉和鉀位于元素周期表的第一列,它們的最外層軌道隻有一個電子,極不穩定。因此,鈉和鉀一遇到空氣就會立馬與空氣中的氧發生反應,變成鈉離子和鉀離子。
作為常量元素,鈉和鉀在人體的含量很多,并且都是以離子的形式存在的。正常情況下,細胞外的鈉離子濃度高于細胞内的鈉離子濃度,細胞内的鉀離子濃度高于細胞外的鉀離子濃度。對于鈉離子來說,一有機會,它們就會朝細胞内流動;而對于鉀離子來說,它們更傾向于向細胞外流動,這是由它們在細胞内外的濃度差決定的。
當身體受到有效刺激時,細胞膜上的鈉離子通道開啟,鈉離子就會開始向細胞内流動。我們知道,鈉離子帶着一個正電荷,因此,如果大量的鈉離子向細胞内移動,必然會使細胞内外的電位發生變化。當細胞内外的電位達到平衡時,鈉離子就不再移動了。這時,細胞膜上的鉀離子通道開啟了,于是鉀離子就開始向細胞外流動,使細胞内外的電位再次發生變化,等到細胞内外的電位再次達到平衡時,鉀離子也停止移動了。
外界刺激使得鈉離子向細胞内移動,鉀離子向細胞外移動,這兩次移動使得細胞内外的電位發生了變化,這種變化就是動作電位。動作電位不會局限在受刺激的部位,動作電位産生後,會迅速向周圍傳導。一旦動作電位進行傳導,就會産生神經沖動。而神經沖動,則會導緻肌肉收縮。
由此可見,我們的生命活動離不開鈉和鉀。不過,這兩種元素并不是攝入越多越好。以鈉為例,世界衛生組織建議,成人每天攝入的鹽應不超過5克,其目的主要是限制鈉的攝入量。因為根據上述細胞膜内外電位變化的過程我們可以得知,如果體内的鈉離子過多,當細胞膜上的鈉離子通道開啟後,會有過量的鈉離子湧入細胞膜内。在這種情況下,即便鉀離子流到細胞膜外,細胞膜内也不能恢複最初的電位,導緻動作電位的傳導出現問題,無法正常地引起肌肉興奮,我們也就無法完成動作了。
本文由北京市第六十五中學高級教師李豔芝進行科學性把關。
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