高中 | 第1节 神经调节的结构基础 题目答案及解析

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选择性必修一 稳态与调节

第二章 神经调节

第1节 神经调节的结构基础

科学家发现肠道微生物群与大脑功能之间存在密切联系。这种联系被称为“肠微生物$\rm -$$\rm -$脑轴”$\rm (MGBA)$,主要由神经系统、内分泌系统、免疫系统以及肠道菌群等共同组成。

大脑向肠道菌群发送信号主要通过由传出神经组成的                 系统完成,其中                 $\rm ($填“交感”或“副交感”$\rm )$神经兴奋使肠道蠕动加强,从而改善肠道营养供应,对肠道菌群产生影响。

[["自主神经系统","副交感"]]

支配内脏、血管和腺体的传出神经,它们的活动不受意识支配,称为自主神经系统。大脑向肠道菌群发送信号主要通过由传出神经组成的自主神经系统完成,其中,副交感神经兴奋使肠道蠕动加强,从而改善肠道营养供应,对肠道菌群产生影响。

在应激焦虑状态下,下丘脑$\rm -$垂体$\rm -$肾上腺皮质轴$\rm (HPA$$\rm )$可影响肠道菌群的组成和功能。当肠道菌群恢复平衡状态时,$\rm HPA$轴过度激活结束,各激素含量趋于稳定。上述稳态调节过程涉及的调节机制有                                                                

[["

分级调节、反馈调节

"]]

在应激焦虑状态下,下丘脑$\rm -$垂体$\rm -$肾上腺皮质轴$\rm (HPA$$\rm )$可影响肠道菌群的组成和功能,在$\rm HPA$轴中,存在分级调节。当肠道菌群恢复平衡状态时,下丘脑$\rm -$垂体$\rm -$肾上腺皮质轴过度激活结束,各激素含量趋于稳定,涉及了(负)反馈调节。上述稳态调节过程涉及的调节机制有分级调节和(负)反馈调节。

研究人员为探究益生菌能否改善焦虑,让两组正常小鼠长期处于应激焦虑状态,得到焦虑小鼠,饲喂实验组小鼠特定益生菌,持续$\rm 4$周。检测小鼠肠道内部分菌群平均数量,结果如下表。

检测指标实验组对照组
乳酸杆菌丰度显著升高
双歧杆菌丰度显著升高
血清$\rm SCFA$水平显著升高
血清$\rm IL-6$水平?
海马区$\rm BDNF$表达量显著升高
焦虑指数显著降低

注:$\rm SCFA$:短链脂肪酸;$\rm BDNF$:脑源性神经营养因子

由表可知,肠道益生菌可通过多条途径缓解焦虑:

①益生菌增加了乳酸杆菌和双歧杆菌丰度,促进$\rm SCFA$生成,$\rm SCFA$经血管直接进入脑部发挥作用,通过                 $\rm ($填“增强”或“减弱”$\rm )HPA$轴的响应,从而改善肠胃功能。

②细胞因子$\rm IL-6$可导致神经炎症,推测益生菌的添加                 $\rm ($填“升高”或“降低”$\rm )IL-6$的表达。

$\rm SCFA$$\rm BDNF$作用                 ,增强海马区神经元活性,改善焦虑行为。

[["减弱","降低","神经系统"]]

从第($\rm 2$)问的“在应激焦虑状态下,$\rm HPA$轴可影响肠道菌群的组成和功能。当肠道菌群恢复平衡状态时,$\rm HPA$轴过度激活结束,各激素含量趋于稳定”可以推测出应激焦虑会过度激活$\rm HPA$,导致相关产物合成增加,影响了肠道菌群的组成和功能。因此,$\rm HPA$轴的响应减弱,才会改善肠胃功能。益生菌增加了乳酸杆菌和双歧杆菌丰度,促进$\rm SCFA$生成,$\rm SCFA$经血管直接进入脑部发挥作用,通过减弱$\rm HPA$轴的响应,从而改善肠胃功能。

细胞因子$\rm IL-6$可导致神经炎症,推测益生菌降低了$\rm IL-6$的表达,减少了炎症,“滋养”神经细胞,缓解焦虑。

$\rm SCFA$$\rm BDNF$作用神经系统,增强海马区神经元活性,改善焦虑行为。

若需验证“迷走神经在益生菌改善焦虑中的作用”,请设计一项补充实验$\rm ($仅需写出实验思路$\rm )$                                                                

[["

增设第三组焦虑小鼠,用手术器材切断第三组小鼠的迷走神经,饲喂与原来的实验组小鼠等量的特定益生菌,持续$\\rm 4$周,检测小鼠肠道内部分菌群平均数量、血清$\\rm SCFA$$\\rm IL-6$水平、海马区$\\rm BDNF$表达量、焦虑指数。

"]]

实验目的是“验证迷走神经在益生菌改善焦虑中的作用”,自变量是“是否饲喂特定益生菌”和“有无迷走神经”,因变量是焦虑症状及相关指标(小鼠肠道内部分菌群平均数量、血清$\rm SCFA$$\rm IL-6$水平、海马区$\rm BDNF$表达量);设计实验时,遵循对照原则和单一变量原则。故实验思路大致如下:取生理状态相同的健康小鼠若干只,分为甲、乙、丙三组,让三组小鼠长期处于应激焦虑状态,得到焦虑小鼠;用手术器材切断丙组小鼠的迷走神经,甲、乙组小鼠模拟手术过程但不进行实质性干预,不切断迷走神经;饲喂乙组和丙组小鼠特定益生菌,持续$\rm 4$周,检测三组小鼠肠道内部分菌群平均数量、血清$\rm SCFA$$\rm IL-6$水平、海马区$\rm BDNF$表达量、焦虑指数。因为是“设计一项补充实验”,所以,可以在“研究人员为探究益生菌能否改善焦虑,让两组正常小鼠长期处于应激焦虑状态,得到焦虑小鼠,饲喂实验组小鼠特定益生菌,持续$\rm 4$周。”的基础上,增设第三组焦虑小鼠,用手术器材切断第三组小鼠的迷走神经,饲喂与原来的实验组小鼠等量的特定益生菌,持续$\rm 4$周,检测小鼠肠道内部分菌群平均数量、血清$\rm SCFA$$\rm IL-6$水平、海马区$\rm BDNF$表达量、焦虑指数。

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