蟾蜍骨骼肌兴奋与收缩实验

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日期：   2013.3.7

地点：     教C

实验报告

课程名称：        生理科学实验              指导老师：虞燕琴    成绩：

实验名称蟾蜍骨骼肌兴奋与收缩实验同组学生：

一、实验目的和要求（必填）                        二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）                            四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理                            六、实验结果与分析（必填）

本人Email： 

蟾蜍骨骼肌兴奋与收缩实验

（浙江大学医学院  级临床医学七年制生理科学实验  班  组，浙江 杭州 310058）

[摘  要]  目的：学习RM6240多道生理信号采集处理系统和换能器的使用。学习蟾蜍坐骨神经—腓肠肌标本制备方法。观察不同刺激强度频率对肌肉收缩的影响。观察神经肌接头兴奋传递和骨骼肌兴奋的电变化与收缩之间的时间关系及其各自特点。方法：在保持刺激时间恒定的条件下，逐步增加对蟾蜍坐骨神经的刺激强度和改变电脉冲刺激频率，利用RM6240观察记录腓肠肌收缩张力变化。结论：当波宽为0.1ms的单刺激时，阈刺激时，肌肉收缩力1.437±0.828g，最大刺激时，肌肉收缩力11.162±5.797g，两者有显著性差异（p<0.01），两者间肌肉收缩力随着刺激强度的增加而增大；在最大刺激作用下，不完全强直收缩临界频率为5Hz，肌肉收缩力为18.44±11.97g，完全强直收缩临界频率为20.7±4.9Hz，肌肉收缩张力为74.82±40.91g，后者肌肉收缩张力明显高于前者，两者有显著性差异（p<0.01），两者间肌肉收缩力随着刺激频率的增加而增大。不同的刺激强度和频率对蟾蜍坐骨神经腓肠肌有不同的影响，在一定范围内，具有递增关系。

[关键词] 腓肠肌；单收缩；完全强直性收缩；不完全强直性收缩；阈刺激

1  材料和方法

1.1    材料

1.1.1 实验动物：蟾蜍。

1.1.2 药品与试剂：任氏液(Ringer`s solution)。

1.1.3 仪器：RM6240生物信号处理系统、神经肌肉标本盒（nerve-muscle chamber )、张力换能器、锌铜弓、玻璃分针、镊子、剪刀、蛙板。

1.2 方法

1.2.1坐骨神经腓肠肌标本制备：蟾蜍毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。将蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上，用剪刀从脊柱正中剪开分成两个下肢标本，用玻璃分针分离脊柱傍的坐骨神经，用线在近脊柱处结扎，剪断神经，从大腿至腘窝分离坐骨神经。去除股骨上的肌肉，距膝关节1cm剪断股骨，分离腓肠肌跟腱穿线结扎，剪断跟腱，游离腓肠肌，在膝关节处剪去小腿。

1.2.2仪器连接和参数设置：固定股骨，坐骨神经搭于电极上。连接腓肠肌的张力换能器接第1通道，神经肌肉标本盒1对刺激电极接刺激输出通道，1对神经信号记录电极接第2通道。将腓肠肌跟腱的扎线固定在张力换能器悬臂梁上，不宜太紧，此连线应与桌面垂直，调节微距调节器，将前负荷调至2g。在“实验”菜单中选择生理科学实验中的“骨骼肌收缩”进入实验状态。参数：通道时间常数直流，灵敏度10-30g，滤波频率100Hz、 采样频率400-1KHz，扫描速度1s/div。刺激通道选单刺激模式，强度0.1~2V，波宽0.1ms，延迟1ms。 

1.3 统计处理：对各次的收缩强度、收缩张力和频率等数据数据进行t检验，以p<0.01表示差异有统计学意义。

2 观察项目

2.1不同刺激强度刺激坐骨神经对肌肉收缩张力的影响：从0.1V逐渐增大刺激强度，找出刚能引起肌肉出现微小收缩的刺激强度，即阈刺激强度。继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否相应增大。继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止,这时的刺激强度即最大刺激强度。

2.2最大刺激强度时，不同刺激频率刺激坐骨神经对骨骼肌收缩张力的影响：用最大刺激强度，使刺激频率逐渐增加，记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩变化。

2.3同步记录神经干动作电位、骨骼肌动作电位和肌肉收缩曲线。最大刺激强度下采用双刺激模式，波间隔分别为0.1,0.5,2,10,100,1000ms。

3. 实验结果

3.1记录阈刺激和最大刺激

对波宽为0.1ms的单刺激，阈刺激产生的肌肉收缩力1.437±0.828g显著小于最大刺激产生的肌肉收缩力11.162±5.797g（p<0.01），阈刺激时刺激强度为0.540±0.211V，明显小于最大刺激时刺激强度0.999±0.409V，差异有统计学意义（p<0.01）。在阈刺激和最大刺激之间，肌肉的收缩力随着刺激强度的增加而增加，当达到最大刺激后不再增加。见表1 图1

表1.  刺激坐骨神经引起蟾蜍腓肠肌收缩的阈刺激和最大刺激

3.2单收缩与不完全强直的临界频率，不完全强直与完全强直的临界频率

在最大刺激作用下，单收缩临界频率为1Hz，肌肉收缩力为10.46±5.81g，不完全强直收缩临界频率为5Hz，肌肉收缩张力为18.44±11.79g，完全强直收缩频率为20.7±4.9Hz，肌肉收缩力为74.82±40.91g，完全强直收缩张力明显高于不完全强直收缩，差异具有显著性（p<0.01），从不完全强直收缩到完全强直收缩之间，随着刺激频率的增加，肌肉收缩力逐渐增大。见表2，图2

表2. 刺激坐骨神经引起腓肠肌单收缩的刺激频率和完全强直的刺激频率

图2. 刺激坐骨神经引起腓肠肌单收缩的刺激频率和完全强直的刺激频率

3.3不同刺激波间隔的肌肉张力

在最大刺激强度下，0.5ms的波间隔肌肉收缩张力为7.04±5.24g，2ms的波间隔肌肉收缩张力为8.18±6.37g，10ms的波间隔肌肉收缩张力为13.52±7.12g。2ms的波间隔时与10ms的波间隔时具有显著差异（p<0.01）。在一定范围内随着波间隔的增加肌张力也随之增加。见表3 图3

表3.不同波间隔时的收缩张力

图3.不同波间隔时的收缩张力

4．讨论

4.1因为实验用的蟾蜍有大小生理状况等不同差异，制作得到的腓肠肌标本也具有差异，而且这种差异有时会比较大，这就造成了一些组之间实验数据的差异。另外，腓肠肌离体后神经肌肉会渐渐失活，失活的速度取决于蟾蜍本身的状况以及组员滴加任氏液的频率。而实验时腓肠肌的活性程度自然对实验数据有较大影响。由于不同波间隔双刺激实验是最后做的，相对来说腓肠肌活性要差一些，所以实验数据的出来较之前的差距更大，所以此时我们去掉了最值以求增加实验可靠度。但是在之前部分的实验中，虽然最大数据几乎是最小数据的十倍，我们认为其还是合理的，因为其数据的变化符合实验规律，体现出了我们要验证的原理。另外，实验中我们发现我们第7组的数据相对其他组较低，经过分析，认为原因可能有两个，一是腓肠肌标本制作出来以后没有在任氏液中浸泡足够长的时间，这导致了我们第一个腓肠肌标本的干掉，另外一个连续强刺激之后没有给与腓肠肌足够长的休息时间，最终导致几乎每一部分实验测得的数据都有一定程度的偏低。

4.2从阈刺激到最大刺激，肌张力呈增加趋势，到达最大刺激后几乎不再增加。这是因为从阈刺激开始，阈值最低的神经开始兴奋，刺激越强，电压越高，则更多的神经纤维开始兴奋，当最大刺激时，所有的神经纤维都兴奋，肌张力达到单收缩最大。

4.3最大刺激电压下，不完全强直时肌张力显著增加，到达完全强直后，几乎不再增加。剌激波的间隔时间大于单收缩的持续时间，肌肉收缩波呈现与刺激频率相同的单收缩波；刺激波间隔小于单收缩的持续时间，肌肉收缩波发生融合(总和），融合发生于舒张期，出现不完全强直收缩；融合发生于收缩期，出现完全强直收缩波，但神经干动作电位不发生融合。肌肉单收缩时，胞浆内Ca2+浓度升高的持续时间太短，被激活的收缩蛋白尚未产生最大张力时，胞浆Ca2+浓度即已开始下降，单收缩产生的张力不能达到胞浆内Ca2+浓度相应的最大张力。强直收缩时，肌细胞连续兴奋，引起终池中的钙连续释放胞浆内的Ca2+浓度持续升高，使肌肉未完全舒张或未舒张时进一步收缩，使收缩张力逐渐增大，完全强直收缩时收缩张力达到了一个稳定的最大值。

4.4刺激波间隔小于0.5ms时，神经干的第2个动作电位消失，肌肉的收缩显著降低。刺激波间隔小于神经干不应期，第二个刺激落在神经干的绝对不应期内，神经纤维不发生兴奋。

参考文献

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[5]曾绍锋，陈维毅，陈文哲. 骨骼肌在重复电刺激下生理行为研究[J]. 生物医学工程学杂志. 2008.25(4)：842-844