不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响.doc

实验2 不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响【关键词】不完全强直收缩 完全强直收缩 坐骨神经腓肠肌标本【实验目的】观察在刺激时间、强度变化率恒定的条件下，不同强度和频率的电刺激对肌肉收缩的影响。学习微机生物信号采集处理系统和换能器的使用。【实验原理】利用蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本，研究不同频率的电刺激对肌肉收缩的影响，刺激神经会引起肌肉收缩。肌肉、神经和腺体组织称为可兴奋组织，它们有较大的兴奋性。不同组织、细胞的兴奋表现各不相同，神经组织的兴奋表现为动作电位，肌肉的兴奋主要表现为肌肉收缩活动。因此，观察肌肉是否收缩可以判断它是否产生了兴奋。一个刺激是否可以能使组织发生兴奋，不仅与刺激形式有关，还与刺激时间、刺激强度、强度时间变化率三要素有关，用方形电脉冲刺激组织，则组织兴奋只与刺激强度、刺激时间有关。用方形电脉冲刺激组织，在一定的刺激时间（波宽）下，刚能引起组织发生兴奋的刺激称为阈刺激，所达到的刺激强度为阈强度，能引起组织发生最大兴奋的最小刺激，称为最大刺激，相应的刺激强度叫最大刺激强度；界于阈刺激和最大刺激间的刺激称为阈上刺激，相应的强度称为阈上刺激强度。刺激神经使神经细胞产生兴奋，兴奋沿神经纤维传导，通过神经肌接头的化学传递，使肌肉终板膜上产生终板电位，终板电位可以引起肌肉产生兴奋（即动作电位），传遍整个肌纤维，再通过兴奋收缩偶联使肌纤维中粗、细肌丝产生相对滑动，宏观上表现为肌肉收缩。肌肉收缩的形式，不仅与刺激本身有关，而且还与刺激频率有关。当刺激频率较小，刺激的间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩；增大刺激频率，使刺激的间隔大于一次肌肉收缩的刺激时间、小于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的间隔小于一次肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。 【实验方法】蟾蜍腓肠肌收缩随刺激强度的变化而变化，在一定范围内随刺激强度增大而增大，到最大刺激后不再增大；随刺激频率的变化而产生单收缩，不完全强直收缩和强直收缩。【实验分析】（1）恰好能引起肌肉出现微笑收缩的刺激强度为阈强度，引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度为最大刺激强度，在两者之间的刺激强度为阈上刺激强度。 （2）当刺激频率较小，刺激间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩；增大刺激频率，使刺激的间隔间于肌肉一次收缩和一次持续舒张的时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的间隔小于肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。【材料和方法】1、 实验材料 实验动物：蟾蜍 实验试剂：任氏液 实验器材：微调固定器，张力换能器，微机生物信号采集处理系统，铁支架、微调固定器、刺激输出线、肌动槽、张力换能器、RM6240微机生物信号处理系统2、 实验方法2.1 实验系统连接和参数设置 张力换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入通道相连。启动RM6240或MedLab系统软件在系统软件窗口设置仪器参数： （1）RM6240系统：点击“实验”菜单，选择“刺激强度（或频率）对骨骼肌收缩的影响”项。参数：通道模式为张力，采样频率400Hz1kHz，扫描速度1s/div，灵敏度1030g，时间常数为直流，滤波频率100Hz。正在“选择”下拉菜单中选择“强度/频率”项，现实刺激参数。 （2）MedLab系统：点击“实验”菜单，选择“刺激强度（或频率）对骨骼肌收缩的影响”项。仪器参数：放大倍数100，时间常数为直流，上线频率100Hz，采样间隔1ms。2.2 离体蟾蜍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。 蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上；用剪刀从脊柱正中剪开，向下从耻骨联合剪开分成两个下肢标本，用玻璃分针分离脊柱傍的神经丛，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，将神经干提起剪断分支。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，在膝关节剪去小腿其余办法，将坐骨神经腓肠肌标本标本置任氏液中备用。3、 实验结果不同刺激强度刺激蟾蜍坐骨神经对骨骼肌收缩的影响 恰好能引起肌肉出现微笑收缩的刺激强度为阈强度，引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度为最大刺激强度，在两者之间的刺激强度为阈上刺激强度。不同刺激频率刺激蟾蜍坐骨神经对骨骼肌收缩的影响 当刺激频率较小，刺激间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩；增大刺激频率，使刺激的间隔间于肌肉一次收缩和一次持续舒张的时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的间隔小于肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。4、 讨论 蟾蜍坐骨神经腓肠肌离体标本制作过程中，因其有较长时间脱离组织液而暴露于空气中，易导致离体组织发生不可逆的损伤而影响其生理功能，其机制主要为线粒体发生退化，三羧酸循环受阻，三磷酸腺苷（ATP）生成障碍，使得Na+-K+-ATP酶活性下降，造成细胞内Ca2+超载，肌细胞糖原合成减慢，蛋白质分解加速，并对肌细胞兴奋性与收缩性产生重要影响，从而直接影响实验结果。故此，在制作离体标本时应保证快速且无损伤，并于制作过程及实验中定时滴加任氏液，同时在做完标本后可以用锌铜弓检测腓肠肌的活性。5、 结论 （1）单干恒定时间的方波电压刺激坐骨神经干，电压低于阈值的强度刺激，坐骨神经干支配腓肠肌的神经纤维不发生兴奋，其所支配的肌细胞也不会发生兴奋和收缩。刺激电压达到阈强度时，坐骨神经干中阈值最低的神经开始兴奋，其所支配的运动单位的肌纤维兴奋并发生收缩，刺激强度逐渐增大，坐骨神经干中兴奋的神经纤维增加，兴奋和收缩的运动单位增加，其所募集的收缩张力也增加。刺激电压达到使支配腓肠肌的A纤维全部兴奋，腓肠肌全部的运动单位增加都兴奋并收缩，收缩张力达单收缩最大值。 （2）以最大刺激电压的连续脉冲刺激坐骨神经干，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。 随着刺激波间隔的减小，腓肠肌收缩张力也逐渐增大，强直收缩产生的张力显著大于单收缩。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。( 3 ) 用锌铜弓刺激神经，引起肌肉收缩。将锌铜弓的游离端浸在电解质溶液中时，锌片表面形成内负外正的双电层，铜片表面形成内正外负的双电层。它们与溶液之间均产生电位差（电极电位）。在锌与铜接触部，电流按铜到锌方向流动，在溶液中电流方向为锌到铜。当锌铜弓的两游离端接触表面湿润的神经或肌肉组织时，电流便沿锌 组织 铜的方向流动，在阴极下（铜片处）引起一次组织兴奋；当移开的瞬间，电流方向相反则在阳极下（锌片处）又引起一次组织兴奋。由于神经兴奋的电刺激阈值甚小（约108A）,而锌铜弓接触组织时产生的电流强度较大，足以构成对神经肌肉的有效电刺激，因此锌铜弓常被用作检验神经肌肉标本兴奋性的简便刺激装置。(4