刺激强度、刺激频率与肌肉收缩反应的关系

刺激强度、刺激频率与骨骼肌收缩的关系,Effect of Stimulation with Different Intensities and Frequencies on Muscular Contraction,【目的要求】,掌握蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本的制备方法；学习神经-肌肉实验的电刺激方法；观察不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响。,【实验原理】,刺激与兴奋神经纤维具有兴奋性和传导性；肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉收缩是其兴奋的外在表现。,刺激和兴奋,刺激stimulation：指细胞所处环境因素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋，就必须达到一定的刺激量。,阈强度：能引起组织发生反应的最小刺激强度，又称为阈值。具有阈强度的刺激称为阈刺激（threshold stimulus）。,1. 刺激强度与肌肉收缩反应,刺激产生兴奋，肌肉兴奋导致肌肉收缩坐骨神经干属于混合神经，内含多条阈值各不相同的神经纤维。腓肠肌也含有多条肌纤维，受多个运动单位的控制。刺激强度的变化可以引起坐骨神经中被兴奋神经纤维数量的变化，通过运动单位控制相应数量的肌纤维收缩，产生不同的张力变化。,一条神经纤维或骨骼肌纤维,“全或无” (all-or-none),达到阈值神经纤维，肌纤维兴奋并收缩超过阈值收缩力不增加,一根坐骨神经一块骨骼肌,一定范围内，肌肉收缩力的大小与刺激强度成正比,阈下刺激无兴奋无收缩阈刺激兴奋性最高的神经纤维兴奋，少数肌纤维兴奋并收缩刺激强度神经纤维被兴奋数量，兴奋收缩的肌纤维数量，收缩力最适强度所有神经纤维和肌纤维均兴奋，收缩力最大最适强度收缩力不增加,单收缩twitch：骨骼肌受到一次短促有效刺激时,可发生一次动作电位,随后出现一次收缩和舒张。单收缩时程100ms左右。,2.刺激频率与肌肉收缩反应,动作电位时程(相当于绝对不应期)仅12毫秒,骨骼肌可在机械收缩过程中接受新刺激发生新的兴奋和收缩,收缩过程可达几十几百毫秒,两/多个阈上刺激，相继作用于神经-肌肉标本，如果刺激间隔大于单收缩的时程，肌肉则出现两个分离的单收缩；,较高频率连续刺激作用于标本时，出现多个收缩反应的融合，新收缩过程与上次尚未结束的收缩过程发生总和，称为强直收缩tetanus （复合收缩）。后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，称为不完全强直收缩incomplete tetanus 。后一收缩发生在前一收缩的收缩期时，各自的收缩完全融合，肌肉处于持续的收缩状态，称为完全强直收缩complete tetanus 。,在生理条件下，支配骨骼肌的传出神经总是发出连续的冲动，所以骨骼肌的收缩都是强直收缩；静息状态下，中枢神经也经常发放低频率神经冲动至骨骼肌，产生一定程度的强直收缩，称为肌紧张(muscle tone)。,【动物和器材】,蟾蜍或蛙；任氏液；常规手术器械；微机生物信号采集处理系统毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。,【方法和步骤】,1. 蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备2. 实验装置连接3. 实验观察1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响,1. 蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备,双毁髓，剥去一侧下肢自大腿跟部起的全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。分离坐骨神经：在大腿内侧的股二头肌与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至膝关节处，并在神经下穿线备用。游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关节。,2. 实验装置连接,将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直）。把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电极上，保证神经与刺激电极接触良好。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。启动生物信号采集系统软件，选择好通道和采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。,3. 实验观察,（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响使用单刺激或自动强度调节方式，波宽为1ms，刺激强度从零开始逐渐增大，找出刚能引起肌肉出现最微小收缩的刺激强度（阈强度）。继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度，即最大刺激强度。,（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响 用最大刺激强度的连续刺激，选择经典方式逐渐增加刺激频率，分别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。,实验结果？,【注意事项】,1经常用任氏液浸润标本，保持生理活性。 2 肌槽两电极之间不要残留液体，防止电极间短路。3 每次刺激后须让肌肉休息30s以上 ，连续刺激不可超过5秒，以免标本疲劳。4 找准最适刺激强度，以防刺激过强而损伤神经. 5 换能器与标本连线的张力保持不变。6 如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需检查电器接地是否良好。,【思考与讨论】,1）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，还是肌肉的阈刺激？2）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？3）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间因素和生理过程。4）分析不完全/完全强直收缩的条件与机制？5）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？6）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？7）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起肌肉收缩的动作电位会不会融合