骨骼肌单收缩刺激强度与反应

骨骼肌收缩实验 （1）,肌肉标本收缩的描记 及单收缩的分析 刺激的强度对骨骼肌收缩的影响,实验内容,实验要求进一步学习、掌握刺激器的使用；熟习张力传感器的使用。,实验的背景知识与实验原理,1. 肌肉标本收缩现象的描记 利用刺激器可诱发蛙的离体神经肌肉标本发生兴奋收缩现象，可利用适当的参数和图形，客观、详细、准确地描述肌收缩的生理现象与随时间变化的过程。,骨骼肌受到一次短促的阈上刺激时，先是产生一次动作电位，紧接着出现一次机械收缩，称为单收缩。收缩的全过程可分为潜伏期、收缩期和舒张期。在一次单收缩中，肌峰电位的时程（相当于绝对不应期）仅12毫秒，而收缩过程可达几十甚至上百毫秒（蛙的腓肠肌可达100毫秒以上）。,2. 张力换能器 换能器是一种能将机械能、化学能、光能等非电量形式的能量转换为电能的器件或装置，并线性相关。利用理化性质和理化效应制成的换能器种类繁多，原理各异。,张力换能器是一种能把非电量的生理参数如力、位移等转换为电阻变化的间接型传感器，属于电阻应变式传感器。通常由弹性元件、电阻应变片和其他附件组成。,张力换能器,弹性元件采用金属弹性悬梁，可根据机械力的大小选用不同厚度的弹性金属。弹性悬梁的厚度不同，张力换能器的量程亦不同。两组应变片R1、R4及R2、R3分别贴于梁的两面。两组应变片中间接一只调零电位器，并用56V直流电源供电，组成差动式的惠斯登桥式电路（非平衡式电桥），如图所示。,图. JZ100型张力换能器结构示意图,惠斯登桥式电路,图. 张力换能器应变片粘贴示意图,输出电压值与应变片所受力的大小成正比，即力的变化转换成电桥输出电压的变化。此电信号经过记录仪器的放大处理，就能描记出肌肉收缩变化的过程。,实验时，根据测量方向将换能器用“双凹夹”固定在合适的支架上。但由于双凹夹在支架上移位不方便，很难在小范围内做出精细的移位；移位不当，可能引起标本的损伤和换能器的损坏。,故现多采用“一维微调固定器”，由上下位置调节钮控制，可在小范围内（上下）精细的移位。这不仅方便了实验操作，也有利于前负荷的控制。,测量的方向，即力与位移的方向，要与张力换能器弹性悬梁的前端上下移动的方向保持一致（即与横梁成90度）。使能量转换和线性关系良好，符合张力换能器设计与使用上的要求。,张力换能器在使用中要注意 ： （1）记录肌肉收缩类实验指标时，张力换能器金属弹性悬梁外露的前端向下移位（下拉），收缩曲线为正立的，即肌收缩时，基线上移，舒张时下移，较为符合一般描记观察的习惯。,一般张力换能器的调零电位器设计为暗调节，为了方便使用，其暗调节孔朝上，故张力换能器有暗调节孔的一面为上 。,（2）在使用时，不能用手牵拉弹性梁和超量加载。张力换能器的弹性梁屈服极限为规定量程的23倍，如50g量程的张力换能器，在施加了150g力后，弹性悬臂梁将不能恢复其形变，换能器被损坏。,（3）防止水进入换能器内部。张力换能器内部没有经过防水处理，水滴入或渗入换能器内部会造成电路短路，损坏换能器。 （4）换能器与记录仪或生理信号采集处理系统配合使用时，为了精确测量，需要调零和定标（自动平衡类产品不需换能器调零）。,3. 影响骨骼肌收缩效能的因素 肌细胞最本质的功能是将化学能转变为机械功，产生张力和缩短。肌肉收缩效能（performance contraction）表现为收缩时产生的张力和/或缩短程度（shortening），以及产生张力或缩短的速度（velocity）。 横纹肌的收缩效能由收缩前或收缩时承受的负荷、自身的收缩能力和总和效应等因素决定的。,（所谓总和指骨骼肌收缩的叠加效应）,通过收缩的总和，骨骼肌可快速调节其收缩强度，而心肌则不会发生总和。由于在体的骨骼肌的收缩是受神经控制的，故收缩的总和是在中枢神经系统的调节下完成的。它有两种形式，即运动单位数量的总和与频率效应的总和。,4. 刺激强度与骨骼肌收缩反应,利用电脉冲刺激离体的神经肌肉标本，可观察到收缩总和的现象。实验证明刺激增加，参与收缩的运动单位增加，收缩的强度亦增加。刺激支配腓肠肌的坐骨神经或直接刺激腓肠肌时，不同的刺激强度会引起肌肉的不同反应。当全部肌纤维同时收缩时，则出现最大的收缩反应。这时，即使再增大刺激强度，肌肉收缩的力量也不再随之加大。可以引起肌肉发生最大收缩反应的最小刺激强度为最适刺激强度。,实验操作,一、制备标本二、实验装置三、实验观察与记录 1. 单收缩的分析记录 2. 刺激强度与收缩反应,一、剥制坐骨神经-腓肠肌标本,二、连接装置和仪器设备,肌动器,双凹夹,生理信号采集系统,刺激输出,换能器,腓肠肌,肌槽（板）,刺激与骨骼肌收缩实验装置示意图,换能器正面（贴标签面或有平衡暗调节孔的一面）向上。,一维微调器,实验装置图,一维微调器，可将夹持的换能器上下轻微移位。,张力换能器,结扎跟腱的线与换能器的悬梁端相连，并保持垂直。,此线的延展性应小，尽量短些（15cm以内），并适当绷紧。松紧程度视零点偏移而定，即不可偏离太大，且注意记录前调零（快速归零）。,张力传感器与输入通道相联，输入信号类别选“张力”；调快扫描（走纸）速度；打开刺激菜单，采用阈上刺激参数作单刺激，对骨骼肌单收缩进行记录。放大器的放大倍数（灵敏度）应适当进行调节，防止波形出现“削顶”。若记录曲线的基线严重偏离，应对记录系统“调零”（传感器）。,1. 单收缩的分析记录,三、实验观察与记录,2. 刺激强度与反应的关系,打开仪器系统的电源开关后，启动仪器的计算机软件界面，选择实验项目“刺激强度对骨骼肌收缩的影响”。调节延时至最小，波宽1ms，选择“强度递增单刺激方式”进行刺激。放大倍数一般设为1020倍或灵敏度30g/div，滤波频率为100Hz，扫描速度为1.0s/div。放大倍数、滤波频率及扫描速度可根据实验的具体情况，在实验模块默认设置的基础上进行微调。,极慢扫描速度下，大致相等时间间隔后，给以强度逐渐增加的单刺激（实验模式中的“强度递增刺激” ） 。直到确定出最适刺激强度后，停止刺激。每一单刺激的方波，波宽不变，调节其电压幅度来改变刺激的强度。,启动刺激，观察到出现肌肉的最小收缩。测量收缩幅度并记下刺激强度，此时的刺激强度为阈强度。 按相同间隔逐渐增加刺激强度，观察刺激强度与肌肉收缩反应的关系。 当刺激强度达到某一数值后，肌肉收缩幅度不再随刺激增加而升高。记录此时的收缩曲线和刺激强度。,起始刺激强度需要进行调节,步幅需要进行调节,强度递增刺激（单刺激）方式：仪器系统以程控方式设置的一种刺激方式，可在点击“开始刺激”后，按基本设置参数自动以强度递增方式发出刺激脉冲。即自动的每刺激一次，强度递增一次。刺激前，需确定初始刺激强度、组间延时，以及各组（次）刺激之间的强度增量。参数确定后，用鼠标单击刺激命令，系统即从初始刺激开始，按强度递增方式发出一组组刺激，各组刺激之间的周期由组间延时参数确定。,由“默认”改为“偏下”,腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系,阈刺激,最适刺激,1-1. 实验结果的纪录与分析, 选定实验项目后，在弹出的刺激器参数设置菜单中，首先将“强度递增刺激”模式改为“单刺激”，刺激波宽设为1ms，并将默认的刺激幅度适当调高。 点“开始采集”快捷键，查看显示屏上是否出现扫描线，进一步“调零”和调节“扫描速度”。 在连线扫描的基础上，点“刺激”键，给予标本单刺激，观察标本有无反应，显示屏上是否有收缩波出现。如果标本没有收缩反应，在确定标本活性正常的情况下，这时应一边增强刺激方波的电压（刺激强度），一边再刺激观察，同时要注意，仪器有无正常的刺激输出，刺激电极是否与标本接触良好。如果有收缩反应，却记录不出收缩波形，则应检查换能器、采集系统、信号输入连线等，并调节仪器灵敏度等参数，直到显示出收缩波形。 在确定仪器、标本、装置等均无问题，能记录到肌收缩波形的前提下，实验条件不变，进一步改变（减小）刺激电压，测出刺激的“阈值”。 将刺激参数调回“强度递增单刺激”的模式（组内刺激脉冲数为1），以稍低于“阈值”的刺激电压，作为起始刺激强度，再视标本活性的高低，调整好刺激递增的电压值（步幅），可调小一些，反之，可将“步幅”调大一些。,实验观察记录前，按以下步骤进行预试：,注意事项,1. 标本兴奋性必须良好，经常