生理科学实验实验2-3a

1、坐骨神经干动作电位的特性，绮,（浙江大学医学院 2011 级临床医学专业 3A 班，浙江 杭州 310058）摘 要 目的：测定坐骨神经干复合动作电位，探讨坐骨神经干的特性、双相动作电位形成机制及神经损伤、药物对神经兴奋传导的影响。方备坐骨神经干标本，通过改变引导电极方向、距离和改变刺激强度等条件，电刺激神经干获得坐骨神经干的单相、双相AP，用 RM6240BD 型生物信号处理系统观察动作电位，并于机械损伤、KCl、procaine 处理后，观察神经干动作电位的变化。结果：用 1.0V 电压，波宽 0.1ms刺激神经干末梢端时，中枢引导的双相动作电振幅显著大于负振幅（P0.01），正时程显著小

2、于负时程（P0.01）；用 1.0V 电压，波宽 0.1ms刺激神经干中枢端时，引导电极间距为 10mm 时产生的动作电向振幅显著小于引导电极间距为 20mm时产生的正向振幅（P0.01），也显著小于引导电极间距为 30mm 时产生的正向振幅（P0.01），引导电极间距为10mm 时产生的动作电位负向振幅显著小于引导电极间距为20mm 时产生的负向振幅（P0.01），也较显著小于引导电极间距为 30mm 时产生的正向振幅（P0.05），引导电极间距为 10mm 时产生的动作电向时程显著小于引导电极间距为 20mm 时产生的正向时程（P0.01），也显著小于引导电极间距为30mm 时产生的正向时

3、程（P0.01）；引导电极间距为 10mm 时产生的动作电位负向时程显著小于引导电极间距为 20mm 时产生的负向时程（P0.01），也显著小于引导电极间距为 30mm 时产生的正向时程（P0.01）。刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0 1 （ms）时，单相动作电位时程显著大于双相动作电位时程（P0.01）。当刺激波宽为 0.1ms 时，测得神经干的阈刺激Uth 为 0.24 V，最大刺激Umax 为 0.64 V，动作电位传导速度为 25.64 m/s。刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0.1 ms 时，3 mol/L KCl 溶液处理后的正向动作电位振幅显著大于处理前的正向振幅（P0.05）

4、，而处理后的负向动作电位振幅则显著小于处理前的负向振幅（P0.05）。刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0.1 （ms）时，4 procaine 溶液处理后的正向动作电位振幅比处理前的正向振幅显著增大（P0.01），而处理后的负向动作电位振幅则显著小于处理前的负向振幅（P0.01）。结论：兴奋可在神经干上双向传导。当引导电极间距小于时，正和负向波发生叠加，形成正负相的振幅和时程均不同的双相动作电位。神经干动作电位的产生存在电压的阈刺激和最大刺激强度，在一定范围内，神经干动作电位振幅与刺激强度呈正相关。神经机械损伤、3mol /LKCl、procaine 都能够阻断神经干的兴奋传导。 坐骨神经干；

5、复合动作电位；传导速度；KCl；动作电位波长批注 2: ？批注 1:背景 神经在接受阈上刺激后产生全或无的动作电位，产生后沿其神经以一定的速度传导。神经干由许多神经组成，从神经干引导的动作电位是这些神经的复合动作电位。通过置于神经干上的电极，可以引导出不同的单相、双相动作电位。不同的神经传导速度也不同，坐骨神经干主要由 A类组成，传导速度约为 30-40m/s。神经损伤以及药物作用等对神经的兴奋、传导都具有影响。本实验通过测定不同条件下神经干动作电位参数变化，探讨其机制。1.材料1.2 实验药品及试剂 任氏液、4%、3 mol/L 氯化钾。1.3 实验仪器 RM6240 生物信号处理系统（仪器

6、厂）、神经标本盒、手术剪、玻璃分针、细线。2. 方法2.1坐骨神经干毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。下肢背面向上置于蛙板上，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。坐骨神经标本置任氏液中备用。2.2 仪器连接和参数 “实验”菜单中选择生理科学实验中的“神经干动作电位”进入实验信号状态。仪器参数：1、2 通道时间常数 0.02s、滤波频率 1KHz、灵敏度 5mV，采样频率 40kHz，扫描速度 0.5ms/div。单刺激方式，刺激幅度 1.0V，刺激波宽 0.1ms，延

7、迟 5ms，同步触发。2.3 动作电位引导 神经干标本置于标本盒的电极上，神经与电极接触良好，调节刺激电压，动作电位。2.4 数据表示 动作电位的振幅和时程数值均用XS，显著性检验用t 检验（取 p0.01）。3.观察项目3.1 测定中枢端引导的双相动作电位（BAP）：用 1.0 V 电压，波宽 0.1ms刺激神经干末梢端，测定中枢端 BAP 正、负向振幅和时程。3.2 引导电极间距离与动作电位振幅和时程的关系：用 1.0 V 电压，波宽 0.1 ms 的单个激刺激神经干中枢端，测定第 1 对引导电极间距为 10、20、30 mm 时的 BAP 正相振幅和时程。3.3 测定末梢端引导的双相动作

8、电位：用 1.0 V 电压，波宽 0.1ms 的单个激刺激神经干中枢端，测定末梢端 BAP 正、负相振幅和时程。3.4 兴奋传导速度的测定：用 1.0V 电压，波宽 0.1ms 的单个激刺激神经干中枢端，测定第 1 和第 2对引导电极引导 CAP 起点的时间差t ，根据 S （R1- R2） / t 计算出 AP 的传导速度。批注 5:批注 4:批注 3:1.1 实验动物（中华指名亚种，Zhuoshan Toad）。3.5 测定单相动作电位（MAP）：用镊子夹伤对 1 对引导电极间的神经干，然后用 1.0V 电压，波宽 0.1ms的单个刺激神经干中枢端，测定末梢端 MAP 振幅和时程。3.6

9、观察刺激强度与动作电位振幅的关系：刺激波宽 0.1ms，刺激电压从 0.1V 开始，按步长 0.01V 增加，刺激电压每增加一次刺激神经干：刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0.1 ms，并刺激电压和MAP 振幅。（要求：测定阈强度和最大刺激强度，刺激强度与动作电位振幅的关系曲线）3.7 测定 KCl 处理前后 AP 振幅：刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0.1 ms，3 mol/L KCl 处理前，处理后 2min 时 AP 的振幅。3.8 测定处理前后 BAP 振幅：刺激电压 1.0 V，刺激波宽 0.1 ms，4处理前，处理后 5min 时 BAP 的振幅。4.结果4.1 测定中枢端引导的

10、双相动作电位（BAP)刺激电压 1.0V，刺激波宽 0.1ms 时，第 1 对引导电极的动作电相波和负相波振幅分别为 4.771.21mV 和 2.860.81 mV，A1chp 大于 A1chn ，两者有高度显著性差异（P0.01)；动作电相时程 0.830.13 mV 短于负相时程 1.980.33 mV，两者有高度显著性差异（P0.01)。第 2 对引导电极的动作电相振幅 3.621.21 mV,负相振幅 1.410.66 mV, 两者有高度显著性差异（P0.01)；动作电相时程 1.270.28 ms 短于负相时程 2.410.59ms, 两者有高度显著性差异（P0.01)。见附录表一

11、。4.2 测定不同引导电极间距离与动作电位振幅和时程刺激电压 1.0V，刺激波宽 0.1ms，引导电极间距等于 10mm、20mm 和 30mm 时，末梢端引导的动作电相振幅分别 A10p 为 8.212.68 mV、A20p 为 10.583.23 mV、A30p 为 10.613.43 mV，且 A30p大于A20p（ P0.01)、A20p 大于 A10p（ P0.01) ，有高度显著性差异。负相振幅分别 A10n 为 3.961.40mV、A20n 为 5.581.72 mV、A30n 为 4.161.90 mV，A20n 大于 A10n 且有显著性差异（ P0.01), A30n小于

12、 A20n，有高度显著性差异（P0.01）。末梢端引导的动作电相振幅均大于负相振幅，且差异显著（ P0.01)。具体数据见附录表 2。用 1.0V 电压，波宽 0.1ms刺激神经干中枢端时，引导电极间距为 10mm 时产生的动作电向时程 0.800.09 ms 显著小于引导电极间距为 20mm 时产生的正向时程 1.090.32 ms（P0.01），也显著小于引导电极间距为 30mm 时产生的正向时程 1.180.20 ms（P0.01）；引导电极间距为 10mm 时产生的动作电位负向时程 1.800.40 ms 显著小于引导电极间距为 20mm 时产生的负向时程 2.350.44 ms（P0

13、.01），也显著小于引导电极间距为 30mm 时产生的正向时程 2.790.74 ms（P0.01）。具体数据见附录表 3。此外，无论引导电极间距为 10mm、20mm、30mm 时，动作电向振幅A10p、A20p、A30p 均分别显著大于负向振幅A10n、A20n、A30n 的振幅（均为 P0.01）；动作电向时程 D10p、D20p、D30p 均分别显著小于负向时程D10n、D20n、D30n 的振幅（均为P0.05）；单相动作电位时程 Dm1.530.22 ms 显著大于双相动作电位时程Dbp 0.780.10ms（P0.01）。具体数据见附录表 4。当用 1.0V 电压，波宽 0.1m

14、s刺激神经干中枢端时，动作电振幅 8.902.15 mV 显著振幅 4.461.30 mV（P0.01），正向时程 0.780.10 ms 显著小于负大于负时程 1.950.30ms （PAn 与DpDn 依旧成立。4.4 观察刺激强度（U）与动作电位振幅的关系及测定动作电位传导速度刺激波宽 0.1ms 时，刺激强度从 0.1V 开始，步长 0.02 V 手动增加刺激强度，根据测量的动作电位振幅与刺激电压对应的数据，在刺激电压低于阈刺激时，测不到动作电位；刺激电压从阈刺激增加至最大刺激电压时，动作电位振幅呈曲线增长，刺激电压高于最大刺激电压后，动作电位振幅不再增长。原始数据见附录表 5，动作电

15、位振幅与刺激强度关系曲线见下图。图 1 刺激强度和动作电位振幅的关系阈刺激 Uth 为 0.24 V；最大刺激 Umax 为 0.60 V，S=0.01 m ；t=0.39 ms ；动作电位的传导速度为 25.64 m/s。见附录表 5。4.5 测定KCl 处理前后AP 振幅刺激电压 1.0V，3mol/L KCl 处理前正相波振幅 AKp 为 4.301.08 mV 小于处理后 2min 正相波振幅AKp 为 4.821.47 mV，差异有统计学意义（P0.05）；3mol/L KCl 处理前负相波振幅 AKn 为 2.081.37阈强度Uth批注 6: 规范最大刺激强度UmaxmV，处理后

16、 2min 负相波振幅AKn 为 0.861.32 mV，两者相比有显著性差异（P0.05）。见附录表 7。4.6 测定procaine 处理前后 BAP振幅刺激电压 1.0V，4处理前正相波振幅 App 为 8.281.23 mV 显著小于处理后 5min App9.25 1.34 mV（P0.01）。4procaine 处理前负相波振幅 Apn 为 4.181.00 mV 显著大于处理后 5min负相波振幅Apn 1.651.59 mV（PAn 与 DpAn 与DpAn 与 DpDn 的结果只可能批注 9:批注 8:批注 7:减小得比正更加明显，表现为正向振幅显著大于负向振幅。同时由于复极

17、化的过程要长于去极化的过程，正的整个复极化过程都处于中，而在负的复极后期，正已复极完毕，所以叠加后正时程缩短要较负明显，因此负的时程明显大于正的时程。间的距离大于动作电位波长时，双向动作电位的正和负才能完全分离，此时的正负向振幅和正负向时程才有可能大小一致。5.5 根据图 1 可以看出刺激电压从 Uth 增加至 Umax，神经干动作电位振幅随刺激电压的增加而升高，而在刺激小于阈刺激强度时，不产生动作电位，当刺激强度大于最大刺激强度时，振幅也不再升高。单个神经引导的动作电位具有全或无的性质，这一现象与实验结果并不，恰恰表明坐骨神经干为不组成，各个类型的兴奋性水平不同3，在一个有限的范围内神经干动

18、作电位的大同种类的神经小与刺激的强度成比例4。阈刺激仅能激活阈值最低的一类，随着强度的增加 ，导致阈值较高的纤维先后兴奋。能使神经干中所有都兴奋的刺激，就是最大刺激5。神经干的阈刺激是能够反映其兴奋性的指标。5.6 蛙神经冲动的传导速度在 20时约为 30m/s3，本实验测得的坐骨神经干动作电位的传导速度为25.64 m/s，略小于理论值，可能是因为制作神经干标本时对对神经干的损伤较大。不同神经的传导速度不同，神经干动作电位的传导速度是多种的综合效应，一般神经越粗则传导速度越快。神经干的兴奋传导速度也可作为兴奋性的一个指标。5.7 KCl 作用对神经干动作电位的影响：静息电位是指细胞在未受刺激

19、时（静息状态下）存在于细胞膜内、外两侧的电位差，其影响有细胞内外的K+浓度，膜对K+和Na+的相对通透性。细胞外K+浓度升高，可以使静息电位负值减小，导致静息电位减小（去极化），静息膜电位和阈电位之间的距离（Em-Et）几乎，可兴奋组织丧失兴奋的能力。神经的静息电位接近K+平衡电位，用 3mol/ml KCl处理神经干，使得神经细胞外液K+浓度增高，使细胞膜内外浓度差减小，即 K+平衡电位减小，从而引起静息膜电位和阈电位之间的距离（Em-Et）过小，组织兴奋性丧失，即去极化阻滞6，此时，Na+通道大都处于失活状态，不能开放引起Na+内流而产生动作电位，因而使动作电位的振幅和传导速度均明显降低。

20、由于负相波振幅减小甚至减为 0，时程增大，由于正负的叠加效应，因而正振幅也就变大，时程变长。5.8 作为局麻药，procaine 能阻断神经细胞膜上的 Na+电压门控性通道，使传导阻滞，发挥局麻作用。Procaine 可以非解离形式进入神经细胞内，以解离型作用在神经细胞内表面，与Na+通道的一种或多种特异性结合位点结合，产生Na+通道阻断作用7。故在实验中，被procaine 处理的电极的负振幅显著降低甚至，且因负的叠加作用减弱，正的振幅和时程均显著增加。5.9的坐骨神经干标本的质量对结果有的影响。损伤第 1 对引导电极之间神经干时可能会稍微移动，对结果也有影响；神经尽可能分离的长一些，要求上

21、自脊椎附近的主干，下沿腓总批注 12: 论述逻辑关系？批注 11: 依据只有当引导电极两电极神经与胫神经一直分离至踝关节附近；神经干分离过程中如果不慎损伤神经组织，会影响神经的兴奋性。6.结论 在一定范围内神经干动作电位振幅与刺激强度呈正相关，神经损伤、3mol/L KCl、 阻断神经的兴奋传导，兴奋可在神经 上双向传导，引导电极间距小于动作电位波长时，正相波和负相波叠加形成双相动作电位。参考文献1.基础医学各论（上）.第一版.：科学，2004：1802,.生理科学实验.第二版.杭州：浙江大学，2012：1733.B.勃雷.神经系统的电活动.第 1 版.：科学,1984：35，45 4D.J.

22、AIDLEY.可兴奋细胞的生理.第 1 版.:科学,1983：615，.神经生理学概论.：华东师范大学，1994: 59-62 6，人. 病理生理学.:人民卫生，2001:118,1197主编.药理学.第七版.：人民卫生，2008:124要围绕结果，综合分析归纳出规律、作用，分析推理出机制。注意的逻辑顺序。的结论确。要注意格式规范。不常用缩写在第一次出现时要规范注释清楚。要总结实验中出现。请对批注部分进行思考。本次实验的综绩为 8.5 分2013-10-25附录：表 1坐骨神经干中枢引导的复合动作电位sle A1chp(mV)A1chn( mV)D1chp(ms )D1chn(ms )A2ch

23、p(mV)A2chn( mV)D2chp(ms )D2chn(ms )14.352.860.91.874.361.081.3622.231.0870.781.611.0010.354135.483.760.831.974.351.431.601.821.872.6445678910 x s6.535.505.55.243.514.784.594.771.214.771.213.682.773.63.162.132.533.022.860.812.860.81*0.750.721.110.710.930.850.690.830.130.830.132.212.542.392.051.711.94

24、1.531.980.331.980.33*3.144.743.584.723.194.672.473.621.213.621.21#2.080.7081.112.482.131.3431.4291.410.661.410.66*#0.911.261.481.091.671.420.931.270.281.270.283.032.733.141.912.542.91.472.410.592.41xs0.59*注： *P0 01，与同对引导电极收缩各时相收缩比较；#P0 01，与第一对引导电极收缩各时相组比较。表 2引导电极间距离对坐骨神经干动作电位振幅的影响(mV)A10pA10nA20pA20

25、nA30pA30nsle12345678910 xs7.4910.2611.5512.025.366.616.986.384.6910.758.212.683.314.314.935.972.832.922.743.412.666.473.961.408.9911.6116.5713.236.419.489.999.836.1713.5310.583.233.935.397.718.933.724.915.195.373.946.745.581.729.3212.0116.8912.935.1410.089.669.976.4913.5710.613.433.053.095.957.830.9

26、164.523.664.562.915.074.161.90 xs8.212.68 3.961.40*10.583.23# 5.581.72*#10.613.43# 4.161.90*#注：注：*P0 01，与同对引导电极收缩时相组比较；#P0 01，与前一引导电极间距对应收缩、舒张时相组比较。表 3引导电极间距离对坐骨神经干动作电位时程的影响(ms)sleD10pD10nD20pD20nD30pD30n12340.910.740.90.7221.910.971.891.050.911.941.062.542.292.431.931.460.971.121.253.472.72.692.735

27、678910 xs xs0.80.730.650.920.880.780.800.091.731.641.841.712.581.691.800.400.991.040.811.211.030.881.090.323.021.931.862.562.991.922.350.441.111.220.911.421.370.971.180.201.180.20#2.422.72.032.44.582.162.790.742.790.74*#0.800.09 1.800.40* 1.090.32# 2.350.44*#注：*P0 01，与同对引导电极收缩时相组比较；#P0 01，#P0 05，与前一

28、引导电极间距对应收缩、舒张时相组比较。表 4坐骨神经干双相和单相复合动作电位sleAbp(mV)Abn(mV )Dbp(ms )Dbn(ms )Am(mV)Dm(ms)12345678910 xs xs8.119.7811.5511.665.366.7810.016.698.5710.478.902.158.902.153.385.154.935.952.832.885.653.274.316.24.461.304.461.30*0.890.690.90.720.80.750.630.930.760.740.780.100.780.101.882.381.532.331.731.811.921.852.341.691.950.301.950.30*8.419.4710.636.94.346.698.652.917.1311.537.672.677.672.671.261.571.381.662.021.571.411.571.541.291.530.221.530.22#注：*P0 01，与同对引导电极收缩时相组比较； #P0 01，与双向动作电位对应收缩、舒张时相组比较。表 5 动作电位振幅与刺激强度关系U（V) 0.24A(mV) 0.6110.26 0.281.307 3.740.30.32 0.50.52 0.54