刺激强度及频率对骨骼肌兴奋收缩偶联的影响

1、人体生理学实验实验1刺激强度及频率对骨骼肌兴奋收缩偶联的影响【实验名称】：刺激强度及刺激频率对骨骼肌兴奋收缩偶联的影响【实验目的】：观察不同刺激频率和不同刺激强度对骨骼肌兴奋收 缩欧联的影响及其现象。 通过记录腓肠肌的收缩曲线， 了解单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩 之间的关系。【实验原理】：基本原理：腓肠肌由许多肌纤维组成，刺激腓肠肌时，不同的刺激强度会引起肌肉不同的反应。阀下刺激(sub threshold stimulus)：当刺激强度过小时，不引起肌肉的收缩反应，此时的刺激为阀下刺激。阀刺激（预刺激）（threshold stimulus)：能引起肌肉发生收缩反应的最小刺激强度，为

2、阀刺激（预刺激）。最适宜刺激强度：当全部肌纤维同时收缩时，则出现先最大的收缩反应。这时再增加刺激强度，肌肉收缩的力量也不会随之而增大。可以引起肌肉发生最大收缩反应的最小刺激强度为最适宜刺激强度。单收缩：肌肉组织对于一个阀上强度的刺激，发生一次迅速的收缩反应，即单收缩。单收缩分为：潜伏期（incubation period）、收缩期(systole)、舒张期(diastole)强直收缩：当同等强度的连续阀上刺激作用于标本时，则出现多个收缩反应的叠加，即强直收缩（tetanus）。当后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，即出现不完全强直收缩（incomplete tetanus）当后一次收缩发生在前一

3、次收缩的舒张期时，各自的收缩完全融合，肌肉出现持续的收缩状态，即发生完全强直收缩（complete tetanus）强制收缩原理：刺激（stimulate）的原理：两个同等强度的阀上刺激，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；如果刺激间隔小于单收缩的时程而大于不应期，则出现两个收缩反应的叠加，即收缩的总和（summation）；如果第二个个刺激发生在反应的不应期内，则第二个刺激不产生收缩反应。【实验材料】蟾蜍或蛙的腓肠肌标本（Specimens of the gastrocnemius muscle）常用的手术器械（Surgical instrum

4、ents）生理信号采集系统（Physiological signal acquisition system）张力传感器（Tension sensor）双针型露丝刺激电极（Double needle Ruth stimulation electrode）支架（stents）双凹槽(the double groove)肌槽(the muscle groove)不锈钢盘或培养皿(petri dish)滴管(dropper)任氏液(Miss Ren liquid)橡皮泥(Silly Putty）棉线(cotton)【方法与步骤】制作坐骨神经-骨骼肌标本把标本通过张力传感器与生理信号采集系统相连接观察刺

5、激强度与肌肉收缩反应的关系以阀上刺激给予标本的神经单刺激，双刺激和连续的刺激观察单收缩的时程以及强直收缩的过程。将刺激的频率设定为1hz，刺激强度设定为0.1v,0.2v,03v,0.4v,0.5v,0.6v,0.7v,0.8v,0.9v.1.0v.1.1v.1.2v.1.3v.14v并绘制表格以及记录图像将刺激强度设定为1.4v，刺激频率设定为1hz,2hz,3hz,4hz,5hz,6hz,7hz,9hz,12hz并绘制表格以及记录图像将上述实验步骤重复三次并记录数据。【实验数据整理】图片1的数据表明了，在频率为1hz的情况下，不同的刺激强度，对骨骼肌收缩的影响。 图片2表明了，不同的刺激强

6、度，骨骼肌收缩情况随时间的变化曲线。图片3为相同强度，不同频率的骨骼肌刺激收缩情况。图片4为不同频率的骨骼肌刺激收缩随时间的变化情况。【实验数据分析】首先，我们拿实验1来说，根据收缩强度的最大值来绘制骨骼肌在相同频率（1hz)的情况下随着刺激强度（V)，收缩强度（g)的变化情况。我们可以从上面的折线图中看出来，在0.4v之前骨骼肌收缩强度的最大值为0，即即未收缩。从0.5v开始，骨骼肌的收缩强度不断增加，直至1.4v时强度收缩达到最大为7.97g。而在不同刺激强度区间的骨骼肌收缩强度变化不同。在0.5-0.8v的变化区间内，变化速度较小，骨骼肌收缩的强度随刺激强度的增加变化不大。在0。8-1.

7、0v的变化区间内，变化速度较大，骨骼肌收缩的强度随刺激强度的增加变化较大。而在1.0v-1.4v的变化区间内，变化速度趋于平缓，骨骼肌收缩强度随刺激强度的增加变化较小。分析： 首先，我们先根据所显示的数值进行相关性的检测。根据上述的实验结果的数据分析可知，在1.0v之后的数据的具有趋向于平缓的趋势，进行回归分析，以进行相关性的检测。为此我将补充1.5-1.8v之间的数据以佐证趋于平缓趋势的分析。并绘制0-1.8v之间的骨骼肌收缩情况随刺激强度增加而产生变化的散点图。由此我们可以分析得出结论最适刺激强度为1.5v.因为在1.5v之后刺激强度增加而骨骼肌收缩的强度基本保持不变。在0.5-1.5v之

8、间建立回归方程以确定骨骼肌收缩情况随刺激强度增加而变化的方式。由散点图观察可得，该骨骼肌收缩情况可类拟为一元线性回归方程的：一元线性回归方程公式为：我们可以列出下列表格 对该方程拟合得出的结果进行的估计，以判断拟合的效果残差的计算公式为：求得残差为66.32748789。残差较大，而无偏估计量为因为残差较大我们需要进行线性假设的显著性检验：我们采取t检验法来进行检验，取显著性=0.05故该拟合结果不显著。原因分析：影响骨骼肌收缩原因有浓度的变化肌球蛋白的ATP酶的活性，以及各种细胞的收缩情况均为非线性变化。所以，肌肉收缩的最大值与刺激强度为非线性变化。以实验2为例而电刺激强度不变骨骼肌在高频率

9、的电刺激条件下（12hz为例）的骨骼肌收缩情况折线图如下由此可见，骨骼肌收缩强度情况为随着时间的变化呈曲线式的增加。而不是以线性增加。原因分析：骨骼肌的收缩情况分为等长收缩和等张收缩。首先在电刺激前期，肌肉以等长和等张收缩的混合形式进行收缩运动，后负荷对肌肉收缩的最用要大于前负荷对肌肉收缩的阻碍作用，故此时的肌肉收缩强度不断加大，收缩强度的增加速度不断加快。而当收缩总和达到一定时，肌肉收缩的长度不在进行变化，而开始进行等长收缩在此期间前负荷对肌肉的收缩起达到了妨碍作用。故此时肌肉收缩的幅度较小，而收缩强度缓慢增加。而当外界电刺激撤出后，由于前负荷的作用，肌肉有恢复初长度的趋势，而前负荷由于初长度的减小而不断加大，故此时肌肉收缩的前负荷恢复