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骨骼肌收缩实验一．实验目的１．肌肉标本收缩现象的描记及单收缩的分析，获得该肌肉收缩的阈值。２．了解刺激强度对骨骼肌收缩的影响。３．学习掌握刺激器和张力换能器的使用。４．加强对神经和肌肉了解，熟练解剖。、二．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、准确地描述收缩的生理过程与现象。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1～2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。利用物理性质和物理效应制成的物理换能器种类繁多，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。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5～6V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）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。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。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。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。肌肉收缩效能表现为收缩时产生的张力和/或缩短程度以及产生张力或缩短的速度。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。三．实验设备１．实验材料：青蛙一只。２．实验试剂：任氏液。３．实验器材：张力换能器（双凹夹和肌动器）、支架、玻璃针、镊子、手术剪、普通剪、神经剪、绳子、蜡盘、培养皿、胶头滴管、铜锌弓、生理信号采集系统、电脑、电极线。四．方法与步骤1.蛙坐骨神经-腓肠肌标本的制备将探针在枕骨大孔处垂直插入，先是左右摆动探针以横断脑和脊髓的联系，再将探针向前方插入颅腔，旋转并摆动探针以捣毁青蛙的脑组织。将探针转向后方并插入脊椎管内。将动物腹位放在蜡盘上。在两前肢的下方将皮肤做环周切开。用带齿镊或手撕去前肢以下的全部皮肤。剪开腹壁，在尾杆骨上方2～3节脊椎处，拦腰剪断脊柱和上半段蛙体。弃掉蛙体上半段后的标本置于盛有任氏液的培养皿中。取一腿放于蛙板上，将标本背侧向上放置。顺神经走向剪去沿途的小分支，将神经从半膜肌和股二头肌的肌缝中分离出来。再使标本腹面向上，沿神经向腰部的走向，用玻璃针小心剥离，剪去神经干上的所有分支，然后从脊柱根部将坐骨神经剪下（连一小块脊椎骨）。将游离的坐骨神经搭于腓肠肌上；在膝关节周围剪掉大腿的全部肌肉；用粗剪刀将股骨刮干净，然后在股骨中部剪断，保留一小段股骨。在膝上约2cm处剪断股骨。认清小腿上的腓肠肌，并在其跟腱下方穿线打方结，保留结线8厘米长。提起结线剪断跟腱，游离腓肠肌。游离腓肠肌至膝关节处，在膝下剪断胫骨。标本制备完成，将其放在任氏液中浸泡待用。用锌铜弓（电极）检查标本的活性正常与否。2.连接装置和仪器设备将电脑和生理信号采集系统打开，并将其连接。将支架和双凹夹、肌动器及张力换能器连接，用电极线将张力换能器连接。拿出泡在任氏液中的标本，使神经放在肌动器电极上，肌肉一端的绳子结在换能器的小孔上，使线垂直，肌肉处于合适的松紧度。3.实验观察①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。②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”。③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。④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”0.17V。⑤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0.17V，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）0.02V。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。五．实验结果及讨论＜一＞单收缩实验结果及分析腓肠肌单刺激收缩在波宽0.1ms情况下，选择“单刺激”模式，强度在0.1V开始实验刺激，肌肉没有收缩。再试验0.2V，发现肌肉有了收缩。再取0.15V，无收缩。取0.16V，无收缩。取0.17V，图像有突出，肌肉收缩。因此，阈值为0.17V。＜二＞刺激强度与收缩反应实验结果及分析腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系在该实验中，刺激强度逐渐递增，最小为0.1V，强度增量为0.0125V。由于实验截图原因使图不完整，这里补充说明。由上图中可以看出，在0.17V刺激左右，腓肠肌开始有收缩。在一定的范围内，随着刺激强度的增加，收缩加大。到了一定的值0.28V左右，收缩强度基本保持不变。实验图缘故，又做了第二次，图如下。腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系实验结果与第一次相同，最适刺激胃0.28V。但与第一次相比，相同强度刺激肌肉收缩不如上次，多次的刺激使肌肉疲劳。＜三＞实验注意点1．在剥制标本时，不能用金属器械触碰神经干。2．分离肌肉时，注意按肌肉的层次进行，不要乱剪。分离神经时，一定要把周围的结缔组织剥离干净。3．在标本制备过程中，勿损伤或用力牵拉神经，术中应经常用Ringer液润湿神经和肌肉。4.固定张力换能器时，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。5.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。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。6.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。7.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2～3倍。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。8.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）。9.标本兴奋性必须良好，经常滴加少量任氏液保持湿润。10.不进行正式记录时，电子刺激器输出应断开，以免不必要的、频繁的刺激。11.刺激器两输出端不要短路（碰在一起）。12.用刚能引起肌肉最大收缩的强度刺激，不要刺激过强而损伤神经。13.当直接刺激神经失效时，可直接刺激肌肉。四讨论与感想在此次试验中，解剖青蛙的技术我比上一次要成熟，能更快地找出神经并操作。但是，实验中队友的肌肉完全对刺激没有反应，由于操作中地用了剪刀多次碰到神经。另外，我们对操作系统的不熟练，拖延了时间，使神经暴露太久，并未能及时地加任氏液，神经失活。在第一次的教训下，我们先把电脑操作熟练，不时加入任氏液。动作迅速，避免手接触神经，第二次我们获得了理想的实验结果。在此实验中，我明白了要勇于接受失败，并从中探索出原因，进行下次的修正。