温度对坐骨神经-腓肠肌标本收缩的影响

温度对坐骨神经-腓肠肌标本收缩的影响小组成员上官兴星张树琼李鸣谢哲臻（陕西师范大学生命科学学院05级生科二班）一、实验目的了解温度变化对肌肉收缩变化的影响，以及一些时期的肌肉收缩情况；二、选题依据1、离体的神经——肌肉标本在一定条件下，能保持其特有的生理特征。在现行的教材和实验教材中是将肌肉标本用任氏液湿润，保持其活性，测定肌肉的收缩能力，并测定肌肉的收缩能力随刺激强度的改变和刺激频率的改变而发生的变化状况。但是温度的变化对肌肉收缩产生的影响如何？在现行的实验教材中并无介绍，对此的研究也不是很多[1]。本文主要通过不同温度任氏液对肌肉收缩产生的影响，从而得出引起肌肉收缩能力的最适温度。2、人的躯体运动是以骨骼为杠杆,关节为支点,肌肉为动力的杠杆运动。骨骼肌的收缩能力是影响人体运动能力的重要因素。如何提高骨骼肌的收缩能力以及长时间运动时骨骼肌疲劳机制的研究一直是运动生理学研究领域的热点之一[2–6]。为探讨温度对肌肉收缩能力的影响过程中舒张期和收缩期变化的特点和规律,本实验采用蟾蜍离体的神经干——腓肠肌为研究材料,观察了不同温度任氏液对接受连续刺激的腓肠肌收缩能力的影响,以期能为运动训练方法的改进提供理论依据[7]。三、实验材料动物蟾蜍4只实验仪器与药品手术器械（手术剪、手术镊子、玻璃解剖针、手术刀、粗剪刀、毁髓针），任氏液、小烧杯6个、酒精灯、石棉网、滴管、多道生理记录仪、机械一电换能器、温度计、电刺激器，粗棉线、纱布。四、实验操作（一）蛙坐骨神经——腓肠肌标本制备：（做2个标本备用）1、破坏脑脊髓2、剪除脑脊髓3、剥皮4、分离标本为两部分5、游离坐骨神经6、分离腓肠肌7、标本的检验（二）将做好的标本与多道生理仪和机械一电换能器连结好，并调节好标本高度，使之垂直处于一拉直状态。（三）实验项目：1、接好电源，并调节好多道记录仪的灵敏度与刺激器，用等于室温的任氏温润标本，防止干燥，打开开关，观察室温刺激下标本的反应情况，在多道仪上记录下收缩强度。实验参数设置：50mm/s2、停止刺激30秒钟后，分别用温度为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的任氏液不断滴在肌肉上，使肌肉温度有所改变，保持湿润，并分别用同步骤1中相同电刺激标本，观察肌肉收缩在多道记录仪上所分别记录下的图象。3、以上所有记录肌肉的收缩速均用相同的记录速度，比较六个不同温度下肌肉最适刺激强度、收缩持续时间及强度变化情况。（以上所有记录肌肉的收缩纸速均用20mm/s的纸速）（四）重复实验按上述实验方法重复实验2次。五、注意事项1、不同项目间应有一定时间间隔，使肌肉恢复正常；2、电刺激最好用连续刺激，以减小误差；3、用高于室温温度的任氏液滴在肌肉上后应立即加上电刺激，防止温度下降，影响实验结果。4、每次时间间隔期，可以不停止多道仪，可用它来检测肌肉是否恢复正常。六、实验预期1、肌肉对温度变化有些敏感。肌肉变暖使它对刺激的反应更快和更强。收缩期和舒张期都缩短，潜伏期也变短。降低肌肉温度产生相反的效果，收缩减弱以及所有的时相都延长，这主要是由于粘度的变化。2、但温度高于25℃后，肌肉对刺激的反应逐渐降低。升高温度情况下所绘出的图像振幅要大些，降低温度情况下图像振幅小一些。20℃—25℃肌肉对刺激的反应最佳。3、该实验结果即温度对肌肉收缩速度的影响符合范特霍夫氏定律，该定律表明温度每升高10℃，作为肌肉收缩基础的化学反应的速度增加2-3倍七、实验结果（一）实验原始数据（见附图1——附图39）（二）实验数据整理及分析室温（18℃）下三组标本的最适刺激分别为：0.19V、0.11V、0.1V.表1不同温度对肌肉收缩的影响——数据汇总数据组温度（℃）最适刺激强度（v）潜伏期（ms）收缩期(ms)舒张期(ms)张力振幅(g)一100.2312.567.5275.04.08150.217.565.0177.52.75200.197.560.0230.02.75250.197.555.0222.53.28300.177.540.0135.02.93350.197.547.5122.52.74二100.1815.072.5135.00.33150.1112.562.5172.52.73200.127.557.5172.52.73250.127.552.5185.02.68300.127.550.0177.52.80350.125.050.0197.52.84三100.162090.0267.50.79150.111575.0165.02.09200.1112.572.5152.52.01250.105.085.0215.01.94300.1012.567.5185.01.89350.095.062.5142.52.40不同温度下的最适刺激强度00.050.10.150.20.25101520253035温度(℃)最适刺激强度（v）数据1数据2数据3图1不同温度对肌肉最适刺激强度的影响从图1可以看出，随温度的升高，最适刺激强度减小，肌肉变得更加敏感。其中在较低温度（10℃）时，这种表现很明显，要较大的刺激才能达到肌肉的最适刺激。15℃至35℃滴加时，最适刺激强度差别不大，但呈现持平或递减状态。我们推测这和两栖类动物对低温比较敏感有关，冬眠动物体温下降时，机体内的新陈代谢作用变得非常缓慢。不同温度下的潜伏期0510152025101520253035温度（℃）潜伏期（ms）数据1数据2数据3图2不同温度对肌肉潜伏期的影响不同温度下的收缩期020406080100101520253035温度(℃)收缩期（ms）数据1数据2数据3图3不同温度对肌肉收缩期的影响从图2、图3可以看出，随温度的升高，肌肉收缩的潜伏期、收缩期表现出比较明显的缩短趋势。尤其是10℃滴加与其他温度滴加的比较，10℃滴加明显收缩与潜伏期长于其他温度。15℃滴加至35℃滴加，除第一组数据保持不变外，其他两组数据表现出的缩短趋势也很明显。但是从实验所得舒张期的数据，只能说明第一组和第二组大体上呈缩短的趋势，第三组数据呈波动状。我们认为潜伏期和收缩期的数据可信，舒张期数据不太可信。理由是在分析单收缩曲线时，潜伏期与收缩期较易确定，而舒张期到何时结束难以确定，带有很大的主观臆断成分。从潜伏期、收缩期的实验结果应该能推断出舒张期同样有缩短的趋势。不同温度下的张力振幅00.511.522.533.544.5101520253035温度张力振幅(g)数据1数据2数据3图4不同温度对肌肉收缩张力振幅的影响从图4可以看出，对于肌肉在同一刺激强度、不同温度下的收缩张力没有得到有规律的数据。其中第二组、第三组均表现出在较低温度（10℃）时，在相同刺激下肌肉的收缩张力明显小于其他温度，我们认为这是可信的，而第一组数据中表现出在较低温度下（10℃）肌肉收缩张力异常的高不可信。理由是我们认为造成这种异常出现是由于实验装置没有固定好，在10℃到15℃之间的实验过程中肌肉初长度发生了变化。所以应该确定的是低温对肌肉收缩的减弱作用，至于升高温度对肌肉具体是如何影响变化的是不能确定的。八、分析与讨论肌肉收缩是以肌丝滑行为基础的，肌丝所含蛋白质的分子特性是肌丝滑行的分子基础，骨骼肌收缩的基础是：粗、细肌丝的相互作用，表现为粗、细肌丝之间横桥的连接、牛洞、解离、再连接，这种作用需要ATP提供能量。钙离子是触发肌丝滑行的关键因子，钙离子触发的横桥摆动，长生肌肉的外在收缩;而肌肉的舒张过程则发生着较为复杂的生理生化变化，需有新的ATP结合，并且要释放能量供下一次收缩使用。与横桥相伴的事ATP的分解和化学能向机械能的转换，使肌肉收缩的能量来源。因此为保证肌肉持续的收缩,必须保证ATP的不断再合成。ATP合成过程是一系列的酶促反应,而温度的变化会影响各种酶的活性,从而影响肌肉收缩时的能量ATP供应,导致肌肉收缩能力的改变。同时由于ATP的缺乏,会影响钙离子泵的功能,导致钙离子代谢异常,也会影响肌肉的舒张速度。除此之外，温度还可以通过影响肌肉的粘滞性和弹性等因素影响肌肉的收缩和放松能力。从实验结果可以看出，肌肉对温度变化敏感，尤其是低温的影响。肌肉变暖使它对刺激的反应更快和更强。潜伏期和收缩期都缩短，舒张期也变短。降低肌肉温度产生相反的效果，收缩减弱以及所有的时相都延长。升高温度情况下所绘出的图像振幅要大些，降低温度情况下图像振幅小一些。至于“但温度高于25度后，肌肉对刺激的反应逐渐降低”这样的实验预期在本次实验无法证实，分析原因可能是由于实验的设计和条件不能保证肌肉在浸泡之后达到所预期的温度，且无法保证肌肉维持在恒定温度。由本次试验看来，若要肌肉的收缩能力处于最佳水平，应使肌肉温度处于最理想的温度范围，温度越低，能量会供应不足，肌肉的收缩能力自然不强；而温度过高虽然能使能量供应充足，但是可能会很快造成肌肉疲劳，得不偿失。九、参考文献：[1]王艳，温度对蛙腓肠肌收缩的影响，四川职业技术学院学报，2006年11月，第16卷第4期[2]廖飞,郑荣梁,高建军,等.毛蕊花苷和角胡麻苷对肌肉疲劳的延缓.中国药理学与毒理学杂志,1991,13(4):310-311.[3]田野.运动性骨骼肌疲劳机理研究.北京:北京体育大学出版社,1998.[4]赵敬国.肌肉疲劳的细胞生动学机制及应对措施.山东体育科技,2001,23(1):26-29.[5]李成军,彭如心,沈允虹,等.蟾蜍腓肠肌收缩特性的观察.齐齐哈尔医学院学报,2000,21(5):481[6]彭晓东,沈泳,李锋,等.枸杞多糖对电刺激离体蟾蜍腓肠肌疲劳的影响.中草药,2000,31(5):356-358.[7]赵敬国,李建文，温度对蟾蜍腓肠肌收缩能力的影响，山东体育科技，2002年9月第24卷第3期