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实验一组织兴奋性的观察一．实验目的利用蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本，观察电刺激神经引起肌肉的反应，进而印证神经肌肉组织的生理特性。二．实验原理肌肉、神经、腺体称为可兴奋组织，它们有较大的兴奋性。神经组织的兴奋性表现为动作电位，肌肉组织的兴奋性主要表现为收缩活动。一个刺激是否能使组织发生兴奋，不仅与刺激形式有关，还与刺激时间、刺激强度、强度-时间变化率三要素有关。用矩形脉冲电刺激神经，则神经是否产生兴奋只与刺激强度、刺激作用时间有关。在足够的刺激作用时间下，则神经是否产生兴奋就决定于刺激强度，刚能引起神经发生兴奋的刺激强度就是阈强度。肌肉收缩的形式，不仅与刺激本身有关，而且还与刺激频率有关。当刺激频率较小，刺激间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩。刺激频率增大，就可能使肌肉收缩从单收缩转化为不完全强直收缩甚至完全强直收缩。三．实验方法1.蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本制备（1）破坏脑和脊髓（2）剪除躯干上部及内脏（五剪法）并剥皮（3）分离坐骨神经至膝关节（4）制成坐骨神经-腓肠肌标本将标本放入任氏液中浸泡10分钟左右，待其兴奋性稳定后再进行实验。2.坐骨神经-腓肠肌标本固定及仪器连接（1）将坐骨神经-腓肠肌标本的股骨段固定于肌板上电极旁的小孔内，使腓肠肌位于股骨上方，坐骨神经搭搭在电极上，腓肠肌连接线与张力换能器相连，张力换能器输入计算机。（2）计算机刺激输出线与肌板上的刺激电极相连，负极靠近腓肠肌。3.观察项目（1）刺激阈强度的测量固定刺激波宽在2ms左右，调节刺激强度，由0逐渐增大，以“单次”刺激坐骨神经，用计算机记录肌肉收缩曲线，根据收缩曲线确定阈刺激、阈上刺激。（2）腓肠肌单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩记录用阈上刺激强度(一般取阈强度的1.5～3倍左右)，选择主间隔分别为1000、500、200、100、50ms。以不同主间隔分别刺激神经，每次刺激持续约2s。观察并记录单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩曲线，其刺激频率分别为多少(刺激频率=1/主间隔)。四．实验结果刺激参数：实验参数：1、2、3、4为单次刺激，刺激波宽2ms，刺激强度分别为0.08V，0.16V，0.24V，0.31V；1’2’3’4’5’为连续刺激产生，波宽2ms，刺激强度0.24V，频率分别为1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20Hz1.结果说明刚能使肌肉发生兴奋的是波形1的刺激；1’和2’是受到连续刺激后产生的连续单次刺激，2’的收缩频率大于1’；3’肌肉产生不完全强直收缩，前一次收缩还未结束就紧接着下一次收缩；4’、5’表示肌肉产生完全强直收缩。2.结论本试验中，刺激阈强度为0.08V，阈上刺激强度为0.08-0.24V；频率为1Hz和2Hz时，肌肉产生单收缩；频率为5Hz时，肌肉产生不完全强直收缩；频率为10Hz和20Hz时，肌肉产生完全强直收缩。五、讨论刺激神经使神经产生兴奋，并沿神经纤维传导，兴奋通过神经肌接头的化学传递，使终板膜上产生终板电位，终板电位可以引起肌肉也产生兴奋（AP），传遍整个肌纤维，再通过兴奋-收缩耦联使肌纤维中粗细肌丝产生相对滑动--宏观上表现为肌肉收缩。骨骼肌受到一次短暂的有效刺激后会发生一次迅速的收缩反应，称为单收缩。单收缩的强度与刺激强度有关。引起肌肉收缩的刺激强度至少要达到阈值，由于支配一块肌肉的神经纤维的兴奋性不一致，当阈上刺激作用于肌肉时，刺激强度越大，兴奋的神经纤维数越多，从而使兴奋的肌肉纤维数也越多，收缩强度就越大；一旦刺激足以使所有神经纤维都兴奋时，也使它所支配的所有肌肉纤维都收缩，肌肉就产生最大收缩强度。因此，本试验中测量的是支配腓肠肌的坐骨神经的阈强度。单收缩的全过程可分为潜伏期、收缩期和舒张期三个时期。神经发放冲动的频率会影响骨骼肌的收缩强度。当骨骼肌受到一定频率的连续刺激时，前后两次刺激的间隔大于一次单收缩的收缩期，但小于收缩和舒张期之和，则总和发生于前一次收缩的肌肉舒张期，即前一次肌肉缩短后的舒张还没有结束，下一次刺激引起的收缩已经开始，这就引起不完全强直收缩；如刺激频率较高时，前后两次刺激的间隔小于一次单收缩的收缩期，则总和发生于前一次收缩的肌肉缩短期，这就引起完全强直收缩。强直收缩可以比单收缩产生更大的收缩效果。这是因为肌肉在只接受一次刺激时，释放到肌浆中的Ca2+很快被肌浆网上的Ca2+泵回肌浆网内(终池纵管内)，而连续刺激可使肌浆中的Ca2+有可能维持在一个高浓度水平。在不完全强直收缩或完全强直收缩时，伴随每次刺激出现的肌肉动作电位只出现频率加快，却始终各自分离而不会发生融合或总和；这是由于肌肉的动作电位存在绝对不应期且只持续1～2ms，故不可能发生叠加且持续时间远远小于肌肉收缩期。强直收缩时肌肉收缩的叠加效应只可能发生在兴奋-收缩耦联这一阶段，足够高的刺激频率使兴奋-收缩耦联释放入肌浆中的Ca2+维持在较高浓度，则肌肉就能产生持续的收缩状态，即强直收缩。六．注意项不能用器械尖端或粗糙物碰触神经肌肉；要经常用任氏液湿润标本，以免干燥死亡；仪器均必须接地良好，否则会影响实验。七．实验思考题1．制备好的坐骨神经-腓肠肌标本为什么应首先在任氏液中浸泡一段时间？答：制备好的坐骨神经-腓肠肌标本应先放在任氏液中浸泡一段时间，这是因为剪断肌肉后，一些肌细胞被破坏，细胞内液流出，其中K+的外流会使局部细胞外液中K+浓度偏高，K+会使标本细胞的兴奋性增加，对刺激的灵敏度提高。本实验中，组织过高的兴奋性不利于完成实验。标本在任氏液中浸泡后，局部组织可能存在的过高K+浓度即被取消，有利于完成实验。2．从细胞分子水平分析本试验中腓肠肌产生不完全强直收缩及完全强直收缩的原因。答：强直收缩的原因是因为前后多次单收缩的叠加，从神经兴奋到肌肉收缩的整个生理过程来分析，其叠加环节发生在兴奋-收缩耦联这一阶段。兴奋-收缩耦联引起的肌浆中Ca2+浓度的升高是肌纤维收缩的原始因素：①当发生不完全强直收缩时，兴奋引起肌浆中Ca2+浓度升高，肌肉发生收缩。但刺激间隔小于收缩期+舒张期，这意味着因肌织网上Ca2+泵运转使肌浆中Ca2+浓度的降低引起的肌肉舒张还未完全时，新的兴奋又促使Ca2+释放入肌浆引起了再一次肌肉收缩。②当发生完全强直收缩时，刺激间隔小于一次肌肉收缩期，这意味着因兴奋-收缩耦联引起的Ca2+释放入肌浆的速度大于因肌织网上Ca2+泵运转把Ca2+吸收回肌织网的速度，使肌浆中维持着一个高Ca2+浓度状态，从而使肌肉一直处于收缩状态。