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刺激强度、刺激频率与骨骼肌收缩的关系EffectofStimulationwithDifferentIntensitiesandFrequenciesonMuscularContraction【目的要求】掌握蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本的制备方法；学习神经-肌肉实验的电刺激方法；观察不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响。【实验原理】刺激与兴奋神经纤维具有兴奋性和传导性；肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉收缩是其兴奋的外在表现。刺激和兴奋刺激stimulation：指细胞所处环境因素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋，就必须达到一定的刺激量。刺激强度刺激持续时间刺激强度/时间变化率刺激量阈强度：能引起组织发生反应的最小刺激强度，又称为阈值。具有阈强度的刺激称为阈刺激（thresholdstimulus）。＜阈刺激阈下刺激＜阈上刺激有效刺激1.刺激强度与肌肉收缩反应刺激产生兴奋，肌肉兴奋导致肌肉收缩坐骨神经干属于混合神经，内含多条阈值各不相同的神经纤维。腓肠肌也含有多条肌纤维，受多个运动单位的控制。刺激强度的变化可以引起坐骨神经中被兴奋神经纤维数量的变化，通过运动单位控制相应数量的肌纤维收缩，产生不同的张力变化。一条神经纤维或骨骼肌纤维“全或无”(all-or-none)•达到阈值→神经纤维，肌纤维兴奋并收缩•超过阈值→收缩力不增加一根坐骨神经一块骨骼肌一定范围内，肌肉收缩力的大小与刺激强度成正比•阈下刺激→无兴奋无收缩•阈刺激→兴奋性最高的神经纤维兴奋，少数肌纤维兴奋并收缩•刺激强度↑→神经纤维被兴奋数量↑，兴奋收缩的肌纤维数量↑，收缩力↑•最适强度→所有神经纤维和肌纤维均兴奋，收缩力最大•＞最适强度→收缩力不增加单收缩twitch：骨骼肌受到一次短促有效刺激时,可发生一次动作电位,随后出现一次收缩和舒张。单收缩时程100ms左右。2.刺激频率与肌肉收缩反应动作电位时程(相当于绝对不应期)仅1～2毫秒骨骼肌可在机械收缩过程中接受新刺激发生新的兴奋和收缩收缩过程可达几十～几百毫秒两/多个阈上刺激，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；较高频率连续刺激作用于标本时，出现多个收缩反应的融合，新收缩过程与上次尚未结束的收缩过程发生总和，称为强直收缩tetanus（复合收缩）。后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，称为不完全强直收缩incompletetetanus。后一收缩发生在前一收缩的收缩期时，各自的收缩完全融合，肌肉处于持续的收缩状态，称为完全强直收缩completetetanus。•在生理条件下，支配骨骼肌的传出神经总是发出连续的冲动，所以骨骼肌的收缩都是强直收缩；•静息状态下，中枢神经也经常发放低频率神经冲动至骨骼肌，产生一定程度的强直收缩，称为肌紧张(muscletone)。【动物和器材】蟾蜍或蛙；任氏液；常规手术器械；微机生物信号采集处理系统毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。【方法和步骤】1.蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备2.实验装置连接3.实验观察1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响1.蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备双毁髓，剥去一侧下肢自大腿跟部起的全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。分离坐骨神经：在大腿内侧的股二头肌与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至膝关节处，并在神经下穿线备用。游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关节。2.实验装置连接将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直）。把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电极上，保证神经与刺激电极接触良好。换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入通道相连。启动生物信号采集系统软件，选择好通道和采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。3.实验观察（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响使用单刺激或自动强度调节方式，波宽为1ms，刺激强度从零开始逐渐增大，找出刚能引起肌肉出现最微小收缩的刺激强度（阈强度）。继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度，即最大刺激强度。（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响用最大刺激强度的连续刺激，选择经典方式逐渐增加刺激频率，分别记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩变化。实验次数刺激强度/mV收缩幅度/mm实验结果？【注意事项】1．经常用任氏液浸润标本，保持生理活性。2．肌槽两电极之间不要残留液体，防止电极间短路。3．每次刺激后须让肌肉休息30s以上，连续刺激不可超过5秒，以免标本疲劳。4．找准最适刺激强度，以防刺激过强而损伤神经.5．换能器与标本连线的张力保持不变。6．如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需检查电器接地是否良好。【思考与讨论】1）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，还是肌肉的阈刺激？2）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？3）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间因素和生理过程。4）分析不完全/完全强直收缩的条件与机制？5）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？6）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？7）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起肌肉收缩的动作电位会不会融合呢？为什么？8）电刺激坐骨神经-腓肠肌标本的神经后，经过哪些生理学过程引起腓肠肌收缩？探索性问题1．试设计实验，刺激腓肠肌与刺激支配腓肠肌的坐骨神经不应期有何不同？2．连续电刺激神经，坐骨神经腓肠肌标本会出现疲劳现象吗？为什么？