不同频率的电刺激蟾蜍离体坐骨神经对腓肠肌收缩的影响

1不同频率的电刺激蟾蜍离体坐骨神经对腓肠肌收缩的影响周晓泉09临床1班，20091090128【摘要】目的观察在刺激时间、强度变化频率恒定的条件下，不同频率的电刺激对肌肉收缩的影响。学习微机生物信号采集处理系统和换能器的使用。方法对以解剖好的蟾蜍骨神经-腓肠肌标本进行不同频率的电刺激，观察腓肠肌的收缩及张力的变化和屏幕上的图像变化。结果在刺激强度变化率恒定的条件下，在2Hz的刺激下表现为单收缩，在10Hz的刺激下表现为不完全强直收缩；在20Hz刺激下表现为强直收缩；在大于21Hz刺激下，肌肉已经出现疲劳从而表现为收缩强度减少。结论当刺激频率较小，刺激的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；增大频率刺激，使刺激的频率大于一次肌肉收缩的时间、小于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的时间小于一次肌肉收缩时间，则肌肉出产生完全强直收缩。【关键词】频率腓肠肌强直收缩骨骼肌收缩机制是肌丝滑行学说,当肌纤维兴奋时，终池内的Ca2+进入肌浆，致使肌浆中Ca2+浓度升高，Ca2+与肌钙蛋白结合，引起肌钙蛋白构型发生改变，牵拉原肌球蛋白移位，将肌动蛋白上与横桥结合的位点暴露出来，引发横桥与肌动蛋白结合。横桥一旦与肌动蛋白结合，便激活横桥上的ATP酶，使ATP分解释放能量，使横桥发生扭动，牵拉细肌丝向M线肌节中心方向滑行，结果是肌节缩短，肌纤维收缩。2【材料与方法】1.1实验动物蟾蜍体重适宜，雌雄不限，浙江中医药大学动物实验中心提供1.2实验药品任氏液1.3实验器材锌铜弓微调固定器张力换能器微机生物信号采集处理系统1.4实验方法1.4.1破坏脑和脊髓取蟾蜍一只，左手握住蟾蜍，用食指按压其头部前端使其尽量前俯，右手持探针于枕骨大孔处垂直刺入，然后向前通过枕骨大孔刺入颅腔，左右搅动充分捣毁脑组织。然后将探针抽回至进针处，再向后刺入脊椎管，反复提插捣毁脊髓。此时如蟾蜍四肢松软，呼吸消失，表明脑和脊髓已完全破坏，否则应按上法反复进行。1.4.2剪除躯干上部及内脏在骶骼关节水平以上1～2cm处剪断脊柱，左手握住蟾蜍后肢，用拇指压住骶骨，使蟾蜍头与内脏自然下垂，右手持普通剪刀，沿脊柱两侧剪除一切内脏及头胸部，留下后肢、骶骨、脊柱以及紧贴于脊柱两侧的坐骨神经。剪除过程中注意勿损伤坐骨神经。1.4.3剥皮左手握紧脊柱断端（注意不要握住或压迫神经），右手握住其上的皮肤边缘，用力向下剥掉全部后肢的皮肤。把标本放在盛有任氏液的培养皿中。1.4.4分离两腿用镊子夹住脊柱将标本提起，背面朝上，剪去向上突起的尾骨（注意勿损伤坐骨神经）。然后沿正中线用剪刀将脊柱和耻骨联合中央劈开两侧大腿，并完全分离，注意保护脊柱两侧3灰白色的神经。将两条腿浸入盛有任氏液的培养皿中。1.4.5制作坐骨神经腓肠肌标本取一条腿放置于蛙板上或置于蛙板上的小块玻璃板上。（1）游离坐骨神经将腿标本腹面朝上放置。用玻璃分针沿脊柱旁游离坐骨神经，并于近脊柱处穿线结扎神经。再将标本背面朝上放置，把梨状肌及其附近的结缔组织剪去。循坐骨神经沟（股二头肌与半膜肌之间的裂缝处），找出坐骨神经的大腿段。用玻璃分针仔细剥离，手执结扎神经的线将神经轻轻提起，剪断坐骨神经的所有分支，并将神经一直游离至腘窝。（2）完成坐骨神经小腿标本将游离干净的坐骨神经搭于腓肠肌上，在膝关节周围剪掉全部大腿肌肉，并用普通剪刀将股骨刮干净。然后从股骨中部剪去上段股骨，保留的部分就是坐骨神经小腿标本。（3）完成坐骨神经腓肠肌标本将上述坐骨神经小腿标本在跟腱处穿线结扎后，于结扎处远端剪断跟腱。游离腓肠肌至膝关节处，然后从膝关节处将小腿其余部分剪掉，这样就制得一个具有附着在股骨上的腓肠肌并带有支配腓肠肌的坐骨神经的标本。1.4.6检查标本兴奋性用经任氏液湿润的锌铜弓轻轻接触一下坐骨神经，如腓肠肌发生迅速而明显的收缩，则表明标本的兴奋性良好，即可将标本放在盛有任氏液的培养皿中，以备实验用。1.4.7实验系统连接和参数设置张力换能器的输出端与生物信号采集处理系统的出入通道相连。启动RM6240系统软件，在“选择”下拉菜单中选择“强度∕频率”项，显示刺激参数。1.4.8将腓肠肌跟腱的扎线固定在张力换能器的悬梁上,不宜太紧,此线应与桌面垂直,调节微距调节器.41.4.9把穿好线的坐骨神经轻轻提起,放在刺激电极上,应保证神经与刺激电极接触良好。1.4.10实验观察（1）刺激方式：最大刺激强度，波宽：0.1ms。RM6240系统采用连续单刺激（或频率递增）。采用自动频率方式，起始频率1Hz，结束频率30Hz，步长1Hz，组间延时（串间隔）大于5s。（2）刺激频率按1Hz、2Hz、3Hz、3Hz、4Hz、5Hz、…、30Hz逐渐增加（或刺激间隔逐渐减小），连续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形态和张力变化。1.4.11统计方法结果以x—±S表示开始单收缩的频率(Hz)开始不完全强直收缩的频率(Hz)开始完全强直收缩的频率(Hz)第一组61123第二组4820第三组41019第四组21020第五组41019x—49.820.2S1.411.101.64x—±S4±1.419.8±1.1020.2±1.64【结果】在刺激强度变化率恒定的条件下，在2Hz的刺激下表现为单收缩，在10Hz的刺激下表现为不完全强直收缩；在21Hz刺激下表现5为强直收缩；在大于20Hz刺激下，肌肉已经出现疲劳从而表现为收缩强度减少。【结论】当刺激频率较小，刺激的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；增大频率刺激，使刺激的频率大于一次肌肉收缩的时间、小于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的时间小于一次肌肉收缩时间，则肌肉出产生完全强直收缩。【讨论】（1）对实验结果和现象进行机制分析讨论。单收缩时胞质内Ca2+浓度升高的持续时间太短，以致被活化地收缩蛋白尚未产生最大张力时，胞质Ca2+浓度就已经开始下降。强直收缩时，则细胞连续兴奋，是细胞内Ca2+浓度持续升高，因此收缩张力可达到一个稳定的最大值。【1】（2）分析影响实验的主要干扰因素及改进方法。①BB-3G标本屏蔽盒被氧化。改进：实验前加任氏液。②做标本时毁坏了坐骨神经。改进:小心做实验尽量避免。③肌肉未给刺激时即出现痉挛,是漏电等原因造成。改进：实验前检查仪器的好坏。④离体实验时,未按3m/次加任氏液。改进:组员间相互监督。⑤肌肉高频率刺激后未休憩就继续实验。改进：做完一次实验让标本休息一下。⑥实验过程中没有保持换能器与标本连线的张力不变。改进：实验时尽量保持仪器的平衡，不要人为的去改变。⑦腓肠肌和换能器的连线过于松或紧。改进：根据需要调整好长6短。⑧启用RM6240实验时为调零。改进：看见不在零刻度上，马上进行调零。（3）不完全强直收缩与完全强直收缩是如何引起的？不完全强直收缩产生的原因是当刺激频率比较低时，后一刺激引起的收缩落在前一收缩的舒张期内。增大刺激频率时，使刺激的时间小于一次肌肉收缩时间，则肌肉出产生完全强直收缩。（4）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增高？一个脊髓神经前角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维，称为一个运动单位。弱收缩时，仅有少量的和较少的运动单位发生收缩；随着收缩的加强，可有越来越多和越来越大的运动单位参加收缩，产生的张力也随之增加。【2】（5）连续刺激神经，坐骨神经腓肠肌标本会出现疲劳现象吗？为什么？会出现疲劳。因为短时间剧烈运动时出现的疲劳，往往与细能源物质的消耗以及乳酸等代谢产物的堆积这些外周的因素有关。H+与Ca2+竞争肌钙蛋自上的结合位点，减少了肌钙蛋白的激活率，影响了横桥的形成此外，此外H+浓度升高也会抑制钠泵的活力，使横桥摆动所需能量不足。【3】（6）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？如此测出的阈刺激的可靠程度如何？有什么更好的方法?神经纤维的阈刺激。肌肉收缩实验时的力学表现常受负荷、关节角度、初长度等因素的影响，所以离体实与人体有一定的差距。用小鼠代替7离体蟾蜍实验,小鼠以2O乌拉坦1．3g／kg经腹腔注射麻醉．用大头针固定薄硅胶片于鼠台上，小白鼠取仰卧位，一侧大腿置于硅胶片上，用U形细铜丝将该侧跗肘关节固定于硅胶片上．最后连接实验装置：用棉线的一端绑缚小白鼠附跖关节下方，另一端连接张力传感器，传感器输入信号至计算机；刺激电极分别夹住2枚毫针，一枚沿腓肠肌纤维方向插入腓肠肌，另一枚插于附近皮下；计算机，定标，开始实验时电刺激引发腓肠肌收缩时足跖屈，拉动传感器应变片，信号输入计算机便可真实记录肌肉收缩曲线．【4】(7)骨骼肌收缩在运动中的作用。骨骼肌收缩张力越大，可以使跳远运动员跳得更远，跳高跳得更高。【参考文献】【1】吴博威.生理学[M].北京：人民卫生出版社，2009.43【2】吴博威.生理学[M].北京：人民卫生出版社，2009.43【3】吕荣上，姜文凯.神经一肌肉疲劳的生理学研究进展[J].体育与科学.2001,(22):34-36.【4】刘紫荆,陈筱春.骨骼肌收缩实验的改进尝试[J].陕西:太原师范学院学报(自然科学版),20088图1：刺激频率对骨骼肌收缩的影响横坐标：频率纵坐标:张力大小9图2：刺激强度骨骼肌收缩的影响横坐标：刺激强度纵坐标:张力大小图3、4：神经干不应期测定横坐标：时间纵坐标：动作电位大小10图为出现绝对不应期的动作电位，时间为0.5ms横坐标：时间纵坐标：动作电位大小图为出现相对不应期的动作电位，时间为6ms一开始强度为0.02V，以后每次增加0.005V，组间间隔4S11图5：神经干兴奋传导速度的测定横坐标：时间纵坐标：动作电位大小