骨骼肌收缩的力学分析实验

肌肉、神经和腺体组织称为可兴奋组织，其兴奋性较大，且不同组织、细胞的兴奋表现亦不相同，肌肉组织的兴奋主要表现为收缩活动。刺激（stimulation）要使可兴奋组织发生兴奋，就必须达到一定的刺激量，即刺激强度、刺激时间和强度-时间变化率必须达到一定的值。通过固定后两个条件，改变刺激强度，记录和测量肌肉的收缩张力，即可测定肌肉组织刚发生兴奋的刺激称为阈刺激（threshold stimulus），阈刺激的强度称为阈强度（threshold strength）。随着刺激强度的增加，肌肉的收缩张力也相应增大，刺激强度大于阈值的刺激称为阈上刺激（suprathreshold stimulus），能引起组织产生最大兴奋的最小刺激称为最大刺激（maximal stimulus）。

整块骨骼肌或单个肌细胞在受到一次阈或阈上的刺激时，先发生一次动作电位，紧接着出现一次收缩，后者称为单收缩（single twitch）。收缩全过程可分为收缩和舒张两个时期，前者持续时间较后者短。如果给肌肉以连续的脉冲刺激，则肌肉的收缩形式将随刺激的频率高低而不同。在刺激频率较低时，因每一个新的刺激到来时，由前一次刺激引起的单收缩过程（包括舒张期）已经结束，于是每次刺激都引起一次独立的单收缩。当刺激频率增加到某一限度时，后来的刺激有可能在前一次收缩的舒张期结束前就出现，于是肌肉在未完全舒张（自身尚处于一定程度的缩短或张力存在）的基础上便进行新的收缩，这就发生了收缩过程的复合，这样连续进行下去，肌肉就表现为不完全强直收缩（incomplete tetanus），其特点是每次新的收缩都出现在前次收缩的舒张期过程中，在描记曲线上形成锯齿形；如果刺激频率继续增加，肌肉就有可能在前一次收缩的收缩期结束前或在收缩期的顶点开始新的收缩，于是各次收缩的张力或长度变化就可以融合而叠加起来，使描记曲线上的锯齿形消失，这就是完全强直收缩（complete tetanus）。

蛙 蟾蜍
任氏液 BL-420生物信号采集处理系统 蛙类手术器械 肌槽 张力换能器 铁柱架 双凹夹

一、制备蛙坐骨神经腓肠肌标本

二、 连接实验仪器

将坐骨神经腓肠肌标本固定于肌槽，股骨残端固定于肌槽的小孔中，腓肠肌的跟腱通过结扎线缚在张力换能器悬梁的着力点上，换能器固定于铁柱架的双凹夹上，并与生物信号采集处理系统的输入通道插孔相连。坐骨神经放置于肌槽的刺激电极上，刺激电极连接刺激输出插孔。

三、 实验观察项目

1. 刺激强度对骨骼肌收缩张力的影响。

（1） 移动双凹夹，拉紧结扎线。

（2） 刺激参数设置。单次方式，波宽0.1～0.3ms。

 

（3） 观察记录。点击“刺激”按钮，选择最小刺激强度（0.1V），然后逐渐增大刺激强度，记录阈刺激和最大刺激值。

（4） 测量每一刺激强度对应的肌肉收缩张力；测量最大刺激时肌肉的收缩期和舒张期的时间，比较两者之间的差异（图1）。

图1

2. 刺激频率对骨骼肌收缩形式的影响。

（1） 选择连续单刺激，波宽0.3～0.5ms，最大刺激强度，刺激间隔时间大于肌肉收缩时程，记录肌肉的单收缩张力曲线。

（2） 选择双刺激（其余刺激参数不变），改变刺激波间隔，使刺激间隔时间小于肌肉单收缩时程，长于收缩期时间，记录两个收缩的复合曲线。

（3） 选择连续刺激，其余刺激参数不变，由低到高调整刺激频率，记录肌肉不完全强直收缩和完全强直收缩的张力曲线（图2）。

图2

1. 每次刺激引起肌肉收缩后须间隔一定的时间（0.5～1min），并常用任氏液湿润标本，以确保肌肉的兴奋性。

2. 刺激频率应从低开始逐渐增加，每种频率的刺激持续时间不宜过长。

3. 如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，应检查仪器接地是否良好，必要时可在肌槽或铁柱架上接一地线。