刺激强度、频率对骨骼肌收缩的影响

模拟实验 刺激强度、频率对骨骼肌收缩的影响

【目的】

本实验在保持刺激时间恒定的条件下，逐步增加或减小对蟾蜍坐骨神经的刺激强度(脉冲振幅)和改变电脉冲刺激频率，观察记录腓肠肌收缩收缩张力，分析探讨刺激强度和刺激频率与骨骼肌收缩张力的关系。学习微机生物信号采集处理系统的使用。

【原理】

肌肉、神经和腺体组织称为可兴奋组织，它们有较大的兴奋性。不同组织、细胞的兴奋表现各不相同，神经组织的兴奋表现为动作电位，肌肉组织的兴奋主要表现为收缩活动。因此，观察肌肉是否收缩可以判断它是否产生了兴奋。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，用方形电脉冲刺激组织，则组织兴奋只与刺激强度、刺激时间有关。

用方形电脉冲刺激组织，在一定的刺激时间(波宽)下，刚能引起组织发生兴奋的刺激称为阈刺激，所达到的刺激强度称为阈强度，能引起组织发生最大兴奋的最小刺激，称为最大刺激，相应的刺激强度叫最大刺激强度；界于阈刺激和最大刺激间的刺激称阈上刺激，相应的刺激强度称阈上刺激强度。

刺激神经使神经细胞产生兴奋，兴奋沿神经纤维传导，通过神经肌接头的化学传递，使肌肉终板膜上产生终板电位，终板电位可引起肌肉产生兴奋(即动作电位)，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。

肌肉收缩的形式，不仅与刺激本身有关，而旦还与刺激频率有关。当刺激频率较小，使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；增大刺激频率，使刺激间隔大于一次肌肉收缩的收缩时间、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，使刺激间隔小于一次肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。

【预习】

1． 仪器 设备知识 参见 RM6240微机生物信号采集处理系统介绍。

2．实验理论 实验动物知识参见第三章第一节 生理科学实验常用实验动物的种类；第四章第一节 动物实验的基本操作；统计学知识参见第五章第四节常用统计指标和方法；生理学教材中兴奋性、兴奋的概念，神经肌接头化学传递的机制，骨肌的收缩原理和肌肉收缩的外部表现和力学分析。检索全文数据库中的相关研究论文，检索方法参见第五章第五节。

3．预绘制实验原始数据记录表格和统计表格。

4．预测结果 预测刺激强度和刺激频率对骨骼肌收缩形式及收缩张力影响。

【材料】

蟾蜍或蛙，任氏液，张力换能器，微机生物信号采集处理系统。 　

【方法】

1．实验系统连接和参数设置

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RM6240或PcLab（MedLab）系统软件，进入系统软件窗口，设置 仪器 参数：

（1） RM6240系统：点击“实验”菜单，选择生理科学实验菜单中的“刺激强度对骨骼肌收缩的影响” 或“刺激频率对骨骼肌收缩的影响”项目。系统进入信号记录状态。仪器参数：通道模式 张力，采样频率 400Hz~1KHz，扫描速度 1s/div，灵敏度 10~30g，时间常数 直流，滤波频率 100Hz。

（2）PcLab（MedLab）系统：点击 “文件”菜单的“打开配置”，选择“刺激强度对骨骼肌收缩的影响” 或“刺激频率对骨骼肌收缩的影响”项目。系统进入信号记录状态。仪器参数：放大倍数 100~200，耦合方式 DC（下限频率 DC），上限频率 10Hz，采样间隔 1~5ms。

2．蟾蜍坐骨神经腓肠肌在体标本制备

（1）毁脑脊髓 参见实验1。

（2）剥去一侧下肢自大腿根部起的全部皮肤，然后将标本俯卧位固定于蛙板上。

（3）在大腿背内侧的股二头肌与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至腘窝处，并在神经下穿线备用。然后分离腓肠肌的跟腱，穿线结扎，并连同扎线将跟腱剪下，一直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，至此在体标本制备完成。

（4）将腓肠肌跟腱的扎线固定在张力换能器悬臂梁上，不宜太紧，此连线应与桌面垂直，调节微距调节器，将前负荷调至2~5g。

（5）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。

【模拟实验操作方法】

1．模拟实验窗口（图6-2-1） 腓肠肌上端用棉线与张力换能器相连，腓肠肌收缩频率和幅度用仿真二道记录仪显示。

2．仿真二道记录仪 上线记录腓肠肌收缩曲线，下线记录刺激标记。仿真记录仪面板设灵敏度、位移、纸速调节按钮，面板设有数字显示框，分别显示记录仪上线灵敏度、腓肠肌收缩力量、实验项目、实验时间。

3．刺激器 打开电源开关后，刺激器面板上的按钮和开关可调。“连续、单次”开关设置为“单次”状态时，刺激器发放单个脉冲，开关设置为“连续”状态时，刺激波“定时”连续发放；“频率”按钮，可调刺激频率；“强度”按钮，可调刺激电压。按压“启动”按钮，刺激器根据设置的参数产生刺激脉冲刺激坐骨神经，仿真记录仪上显示腓肠肌收缩曲线、标注实验内容。

4．测量按钮 按测量按钮，仿真记录仪显示所做实验项目的实验曲线，仿真记录仪面板按钮变为图标按钮，有放大、缩小、压缩、扩展、定位五个图标按钮，分别可使仿真记录仪内的实验曲线纵向放大或缩小，横向压缩或扩展，定位图标按钮可使所选记录曲线处的位置移到仿真记录仪左边框位置。

5．测量状态 在测量状态下，鼠标器在仿真记录仪内移动，可对实验曲线进行测量，并从仿真记录仪的面板数字显示框“收缩力”和“Time”中读出腓肠肌收缩力量和时间。拖动仿真记录仪面板上的滚动条，可使实验曲线左右滚动，显示前后实验数据曲线。

6．窗口提示栏右侧设置“返回”按钮，鼠标点击“返回”按钮，程序返回到模拟实验窗口。

图6-2-1 刺激强度、频率对骨骼肌收缩的影响模拟实验窗口

【观察项目】

1．逐渐增大刺激强度，找出刚能引起肌肉出现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相应增大。

2．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刺激强度，即最大刺激强度。

3．用1.5V刺激强度，使刺激频率逐渐增加，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。

【实验报告】

1．题目。

2．署名 作者和合作者姓名及单位。

3．结构式摘要（目的，方法，结果，结论）。

4．材料和方法 主要实验材料，在体或离体蟾蜍坐骨神经－腓肠肌标本制备方法简要，仪器装置连接和仪器参数。

5．观察项目 实验观察项目及观察指标。

6．结果 列刺激强度与肌肉收缩张力、刺激频率与肌肉张力和肌肉收缩时间与舒张时间原始数据表格。标注刺激强度与肌肉收缩曲线记录图，绘制刺激强度与肌肉收缩张力曲线。标注刺激频率与肌肉收缩曲线记录图，绘制刺激频率与肌肉收缩张力曲线。用文字和数据逐一描述实验结果。

7．讨论 对实验结果进行分析推理。

8．参考文献。