不同刺激强度和频率对骨骼肌收缩的影响

不同刺激强度和频率对骨骼肌收缩的影响_生理学实验

实验一　不同刺激强度和频率对骨骼肌收缩的影响

实验目的

（1）通过电刺激蛙的坐骨神经－腓肠肌标本，观察刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系，从而加深对阈刺激、阈上刺激和最大刺激概念的了解。

（2）观察不同的刺激频率与肌肉收缩之间的关系，加深了解肌肉的收缩形式。

实验原理

活的组织具有兴奋性，能接受刺激发生反应。引起组织发生兴奋的刺激必须是适宜的有效刺激，凡刚能引起肌肉发生收缩反应的最小刺激强度称为阈强度（阈值），刚达到阈值的刺激称为阈刺激。阈刺激以下的刺激称为阈下刺激，阈刺激以上的刺激称为阈上刺激。衡量组织兴奋性大小的指标是阈值，阈值和兴奋性呈反比的关系，兴奋性高的组织阈值低，兴奋性低的组织阈值高。

腓肠肌是由许多兴奋性高低不同的肌肉纤维组成的，如果用单个强度为阈强度的电刺激直接刺激或通过神经间接刺激腓肠肌时，引起肌肉发生最小收缩反应的刺激称为阈刺激，随着刺激强度的增加，肌肉收缩反应也相应逐步增大，这时的刺激强度大于阈值，称为阈上刺激。当刺激强度增加到某一数值时，肌肉发生最大的收缩反应。如果再继续增加刺激强度，肌肉的收缩反应不再增大，这种能引起肌肉发生最大收缩反应的刺激称为最大刺激。由此可见，骨骼肌收缩反应的大小在一定范围内取决于刺激的强度。

不同的刺激频率可使骨骼肌出现不同的收缩形式。若刺激频率较低，每次刺激的间隔时间超过肌肉一次收缩和舒张的时间，则肌肉出现一连串的单收缩。若刺激频率逐渐增加，刺激的间隔逐渐缩短，使每个后一次收缩都发生在前一次收缩的舒张期，肌肉表现为不完全强直收缩；若使每个后一次收缩都发生在前一次收缩的收缩期，则肌肉表现为完全强直收缩。

实验对象

蟾蜍。

实验器材与药品

蛙类手术器械1套、培养皿、铁架台、双凹夹、机械换能器、锌铜弓、肌动器、滴管、探针、任氏（Ringer）液、污物缸等，BL－410或BL－420生物信号采集与处理系统。

实验步骤

1．制备坐骨神经－腓肠肌标本

1）破坏脑脊髓

取蟾蜍一只置于左手掌上，左手中指和环指夹住其前肢，小指背抵住其骶部，使后肢悬空，拇指轻放于背部，示指压其头部前端使其尽量前俯，以便枕骨大孔定位（图3－1）。右手将探针自枕骨大孔处垂直刺入约2mm，随后将探针向上进入颅腔，左右摆动，彻底捣毁脑组织；再将探针退出至枕骨大孔处，向后下刺入椎管，捻动探针完全捣毁整个脊髓。脑脊髓完全破坏的标志是下颌呼吸运动消失，反射消失，四肢松软。

图3－1　破坏蟾蜍脑和脊髓的方法

2）剪去躯干上部和内脏

左手握住蟾蜍后肢，此时躯干上部及内脏已全部下垂。右手持粗剪刀在骶髂关节前1～1．5cm处剪断脊柱，剪除上部躯干及内脏组织，注意勿损伤神经（图3－2）。

3）剥皮

用左手夹住脊柱，注意不要碰到神经，右手捏住皮肤，用力向下剥除皮肤后，将标本置于盛有任氏液的培养皿中。

4）清洁器械

洗净双手和用过的全部手术器械。

5）分离两腿

避开坐骨神经，用粗剪刀从背侧剪去尾骨，然后沿中线将脊柱剪成左右两半，再从耻骨联合中央剪开两腿，将两下肢标本浸入盛有任氏液的培养皿中保存。

图3－2　剪除躯干上部及内脏

6）完成坐骨神经－腓肠肌标本（图3－3）

图3－3　腓肠肌标本制作示意图

（1）分离坐骨神经　取出一块下肢，用蛙钉固定于蛙板上，固定时要注意将坐骨神经和腓肠肌朝上。先用玻璃分针沿脊柱侧游离腹腔部坐骨神经，然后循股二头肌和半膜肌之间的坐骨神经沟纵向分离，暴露大腿部分的坐骨神经直至腘窝，并将坐骨神经从脊柱根部剪下。在分离过程中，要将神经周围的结缔组织去除干净，并剪除神经的细小分支，但要注意不要用金属器械触碰神经和过度牵拉神经，并注意滴加任氏液使神经保持湿润。

（2）制作坐骨神经－腓肠肌标本　把游离的坐骨神经搭在腓肠肌上，在跟腱下方穿线结扎跟腱，用组织剪在靠结扎线远端剪断跟腱，轻提跟腱上的结扎线使腓肠肌与小腿分离。从膝关节周围开始剪掉大腿所有的肌肉，用粗剪刀将股骨刮干净，然后在股骨中部剪去上段股骨（留1cm的股骨），于膝关节下方剪去小腿（注意保留完整的腓肠肌），完成坐骨神经－腓肠肌标本的制作。

（3）检查标本的兴奋性　用任氏液湿润的锌铜弓接触神经，如出现腓肠肌明显收缩，则表示标本的兴奋性良好，将标本放在任氏液中备用。

2．连接实验装置（图3－4）

（1）打开计算机，激活BL－410或BL－420生物信号采集与处理系统。

图3－4　离体坐骨神经－腓肠肌标本实验装置

（2）将机械换能器固定在铁架台上，肌动器固定在铁架台的双凹夹上，且与换能器平行。

（3）将标本中预留的股骨固定在肌动器上，坐骨神经搭在肌动器的刺激电极上，刺激电极与计算机刺激输出相连，腓肠肌的跟腱结扎线固定在换能器上，此线不宜太紧或太松，且应与桌面垂直。保持神经和刺激电极接触良好。

实验观察项目

1．观察不同刺激强度对腓肠肌收缩的影响

点击BL－410或BL－420生物信号采集与处理系统界面“实验项目”，选择“神经－肌肉实验”中的“刺激强度与反应之间的关系”模式，选用适当的最初刺激强度，可以采用程控或非程控刺激方式，调节适当的刺激间隔和刺激增量，观察在不同的刺激强度下肌肉收缩幅度的变化，找出最小刺激和最大刺激。

2．观察不同刺激频率对腓肠肌收缩的影响

点击BL－410或BL－420生物信号采集与处理系统界面“实验项目”，选择“神经－肌肉实验”中的“刺激频率与反应之间的关系”模式，调节适当参数，从而描记出单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩图形。

实验结果

结果记录，描记不同收缩曲线，进行编辑，最后打印出实验结果。

（1）不同刺激强度对腓肠肌收缩的影响如图3－5所示。

（2）不同刺激频率对腓肠肌收缩的影响如图3－6所示。

注意事项

（1）制备神经－肌肉标本以及实验操作过程中，要经常滴加任氏液以防标本因干燥而丧失正常生理活性。

（2）操作过程中应避免强力牵拉、手捏或夹伤神经和肌肉。

（3）每次刺激之后必须让肌肉有一定的休息时间（0．5～1．0min）。

（4）如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，可能是由于仪器漏电或静电感应等原因引起，应检查仪器接地是否良好。

图3－5　不同刺激强度对腓肠肌收缩的影响曲线

图3－6　不同刺激频率对腓肠肌收缩的影响曲线

（5）找准最大刺激强度，避免刺激过强而损伤神经。

思考题

1．为何神经－肌肉标本中肌肉收缩随刺激强度的增大而增强？

2．引起肌肉收缩的阈刺激、阈上刺激和最大刺激的含义是什么？

3．肌肉收缩的形式有几种？

（雪合热提·伊纳也提）