兔大脑皮质运动区的刺激效应及去皮质僵直

【实验目的】

1．通过电刺激兔大脑皮质不同部位，观察大脑皮质运动区的刺激效应，了解皮质运动区对躯体运动的调节作用。

2．观察去皮质僵直现象，了解高位中枢对肌紧张的调节作用。

【实验原理】

1．大脑皮质运动区是调节躯体运动功能的高级中枢，在人和高等动物它主要位于中央前回和运动前区。它通过锥体系及锥体外系下行通路，控制脑干和脊髓运动神经元的活动，从而控制肌肉运动。这些皮质部位呈有秩序的排列，称为皮质运动区功能定位或运动的躯体定位结构。在大脑皮质运动区有精细的功能定位，电刺激大脑皮质运动区不同部位，能引起特定的肌肉或肌群收缩。功能代表区的大小与运动的精细复杂程度有关，运动愈精细和（或）愈复杂的肌肉，其代表区的面积愈大。在较低等的哺乳动物，如兔和大鼠，其大脑皮质运动区功能定位已初步形成，因此可以借以了解高等动物的大脑皮质运动功能的生理特性。

2．中枢神经系统主要是脑干及其以上结构对伸肌的紧张性具有易化和抑制两种作用，通过这两种作用调节着伸肌的紧张程度，以维持姿势和协调机体的运动。脑干网状结构是这两种作用发生功能联系的一个重要整合机构。如在动物中脑上、下丘之间切断动物的脑干（该动物称为去皮质动物），则抑制肌紧张的作用减弱而易化肌紧张的作用相对加强，表现为动物的四肢伸直，头尾昂起，脊柱挺硬，即角弓反张的现象，这是一种伸肌紧张亢进状态，称为去皮质僵直。进一步可用实验的方法证明去皮质僵直形成的脊髓通路。

【实验对象】

家兔。

【实验用品】

哺乳类动物手术器械，颅骨钻，小咬骨钳，明胶海绵，纱布，生理盐水，20%氨基甲酸乙酯，气管插管，丝线，电刺激器，同心圆电极，骨蜡，液状石蜡。

【实验步骤】

1．麻醉动物　耳缘静脉注射20%氨基甲酸乙酯4ml／kg，达到浅麻醉状态。

2．气管插管　将兔仰卧位固定于手术台上，剪去颈部的毛，沿颈部正中线切开皮肤，分离皮下组织及肌肉，暴露气管，做气管插管，找出两侧颈总动脉，穿线以备结扎。

3．头部手术

（1）将兔转为俯卧位固定于手术台上，剪去头部的毛，从眉间至枕部沿矢状线切开皮肤及骨膜，用刀柄向两侧剥离肌肉并刮去颅顶骨膜，暴露头顶骨缝标志，选择冠状缝后，矢状缝旁开0．5cm处用颅骨钻钻孔（图3－27）（钻孔时注意不要伤及矢状缝，以免大出血），用小咬骨钳扩大创口，咬骨时切勿损伤硬脑膜并注意随时止血（颅骨创口出血用骨蜡止血，皮质表面血管出血用明胶海绵止血），用小镊子夹起硬脑膜并用眼科剪小心剪开，暴露大脑皮质，滴上少量温热（39～40℃）液状石蜡，以防皮质干燥。手术后放松动物的头及四肢，以便观察躯体运动效应。

图3－27　兔颅骨标志

（2）横断脑干　头部提高并固定，暴露头骨及颞肌，将颞肌上缘附着在头骨的部分切开，用手术刀柄将颞肌自上而下地剥离扩大顶骨暴露面，并刮去颅顶骨膜，在旁开矢状缝0．5cm左右的颅顶处用骨钻开孔，用咬骨钳沿骨孔朝后渐渐扩大创口至枕骨结节，暴露出双侧大脑半球的后缘，用小镊子夹起硬脑膜，仔细剪除，暴露出大脑皮质并滴少许液状石蜡以防脑表面干燥。左手将动物的头托起，右手用手术刀柄从大脑半球后缘与小脑之间伸入，轻轻托起两大脑半球枕叶，即可见到中脑上、下丘部分（四叠体），用手术刀在上、下丘之间向口裂方向成45°插至颅底，将脑干横断（图3－28）。

【观察项目】

1．将同心圆电极的连线与电刺激器相连。参考电极放于兔的背部，剪去此处的毛并用少许生理盐水湿润以便接触良好。用同心圆电极接触到皮质表面，逐点刺激一侧大脑皮质的不同部位。

2．刺激参数：波宽0．1～0．2ms，刺激频率20～50Hz，刺激强度10～20V，每次刺激持续5～10s，每次刺激后休息1～2min。观察刺激不同部位引起的肢体和头面部运动的情况，并将观察的结果标记在皮质轮廓图上（图3－29）。

图3－28　切断部位

图3－29　兔大脑皮质运动区的刺激效应

注：A．中央后区；B．脑岛区；C．下颌运动区；○．头动；．下颌动；△．前肢动；＋．颜面肌和下颌动；×．前肢和后肢动

3．在另一侧大脑皮质重复上述实验。

4．将兔摆放成侧卧位，几分钟后可见兔的躯干和四肢逐渐变硬伸直，前肢较后肢更明显，头昂举，尾上翘，呈角弓反张状态，即为去皮质僵直现象（图3－30）。

5．明显的僵直现象出现后，在下丘稍后方再次切断脑干，观察肌紧张变化。

【注意事项】

1．动物麻醉不宜过深，也不宜过浅，呈中等麻醉状态，即表现为动物瞳孔扩大，夹趾反应引起的屈肌反射减弱，肌张力中度松弛而不是显著松弛，角膜反射明显减弱而不是完全消失。术中动物挣扎可给少许局部麻醉。

2．刺激不宜太强，选用的刺激强度可先用同心圆电极刺激切口附近皮下肌肉，确定引起肌肉收缩的最小刺激强度，以该强度为参考值略调整即可。

图3－30　去皮质僵直

3．刺激点自头部前端向后部，自内向外按顺序刺激，每隔0．5mm为一点，每次刺激由弱渐强，以出现反应为度，每次刺激持续5～10s才能确定有无反应，因为刺激大脑皮质引起骨骼肌收缩的潜伏期较长。

4．颅骨扩大创面出血较多时，可先行短暂夹闭双侧颈总动脉，开颅术后即松开动脉夹恢复血流。

5．刺激电极间距宜小，但勿短路。

6．咬骨接近骨中线和枕骨时尤需防止伤及矢状窦而致大出血，应暂时保留矢状窦处的颅骨，细心将矢状窦与头骨内壁剥离，然后再轻轻去除保留的颅骨，并在矢状窦的前后两端各穿一线结扎。

7．横断脑干几分钟后，僵直仍不明显时，可试用牵拉四肢（肢体伸肌传入），扭动颈部（颈肌传入），动物仰卧（前庭传入）等办法，使僵直易于出现。

8．切断部位要准确，过低将伤及延髓，导致呼吸停止，过高则不出现去皮质僵直现象。如动物横断脑干后5～10min仍不出现僵直现象，呼吸尚平稳，可在原切断面再向后2mm处重新再切一刀。

【思考题】

1．为什么刺激大脑皮质引起的肢体运动往往有左右交叉现象？

2．根据实验结果，分析大脑皮质运动区有何特征？

3．刺激大脑皮质引起骨骼肌收缩的神经路径是什么？

4．产生去皮质僵直的机制是什么？

5．什么叫α僵直和γ僵直？去皮质僵直应属于哪种僵直？为什么？

6．将动物脊髓的背根切断，会出现什么结果？

（伍庆华）