刺激强度与反应的实验原理

【实验目的】

1．掌握蛙类动物的捉拿和破坏脑脊髓的方法、坐骨神经腓肠肌标本的制备技术。

2．了解阈下刺激、阈刺激、阈上刺激、最适刺激。

3．理解刺激与反应的关系。

4．观察不同强度、不同频率刺激对骨骼肌收缩反应及形式的影响。

【实验原理】 蛙类一些基本的生命活动和生理功能与温血动物相似，其离体组织所需的生活条件比较简单，容易维持良好的机能状态。因此，蛙类的神经肌肉标本常用以观察研究刺激反应、兴奋性、兴奋过程的一些规律及骨骼肌的收缩特点等。

【实验用品】 蛙或蟾蜍。计算机生物信息采集、分析处理系统1套，蛙类手术器械，保护电极、张力换能器、铁支架、双凹夹、任氏液等。

【实验步骤】

（一）标本制备

1．破坏脑脊髓 取蟾蜍一只用自来水冲洗干净，左手握蟾蜍，小指和无名指夹住后肢，拇指按压背部，中指放在胸腹部，用示指下压头部前端使头前俯，右手持金属探针由枕骨沿正中线向脊柱端触划，当触到凹陷处即枕骨大孔处（可用左手固定蟾蜍躯干，右手捏住蟾蜍上嘴唇上下摇动，查看凹陷处找到枕骨大孔），由此通过皮肤垂直刺入探针，进入枕骨大孔后，将针转向前方颅腔并左右搅动捣毁脑组织，而后退针转向刺入脊椎管捣毁脊髓（实验图1-1），当蟾蜍四肢松软、呼吸消失则表示脑脊髓完全毁坏，否则应按上法重复操作左手持蛙。

实验图1-1 捣毁蛙类脑髓方法示意图

2．剪除躯干上部及内脏 在骶髂关节水平以上1cm处用铁剪刀剪断脊柱（实验图1-2），左手持镊子夹紧脊柱断端（骶骨端）并稍向上提起，使蟾蜍头与内脏自然下垂，右手持铁剪刀，沿两侧将蟾蜍头、前肢和内脏全部剪除仅保留两后肢（实验图1-3），可见坐骨神经丛（呈灰白色）从腰背部脊柱发出。

实验图1-2 横断脊柱

实验图1-3 剪除躯干及内脏

3．剥皮 左手持粗镊夹住脊柱断端，不要夹住或触及神经，右手捏住其上的皮肤边缘用力向下剥掉全部后肢的皮肤（实验图1-4）。将手和用过的全部手术器械用自来水冲洗干净，再行以下操作。

4．分离两腿 沿正中线将脊柱剪分为两半（勿损伤坐骨神经），并从耻骨联合中央剪开两侧大腿，使两腿完全分离，将两腿浸于盛有任氏液的烧杯中。

5．游离坐骨神经 取一后肢，腹面向上认清坐骨神经及其走向后，两头用蛙钉固定于蛙板上，用玻璃分针在半膜肌和股二头肌之间分离出坐骨神经。注意分离时要仔细用剪刀剪断坐骨神经的分支，勿伤神经干，前面分离至脊柱坐骨神经丛基部，向下分离至膝关节。保留与坐骨神经相连的一小块脊柱，将分离出来的坐骨神经搭于腓肠肌上，去除膝关节周围以上的全部大腿肌肉，用铁剪刀刮净股骨上附着的肌肉，但留下半段股骨（实验图1-5）。

实验图1-4 剥去皮肤

验图1-5 游离坐骨神经方法

实验图1-6 标本

a．坐骨神经小腿标本；b．坐骨神经-腓肠肌标本

6．分离腓肠肌 在跟腱上扎牢一线，提起结扎，剪断结扎线外的跟腱，游离腓肠肌至膝关节处，将膝关节以下小腿其余部分全部剪去。至此，标本制成（实验图1-6）。

7．标本的检验 将标本置于蛙板上，用锌铜弓刺激坐骨神经，若腓肠肌收缩表明标本的兴奋性良好。将标本放入任氏液中待用。

（二）实验项目

1．连接标本与仪器 将肌张力换能器用双凹夹固定在铁支架底部，将结扎于跟腱的手术线水平连接于肌张力换能器上，轻移蛙板，使线有一定张力。将肌张力换能器与计算机的输入通道连接。用玻璃分针轻轻提起坐骨神经，置于保护电极上；保护电极固定在铁支架上，并与计算机程控刺激输出连接。

2．观察刺激强度和肌肉收缩的关系 打开计算机进入生物信息采集处理系统。当你选中肌肉神经实验时，则会向右弹出具体实验的子菜单。选定“刺激强度与反应的关系”项，根据实验需要选择参数。实验方式最好选程控（非程控时，每一次刺激都要重新设置刺激强度，然后按启动刺激后才有刺激输出）。

观察生物信息显示：用弱刺激开始肌肉无收缩反应，逐渐增大刺激强度，能引起肌肉收缩的最小刺激强度称为阈强度（阈值），刚好达到阈强度的刺激称为阈刺激，此前未产生收缩波的较弱刺激为阈下刺激，超过阈强度的刺激称为阈上刺激。继续增加刺激强度，肌肉收缩幅度随之加大，直至三四个收缩幅度不再随刺激发生改变的最小刺激强度为最适强度，此刺激即为最适刺激。可根据结果调节填入程控刺激器的参数（主要是起始刺激强度、刺激强度增量的设置），以期把图形做得满意。

3．肌肉的单收缩和强直收缩 在“实验项目”中选定“刺激频率与反应的关系”项，出现对话框后选择“现代或经典实验”，填入合适的数据后便进入实验的监视。“经典实验”是指以对话框中设置的刺激强度、频率进行刺激，只画出三组图形；“现代实验”是指刺激强度不变，每次刺激频率递增量按设置的量一次次递加，画出许多组图形。

观察生物信号显示：选择的实验类型不同（经典实验或现代实验），将记录出不同形式的试验结果。

可根据图形调节填入对话框的数据“经典实验”主要是调节三种收缩的刺激频率（Hz）和刺激强度（V）］；“现代实验”主要是刺激强度、刺激频率增量即频率阶梯的设置，以期把图形做得满意，即记录出几个单收缩曲线和一段不完全强直收缩及完全强直收缩曲线图（实验图1-7）。

实验图1-7 骨骼肌单收缩与强直收缩

4．试验结果处理 根据实验结果练习图形剪辑，并在剪辑页上书写实验题目，标出阈强度、最适刺激强度；单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩；练习实验人员名单输入、打印设置及存盘等操作。

【注意事项】

1．制备标本过程中，应随时用任氏液润湿神经和肌肉，防止干燥。

2．游离神经时，切勿用玻璃分针逆向剥离，以防损伤神经干，又要避免金属器械对神经的不必要触碰。

3．避免蟾蜍皮肤分泌物和血液等污染标本，也不能用水冲洗标本。

4．有时标本兴奋性过高，可放置20min待其稳定后再用于以下实验。必要时可接地予以分流。

5．每次连续刺激一般不超过3～4s。单刺激或连续刺激后，让肌肉短暂休息，以免神经肌肉疲劳。