蟾蜍坐骨神经动作电位的波形分析

动物医学进展, 2004, 25 (2) : 72275 P rogress in V eterinary M edicineΞ 蟾蜍坐骨神经动作电位的波形分析 金　燕, 朱道立 (南通师范学院生命科学与技术系, 江苏南通 226007) 中图分类号: S865. 9　　　　　　　　　　　　　　文献标识码: A 文章编号: 100725038 (2004) 0220072204 摘　要: 为探讨蟾蜍坐骨神经动作电位的波形 与神经冲动的传导速度, 应用Docto r295 智能化 四导生物信号采集分析系统测定 10 只蟾蜍坐骨 神经干动作电位的波形并进行了分析。结果表 明: 蟾蜍坐骨神经的阈刺激均值为 (0. 59± 0. 03 ) V , 最大刺激均值为 (1. 55±0. 07) V , 传 导速度均值为 (38. 05±3. 15) m ös。坐骨神经干 中枢端动作电位幅值和时程均大于外周端, 3 m o löL KC l 溶液处理坐骨神经干, 神经冲动传 导被阻断。坐骨神经干直径粗细与其阈值成反 比, 但与其神经传导速度成正比。 关键词: 动作电位; 波形; 坐骨神经; 蟾蜍 早在 1902 年, Bern stein [1 ]根据观察到的生物电现 象, 提出了著名的膜学说。他认为神经细胞膜对 K+ 的 特殊通透性形成静息膜电位; 兴奋过程电位变化是膜对 离子选择通透性的消失, 因此, 动作电位大小应等于静 息电位绝对值。 1939 年, Cu rt is 和 Co le, Hodgk in 和 H ux ley 等[2 ]分别用毛细管微电极测量枪乌　大神经纤 维兴奋时的电位变化, 结果发现动作电位大于膜静息电 位, 出现超射。 1950 年至 1952 年期间, Hodgk in, H ux ley 和 Katz[324 ]提出著名的钠学说, 即离子学说。他 们认为膜静息时对 K+ 通透性大, 膜兴奋时对N a+ 通透 性急剧增加, N a+ 大量内流, 形成内向的钠电流并达到 去极化, 产生可扩布的电位变化过程。本文以蟾蜍离体 坐骨神经干为标本研究复合动作电位活动的规律及特 征, 并尝试定量实验研究以探索周围神经生物电活动的 变化。 1　材料与方法 1. 1　实验动物 中华大蟾蜍 ( B uf o buf o Ga rg a riz ans C h ina ) , 由 本系动物实验室提供, 雌雄不拘, 体重 80～ 120 g, 室温 20～ 25 ℃。 1. 2　实验仪器 常用手术器械, 神经屏蔽盒, A P200L 系列高级商用 电脑(含Docto r295 Super L abo rato ry 微机化生理药理实 验教学系统, 江苏生物医学工程学会医学电子技术研究 所) , GSX2230 西铁城打印机, 引导电极, 刺激电极。 1. 3　实验药品与试剂 采用上海化学试剂厂生产的分析纯药品N aC l、KC l、 CaC l2、N aHCO 3、N aH 2PO 4、葡萄糖等配制任氏液, 3 mo löL KC l溶液。 1. 4　实验方法 1. 4. 1　制备蟾蜍坐骨神经干标本　用常规方法剥制坐骨 神经干, 但勿损伤神经标本。 1. 4. 2　连接实验装置与仪器调试　将记录电极连接到 Docto r295 Super L ab 的 1 通道和 2 通道, 刺激电极连接 刺激输出。选择“神经干A P 记录”项目。 1. 4. 3　参数设置　程控放大器参数 (按 F 键) 设定为 Gain: 200, F ilter: 10 K, T im e Con stan t: 0. 05 S, Samp le period: 0. 03～ 0. 05 m s。 1. 4. 4　观察和测量双相动作电位波形　①逐一取出坐骨 神经干标本置于神经屏蔽盒内, 观察CH 1 通道神经干动 作电位幅度在一定范围内随刺激强度大小而改变的现象。 可观察到不应期并测量阈刺激, 最大刺激的数值; ②观察 坐骨神经干双相动作电位波形, 测量CH 1 通道最大刺激 时双相动作电位第一、二相的幅度和时程; ③观察CH 2 通 道动作电位波形; ④测定动作电位传导速度: 测量中A、C 之间的距离 S, 再求出CH 1 和CH 2 两个动作电位起始点 的时间差 t, 按公式V = Söt (m ös) 计算神经冲动传导的速 度; ⑤用一小块浸有3 mo löL KC l 溶液的滤纸片贴附在引 导电极B 处神经干上, 观察CH 1 通道动作电位的波形变 化。 图 1　刺激强度与动作电位幅度之间的关系 F ig. 1　T he relationsh ip betw een the stim ulus in tensity and the ex ten t of action po ten tialΞ 收稿日期: 2003208209 作者简介: 金　燕 (1965- ) , 女, 江苏南通人, 南通市八一中学教师。 2　实验结果 2. 1　坐骨神经干的刺激强度与动作电位幅度 的关系 当精细调节电刺激强度为 0. 54～ 0. 63 V 时, 有动 作电位出现, 并可观察到其不应期分为绝对不应期、相 对不应期、超常期及低常期。 随着刺激强度增大, 动作电位幅度也相应的增大, 当刺激强度达到 1. 42～ 1. 65 V 时, 动作电位就达到最 大值, 再增大电刺激强度, 动作电位的幅度也不再增大。 电刺激强度与坐骨神经干动作电位幅度之间的关系呈 正比 (见图 2)。 2. 2　坐骨神经干刺激后产生复合动作电位幅值 在坐骨神经干中枢端刺激所产生的动作电位幅值大 于坐骨神经干外周端刺激产生的动作电位幅值, 见图 2。 图 2　坐骨神经干中枢端 (A )与外周端 (B )双相动作电位 F ig. 2　T he diphasic action po ten tial on the cen tral an end (A ) and the peripheral end (B) of sciatic nerve co rd 2. 3　动作电位传导速度的测量 对 10 个动物标本的各项电生理指标及动作电位传 导速度的测定值见表 1。 表 1　蟾蜍坐骨神经动作电位与传导速度的电生理指标 T able 1　E lectrocal physio logy indexes of action po ten tial and velocity of conduction in the sciatic nerve of bufo 实验动物 Experim en tal an im als 阈刺激öV V o ltage of th resho ld stim ulus 最大刺激ö V V o ltage of m ax im al stim ulus 双相动作电位ömV B iphasic action po ten tial 双相动作电位öm s B iphasic action po ten tial 传导速度öm·s- 1 V elocity of conduction 第一相幅值 Amp litude of first phase 第二相幅值 Amp litude of second phase 第一相时程 D unation of first phase 第二相时程 D unation of second phase 1 0. 56 1. 42 8. 00 6. 50 0. 90 1. 40 41. 00 2 0. 54 1. 47 8. 20 7. 10 1. 00 1. 30 42. 00 3 0. 57 1. 50 7. 40 5. 90 0. 80 1. 20 40. 10 4 0. 60 1. 52 6. 40 4. 80 1. 20 1. 80 38. 80 5 0. 62 1. 60 6. 80 5. 80 1. 30 1. 70 36. 90 6 0. 63 1. 65 5. 90 4. 70 0. 90 1. 60 32. 20 7 0. 58 1. 55 7. 60 6. 20 0. 90 1. 30 40. 00 8 0. 59 1. 59 7. 80 6. 40 1. 10 1. 50 39. 50 9 0. 61 1. 60 6. 90 5. 80 1. 20 1. 60 35. 40 10 0. 62 1. 62 5. 90 4. 60 1. 10 1. 50 34. 60 均值 M ean V alue ( x ± SD ) 0. 59±0. 03 1. 55±0. 07 7. 09±0. 84 5. 78±0. 84 1. 04±0. 16 1. 49±0. 19 38. 05±3. 15 37金　燕等: 蟾蜍坐骨神经动作电位的波形分析 2. 4　单相动作电位的出现 在A、B 电极之间用 3 mo löL KC l 溶液浸湿的滤纸 贴附坐骨神经干后, 坐骨神经干双相动作电位就会变成单相动作电位 (图 3)。 图 3　坐骨神经干双相动作电位 (A )与单相动作电位 (B ) F ig. 3　T he diphasic action po ten tial (A ) and the monophasic action po ten tial (B) on the sciatic nerve co rd 2. 5　坐骨神经干直径和阈值分别与传导速度 的关系 测量坐骨神经干的直径和阈值后, 分别将其与传导 速度的测定值制成图 4、图 5。可发现坐骨神经干直径的 粗细与阈值成反比, 但与神经传导速度成正比。 　　图 4　坐骨神经干的直径与传导速度的关系　　　　　　　　　　　　　 图 5　坐骨神经干直径与阈刺激的关系 　　F ig. 4　T he relationsh ip of diam eter and velocity of conduction on　　　　　　　　　F ig. 5　T he relationsh ip of diam eter and th resho ld 　　 the sciatic nerve co rd. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　stim ulus on the sciatic nerve co rd 3　讨论 3. 1　20 世纪 80 年代初由N eher 和 Sakm ann [5 ]建立 的膜片钳技术记录单个通道离子传导信号, 每条神经纤 维的动作电位都按“全或无”定律参与反应, 由N a+ 、K+ 通道介导跨膜信号传递而形成,N a+ 电导大, 表示对抗 离子运动电阻小, 即N a+ 离子通透性高。而坐骨神经是 由各类兴奋阈值不同的神经纤维组成的, 其动作电位是 很多神经纤维电活动成份的总和称为神经干复合动作 电位。由于每条神经纤维的阈值不同, 因此阈刺激仅能 激活阈值最低的一类神经纤维, 随着刺激强度增加, 导 致阈值较高的神经纤维先后兴奋。在一定范围内, 复合 动作电位的振幅将随刺激强度的增大而发生变化, 当刺 激强度能使所有神经纤维都兴奋时, 再加大刺激强度, 复合动作电位幅度也不会再继续增大[6 ]。本实验结果支 持上述理论。 3. 2　坐骨神经干自脊髓发出分布到周围, 沿途依次发 出许多分支逐级去支配骨骼肌。在我们手术剥离坐骨神 经时, 发现靠近中枢端的神经纤维多, 而越向外周时神 经纤维就很少。由此造成坐骨神经干中枢端引导出的复 合动作电位幅值明显地大于外周端。3 mo löL KC l 溶 液是一种化学试剂, 其作用机理是抑制电压门控性 N a+ 通道, 阻断N a+ 内流的跨膜信息传递, 因为N a+ 直 径大约 0. 19 nm , K+ 直径约 0. 266 nm , K+ 可通过钠通 道,N a+ 不能通过钾通道。KC l 抑制神经纤维去极化, 使 神经兴奋性丧失, 神经冲动传导被阻断[7 ] , 在A、B 两电 极之间应用 KC l 溶液滤纸片贴附在神经干后就使双相 动作电位转变为单相动作电位的出现。 3. 3　众所周知, 神经纤维越粗, 其兴奋阈值越低, 动作 电位幅度越大, 传导速度越快。坐骨神经中有感觉纤维, 传导痛感觉。按照 E rlanger 和 Gasser 对脊椎动物神经 纤维分类法, 是直经 1～ 4 Λm 的细纤维, 传导速度 12～ 30 m ös, 属于 A ∆ 类有髓纤维, 锋电位持续时间 0. 4～ 0. 5 m s。而坐骨神经内的与运动纤维即支配梭外 肌的传出纤维属于A Α有髓神经纤维, 是粗纤维, 直经 13～ 22 Λm , 传导速度 70～ 120 m ös。当我们刺激坐骨神 经干时, 根据其生理特性, 显然运动纤维先兴奋, 随后再 47 动物医学进展　2004 年　第 25 卷　第 2 期 (总第 130 期) 动物医学进展, 2004, 25 (2) : 75277 P rogress in V eterinary M edicine 斑海豹肠炎的病理学观察 杨　冰 1, 黄　　1* , 王士莉2, 陈　超1, 雷质文3, 张立敬1 (1. 中国水产科学研究院黄海水产研究所, 山东青岛 266071; 2. 青岛水族馆, 山东青岛 266003; 3. 青岛出入境检验检疫局, 山东青岛 266002) 中图分类号: S865. 31　　　　　　　　　　　　　　文献标识码: A 文章编号: 100725038 (2004) 0220075203 摘　要: 对患病死亡斑海豹 ( P hoca v itu lius l inna tus ) 剖检发现心包膜、胃黏膜及肠壁有不 同程度的充血、出血; 肝脏淤血、肿大; 肺膨大、 充血。病理组织学观察显示, 心肌纤维断裂, 有 部分颗粒变性; 胃黏膜部分脱落; 肺泡壁由于毛 细血管充血以及浆液性炎性浸润而显著增厚, 部分细支气管和肺泡腔中渗有浆液以及脱落的 细支气管上皮和肺泡壁上皮细胞; 肠黏膜严重 脱落, 部分肠腺细胞崩解坏死, 肠壁平滑肌有严 重出血及色素沉着。结合临床表现认为该斑海 豹因肠炎导致全身感染而死亡, 对其发病过程 进行了探讨。 关键词: 斑海豹; 组织病理学; 肠炎 斑海豹 ( P hoca v itu lius l inna tus ) 属于哺乳纲、鳍 脚目 (P inn ipodia) , 与鲸相比, 它们对海洋的适应程度 低, 尚未完全和陆地脱离联系, 故又称两栖性海洋动物。 主要生活在纬度较高的寒冷水域如白令海、楚科奇海、 鄂霍茨克海, 我国的黄海和渤海为本种最南分布区, 现 　　　收稿日期: 2003207223 　　　基金项目: 农业部海洋渔业资源可持续利用重点开放实验室开放课题资助 　　　作者简介: 杨　冰 (1975- ) , 女, 山东省青岛市人, 硕士研究生, 主要从事水产养殖动物疾病学研究。 3 通讯作者 使感觉纤维兴奋起来。神经纤维上的钠通道蛋白是一个 寡聚体, 由一个分子量约 2. 6×105 的 5亚单位和两个 约 3. 5×104 的小单位即 Β1 和 Β2 组成。每一个 5亚单位 由 4 个重复的同源域 ( I～ IV ) 组成, 每一个域内有 6 个 跨膜区即 S1～ S6, 其中 S4 区具有双亲性结构, 带正电 荷, S4 段每隔 2 个氨基酸就有一个带正电荷碱性氨基 酸赖氨酸或精氨酸在 5螺旋段外侧形成螺旋状排列正 电荷。每个正电荷都与邻近螺旋负电荷配对排列。在去 极化时, 神经纤维外正电荷减少, 螺旋发生旋转 60°产 生一个电荷移动, 由 6 个电子电荷移动即需 4 个亚单位 同时移动才能打开钠通道[8 ]。而蟾蜍离体坐骨神经干直 径测量和阈值高低分别与传导速度之间的关系依然引 起我们的浓厚兴趣。尽管坐骨神经干是由许多神经纤维 聚集而成, 但实验结果完全支持坐骨神经干直径的粗细 与传导速度成正比, 而与兴奋的阈值成反比, 从而使我 们对蟾蜍离体坐骨神经干的电生理特性有了进一步的 深入了解。 参考文献: [ 1 ]　寿天德, 神经生物学[M ]. 北京. 高等教育出版, 2001: 14215. [ 2 ]　阮迪云, 寿天德. 神经生理学[M ]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1992: 23241. [ 3 ] 　 Hodgk in A L , H uxley A F. Curren ts co rried by sodium and po tassium ions th rough the m em brane of the gian t axon of logigo [J ]. J Physio l, 1952, 116: 4492472. [ 4 ]　Hodgk in A L. T he ion ic basis of nervous conduction [J ]. Science, 1964, 149: 114821153. [5 ]　N eber E. Ion channels fo r comm unication betw een and w ith in cell [J ]. N euron, 1992, (8) : 6052612. [6 ]　王　玢, 左明雷. 人体及动物生理学 [M ]. 北京: 高等教育出版社, 2001: 31235. [ 7 ]　解景田, 谢申玲. 生理学实验[M ]. 北京: 高等教育出版社, 1993: 492 50. [ 8 ]　T akahash i T , M oniyam a A. D ifferen t types of calcium channels m ediate cen tral synap tic transm ission [J ]. N atu re, 1993, 366: 1562 158. The W ave Shape Ana lys is of the Action Poten tia l on the Sc ia tic Nerve of Bufo Bufo J IN Yan, ZHU D ao2li (K ey T eacher C lass f or A d vanced S tud ies, D ep artm en t of L if e S cience and T echnology , N an tong N orm a l Colleg e, N an tong , J iang su , 226007, Ch ina) Abstract: To exp lo re the w ave shape analysis of the act ion po ten t ia l and the velocity of conduct ion of the neu ra l impu lse on the scia t ic nerve co rd of bufo bufo. Docto r295 co llect and analysis system of resou rcefu lness fou r channel b io2signal w as emp loyed to m easu re seven indexes of 10 toads’ scia t ic nerve co rds: the vo ltage of th resho ld st im u lu s, the vo ltage of m ax im al st im u lu s, the amp litude and du rat ion of b iphasic act ion po ten t ia l, the velocity of conduct ion. R esu lts M ean vo ltage of th resho ld st im u lu s of toads’ scia t ic nerves w as (0. 59± 0. 03)V , m ean vo ltage of m ax im al st im u lu s w as (1. 55±0. 07)V , m ean velocity of conduct ion w as (38. 05± 3. 15). Bo th the amp litude and du rat ion of act ion po ten t ia l on the cen tra l end w ere b igger than tho se on the periphera l end. T he conduct ion of nerve impu lse w as in terd icted by 3 mo löL KC l so lu t ion. T he diam eter of the scia t ic nerve co rd w as innerse ra t io to the th resho ld value and direct ra t io to the velocity of conduct ion. Key words: act ion po ten t ia l; w ave shape; scia t ic nerve; bufo bufo