蛙的坐骨神经—腓肠肌的标本制作及神经干的性质实验

蛙的坐骨神经—腓肠肌的标本制作及神经干的性质实验 中央民族大学生命与环境科学学院 实验 生理学实验报告 蛙的坐骨神经—腓肠肌的标本制作及神经干的性质实验 姓名:唐胜华 学号:0941063 学院:生环学院 班级:09 生科 指导老师:覃筱燕 完成时间:2011.10.17 组别:十一、十二组 成员:韩旭思 关晴月 唐胜华一、实验目的1、学习蛙类动物单毁髓和双挥髓的处死办法。2、学习并掌握坐骨神经‐腓肠肌标本以及腓肠肌标本制备的方法。3、学习电刺激方法及肌肉收缩的记录方法。4、观察刺激强度与肌肉收缩反应的关系。5、观察肌肉收缩的总和以及强直收缩现象。6、观察蛙坐骨神经干复合动作电位的基本波形，并了解其产生的原理。7 学习蛙和蟾蜍离体神经干上神经冲动传导速度的方法和原理。二、实验原理 腓肠肌由许多的纤维组成，刺激腓肠肌时，不同的刺激强度会引起肌肉的不同反应，。当刺激强度过小时，不应期肌肉发生收缩反应，此时的刺激为阈下刺激。而能引起肌肉发生收缩的最小刺激强度，为域刺激，但全部肌纤维同时收缩时，则出现最大的收缩反应。这时，即使再加大刺激强度，肌肉的收缩强度也不会随之而增大。可以引起肌肉发生最大收缩反应的最小刺激强度为最适刺激。 肌肉组织对于一个域上强度的刺激，发生一次迅速地收缩反应，即单收缩。单收缩的过程分为三个时期，潜伏期、收缩期、舒张期。 两个同等强度的域上刺激，相继作用与神经‐腓肠肌标本，如果刺激间隔大于单个收缩的时程，肌肉则出现两个单独的单收缩;如果刺激间隔小于单收缩的过程而大于不应期，则出现两个收缩反应的重叠，及收缩的总和。 如果第二次刺激在第一个收缩反映的不应期内，则第二次刺激不产生收缩反应。 但同等强度的连续域上刺激作用于标本时，则出现多个反应的叠加，及强直收缩。但第一手所发生在第一收缩的舒张期，即发生不完全强直收;后一收缩发生在第一次收缩的收缩期时，各自的收缩完全融合，肌肉出现持续的收缩状态，即发生完全的强直收缩。 神经干在收到有效刺激以后可以产生复合动作电位，标志着神经发生兴奋。如果在离体神经干的一端施加刺激，从另一端引导传来的兴奋冲动，可以记录出双向动作电位，假如在引导的两个电极之间将神经干麻醉或损坏，阻断其兴奋传导能力，这时候记录出的动作电位就成为单相动作电位。神经细胞的动作电位是以“全或无”方式发生的。但是，复合动作电位的幅值在一定刺激强度下市随刺激强度的增加而增大的。如果在原理刺激点的不同距离处分别引导离体神经干动作电位，两引导点之间的距离为 m，在两引导点分别引导出的动作电位的时相差为 s。即可按照 vm/s来计算出兴奋的传导速度。蛙类的坐骨神经干属于混合性神经，其中包含有粗细不等的各种纤维，其直径一般为 3‐29μm，其中直径最粗的有髓纤维为 Aα 类纤维，它是蛙神经的主要组成部分，传导速度在正常室温下为 35‐40m/s。当神经干在屏蔽盒内一端收到刺激时，现为负电位变化的动作电位由刺激点开始从前向后传导。设前端通道电极为 b后端通道电极为 c当动作电位传到 b 电极部位时，b、c 之间出现电位差，c 为正，b 为负，扫描线向上偏移。当动作电位继续传导至 b、c 两电极下或两电极之间时，b、c 又处于等电位状态，扫描线回到基线。当动作电位进一步推到 c 电极部位时， c 之间又出现电位差， 为正， 为负， b、 b c与电位达到 b 电极时相反，扫描线向下偏移。其后，记录又回到零位。这样获得的记录就为双相动作电位。 图 1、神经干上复合电位传导的特征为了验证神经在膜上是以局部电流的方式传导兴奋，我们可以设置验证试验。在b、 c 之间滴加普鲁卡因时，由于普鲁卡因对神经具有麻醉作用，神经的兴奋被阻断，此时 b 位于无损伤部位，而 c 则被阻断。在进行刺激前就可以 记录到 b 为正，c 为负的损伤电位。当在神经干一端进行刺激时，b 级的电位变化实际上是由于负电位抵消了损伤电位所致。当动作电位传导到 c 极时，由于 c 极部分已丧失了兴奋性，不会再引起电位变化，因此，整个记录呈现出单相动作电位。 图 2、阻断剂阻断神经兴奋传导实验三、实验步骤 1、蟾蜍神经‐腓肠肌标本的制作参考:解景田，刘燕强，崔庚寅. 《生理学实验》第三版，高等教育出版社2009.1:36‐39 2、刺激强度和频率与肌肉收缩的关系:解景田，刘燕强，崔庚寅. 《生理学实验》第三版，高等教育出版社2009.1:40‐41 3、神经干动作电位传导速度的测定:解景田，刘燕强，崔庚寅. 《生理学实验》第三版，高等教育出版社2009.1:43‐46 注:试验中相关操作对照图片四、„实验结果1、刺激强度与肌肉收缩的关系。 图 3、刺激强度与肌肉的收缩关系实验图片中，在低于 0.060V 的电压刺激时，肌肉不发生收缩，说明在较低的电位刺激时，并不能引起神经细胞膜表面的 NA和 K的电压门控开放，神经细胞内的K和细胞外面的 NA无法通过通道流出或进入细胞内，这就使得神经细胞无法形成局部电流，膜仍处于静息膜电位状态。而当电压刚好变成 0.06V 的时候，蛙的腓肠肌收缩一次，表明神经接受刺激，兴奋沿神经传导至腓肠肌，引起腓肠肌肌膜电位发生变化，同时兴奋收缩，这说明蟾蜍神经‐腓肠肌标本的阈电位为 0.060V。当用 0.085V 以上的电压刺激时，肌肉的收缩强度不再随着电压的变大而变大，这时神经细胞在接受较大的刺激之后，虽然还是能够兴奋，但是因为神经细胞膜表面的 NA和 K离子通道已全部开启，此时的离子交换以达到最大限度，膜电位也不能再变大，所以产生的兴奋还是和以前最适刺激一样，并不会发生更大的兴奋，亦即腓肠肌不会出现给大幅度的收缩这表明蟾蜍神经‐腓肠肌标本的最适刺激强度为 0.085V。2、刺激频率与肌肉收缩的关系。在用强度为 1.00V 的电压改变频率刺激神经时，肌肉的收缩频率随着刺激电流频率的变大而发生变化。首先，在低于 5Hz 的电流刺激神经干时，肌肉的两次收缩互不干扰，中间还有一段间隔时间，此段时间膜处于静息电位水平。这说明后一次电流刺激时，肌肉已经经历了绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期，亦即神经与肌膜电位已恢复静息状态，等待下一次刺激并作出刺激应答的准备。随着频率的逐渐变大，到达 5Hz 时肌肉的收缩开始出现重叠，发生的是不强直收缩，第一次肌肉还在舒张的时候，神经又将兴奋传导至肌膜并再次发生收缩，使得肌肉呈现持续收缩的状态。刺激频率越来越大，重叠区域越来越大，最后在频率到达 13Hz 时，前一次肌肉收缩处于收缩期时，第二次刺激也正好处于收缩期，则两次收缩完全重叠，发生强直收缩，肌肉呈现连续收缩的状态。由图表下行的数据可以看出，在频率低于或等于 5.0hz 时发生的是单独收缩，而在 6.00hz 至13.00hz 时，发生的是不完全强直收缩，而在频率大于 13.0hz 时，发生的事强直收缩。 图 4、刺激频率与肌肉收缩的关系3、外源电刺激测定神经干的传导刺激的速度。由图可知，红色曲线代表的 a 与 d 电极间电压变化的对应曲线，蓝色曲线代表是b 与 c 间的电压变化曲线。红线与 x 轴的第一个交点说明 a 点开始兴奋，此时 d点处于静息状;红线与 x 轴的第二个交点是 a 点恢复静息电位，而 d 点刚开始兴奋。测得 a 与 d 点间的距离为 2.5cm传导时间为 4.60ms，根据公式 VS/t 得到V19.50m/s，而实验仪器测得速度是 19.26m/s，相当差不是很大，绝对误差小于规定值，这也验证了实验仪器的可靠性。 图 5、神经干复合电位传导速度的测定的双相曲线五、结果分析讨论1、刺激强度和肌肉收缩的关系。神经细胞的兴奋是因为膜内外的 NA和 K离子浓度变化引起的， 膜上存在着许多的 NA和 K离子通道，它们都有电压门控系统控制离子通道的开与闭。在刺激的强度很小的时候，由于不足以使得电压门控通道开放，故无法引起神经细胞兴奋，只有在强度足够大的时候，神经细胞才会兴奋并传导至肌肉。细胞膜上的NA和 K离子通道是有限的，给予一个最适刺激强度，NA和 K离子通道将全部开放，神经达到最大兴奋性。若给予神经细胞更大的刺激强度，因为离子通道的限制，神经细胞也不可能出现更大的兴奋性。本次试验在给与神经细胞 0.060V的电压刺激时，神经刚好发生兴奋，此为蛙坐骨神经的阈电位;当刺激电压为0.080V 时，蛙腓肠肌收缩达到最大限度，这为蛙坐骨神经的最适刺激电位。2、刺激频率与肌肉收缩的关系。蛙腓肠肌在收缩时，肌细胞会相继出现绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期，若在相对不应期或者超常期早期给予细胞另外一个刺激，肌细胞的第一次兴奋正处于舒张期，而新的刺激会使得肌肉发生收缩，这样肌肉会出现持续收缩的状态，称之为不完全强直收缩;但若在肌细胞兴奋地低常期或者超常期后期给予一个新的刺激，肌细胞此时正处于收缩状态，新的刺激也会使得细胞收缩，两次收缩效果相叠加，肌肉处于持续最大收缩状态，此称之为完全强直收缩。蛙的腓 完全强直收缩刺激频率大于 13Hz。肠肌细胞不完全收缩刺激频率为 5Hz 至 13Hz，3、神经干兴奋传到速度的测定。神经干复合电位的传导速度受到多种因素的影响，首先是神经纤维的粗细，其次是纤维本身的性质，还有就是实验中处理的正确与好坏。在剥离神经纤维时，剥离不彻底，有损伤，或者剥离不干净及碰触金属物体都会影响神经纤维的传导速度。六、注意事项《一》、刺激强度与频率和肌肉收缩的关系。1( 经常用任氏液浸润标本，保持生理活性。2( 肌槽两电极之间不要残留液体，防止电极间短路。3( 每次刺激后须让肌肉休息 30s 以上 ，连续刺激不可超过 5 秒，以免标本疲劳。4( 找准最适刺激强度，以防刺激过强而损伤神经.5( 换能器与标本连线的张力保持不变。6 (如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需检查电器接地是否良好。7. 在蟾蜍去皮后，切忌水洗，应用任氏液冲洗浸泡 15miNa。《二》、神经干兴奋传到速度的测定。1(分离坐骨神经时， 避免过度牵拉神经，绝对不允许用手或金属镊子钳夹神经。2( 神经纤维尽可能分得长一些。3( 防止神经干燥，一段时间后，取下神经标本，用任氏液湿润，并盖上盒盖。4( 为了精确测量神经干复合动作电位的时程和幅度，可用 ZoomWiNadow 来放大所需测量的区域。5( 实验的采样速度较快，为避免过度消耗硬盘和内存，不要长时间记录。 七、结论1、刺激强度与频率和肌肉收缩的关系。蛙坐骨神经细胞的阈电位:0.060V 最适刺激电位:0.085V蛙坐骨神经细胞在 1.00V 电压下的不完全强直收缩刺激频率:513Hz 完全强直收缩刺激电位频率:13Hz2、神经干复合电位的传导速度的测定。坐骨神经干复合电位的传导速度最终值:19.26m/s