机能实验：刺激肌肉收缩实验

机能实验：刺激肌肉收缩实验 机能实验:刺激肌肉收缩实验 摘要:该实验以学会用刺激器引发骨骼肌收缩的及细胞外电位刺激法诱发神经干动作电位的方法，了解神经冲动的强度与频率与肌肉收缩的关系，观察坐骨神经干动作电位，传导速度，不应期为目的，结果可观察到神经干传导的波形图，因此由动作电位波形图可以得出其传导速度; 肌肉神经中刺激频率与强直收缩关系波形图，刺激强度引起可以得出:使用不同的刺激方式，骨骼肌的收缩方式可分为单收缩和复合收缩，随着刺激频率不断提高，复合收缩分为完全强直收缩和不完全强直收缩。 引言;在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发其产生可传导的膜神经冲动，称为动作电位。能引发动作电位的最小刺激称为其阈值。电刺激不断增加，肌肉收缩反应也逐步增强，超过阈值刺激叫阈上刺激。当刺激强度增大到某一值时，肌肉收缩反应不再增大，把引起肌肉最大收缩的最小刺激的刺激称为最大刺激。当骨骼肌受到频率较高的连续刺激时，可出现一这种总和过程为基础的强直收缩，总和发生在前一次收缩的舒张期则为不完全强直收缩，如发生在前一次的收缩期则为完全强直收缩。 数据处理:神经干速度传导:潜伏期:0.55 时程2.35 正向波幅6.13 负向波幅,3.69 峰峰值9.82 电极间距离2.0 时间差1.30 传导速度15.38 讨论:表中开始一段无任何波动表示电极静息时，细胞存在内负外正的电位差，即静息电位。蟾蜍坐骨神经干刺激时由丛多神经纤维组成。不同神经纤维其兴奋性不尽相同，当给予不同刺激，刺激强度不同可引起一个至多个纤维兴奋，记录电极会把多个动作电位同时记录下来，形成动作电位波形图，称为动作电位。表一记录的电位为复合动作电位。当刺激器发出脉冲刺激时，负电极处发生去极化，去极化达阈电位可引发动作电位，使负电极发生内正外负的倒极化，使已兴奋的电极电位处于邻近未兴奋处而出现电位差产生局部电流。1比2先兴奋，距离已知，可得出传导速度。 表二:出:刺激强度不断加大时,刚能引起神经干中兴奋性较高的神经纤维产生兴奋,表现为受这些神经纤维支配的肌纤维发生收缩,此时的刺激强度即为引起这些神经纤维兴奋的阈强度。阈强度为0.8.刺激强度继续加大时，更多的神经纤维兴奋，肌肉的收缩反应也相应逐步增强，强度超过阈值的刺激叫阈上刺激。当刺激强度加大到某一值时，神经干中所有的神经纤维均兴奋，此时肌肉作最大的收缩。把具有引起肌肉最大收缩的最小刺激强度的刺激称为最大刺激。最大刺激为1.10. 表三:给坐骨神经腓肠肌标本施加不同方式的电刺激，骨骼肌的收缩可表现出多种形式。给单个电刺激时，可以记录到一个收缩舒张曲线，这种收缩方式称为单收缩，这种收缩曲线称为单收缩曲线，单收缩曲线分为三个时相，其中第一段为施加刺激到肌肉开始收缩缩短之前的一段时间即潜伏期，第二段为肌肉开始收缩缩短到收缩结束的一段时间即收缩期，第三段为肌肉开始舒张到舒张结束的一段时间即舒张期。 给连续刺激时，有可能发生肌肉收缩波形的融合，也有可能只引起一次单收缩而不发生波形融合，如果波形发生融合，肌肉的收缩形式就称为复合收缩，复合收缩以分为不完全性强直收缩和完全性强直收缩，如果第二次刺激落到了第一次刺激引起的肌肉收缩舒张曲线的下降支即舒张期内，这种复合收缩称为不完全强直收缩，如果第二次刺激落到了第一次刺激引起的肌肉收缩舒张曲线的上升支即收缩期内，这种复合收缩称为完全性强直收缩。而且复合收缩时，后一次肌肉收缩的幅度通常比前 一次幅度大。其机制如下:刺激施加到坐骨神经干上，引起神经干兴奋，动作电位传导至神经纤维末稍接头前膜，激活接头前膜电压门控式Ca2+通道，Ca2+进入接头前膜内带动囊泡 向接头前膜靠近，囊泡膜与接头前膜融合，然后释放出神经递质乙酰胆碱，乙酰胆碱与接头后膜上的受体结合，激活接头后膜的化学门控式通道的活性，Na+内流，K+外流，其中以Na+内流为主，使终板膜去极化，产生终板电位。 终板电位经总和达到阈电位水平时爆发动作电位，动作电位将传遍整个细胞膜，当动作电位传到横管，通过三联管结构，影响到纵管膜对Ca2+的通透性，钙通道开放，Ca2+从纵管向肌浆释放，肌浆中Ca2+浓度迅速上升，Ca2+与肌钙蛋白结合，启动肌丝滑行过程，肌肉收缩张力不断增大，当肌张力增大到等于后负荷(换能器弹簧片的反作用力)时(等长收缩)，肌肉长度开始缩短，从施加刺激至神经干上到肌肉长度开始缩短之前，所发生的这些过程是潜伏期段产生的原因。肌肉长度开始缩短，收缩曲线开始上升直至收缩结束，即收缩期。 其后，由于肌浆网上钙泵作用加强，肌浆中的Ca2+又被泵回肌浆网中，肌浆中的Ca2+浓度降低，Ca2+与肌钙蛋白解离，肌钙蛋白分子构型恢复到以前状态，导致原肌宁蛋白分子构型也恢复到以前状态再次占据肌纤蛋白分子上的结合位点粗细肌丝解离，所有粗细肌丝全部解离，肌肉舒张曲线再次回到基线，此为舒张期，舒张期历时较收缩期稍长。 采用连续双次刺激时，调节两次刺激的刺激间隔，使其由大到小，当两次刺激的刺激间隔小于一定值时，连续双次刺激记录的肌肉收缩曲线与单收缩曲线完全一样，这说明标本对连续双次刺激的第二次刺激未发生反应，其原因是第二次刺激落在第一次刺激产生的动作电位的不应期内。 当刺激间隔大于一定值时，连续双次刺激记录的肌肉收缩曲线与单收缩曲线形态不再相同，波形可以只有一个，但幅度较单收缩曲线高，其原因是发生了收缩期的复合收缩，由于第一次刺激引起的肌肉收缩还没完成，第二次刺激又引起Ca2+从肌浆网向肌浆中释放，使肌浆中Ca2+浓度进一步升高，这也是所有复合收缩曲线幅度逐渐升高的直接原因。当刺激间隔继续增大时，第二次刺激引起的肌肉收缩落在第一次刺激引起肌肉收缩的舒张期，出现一个锯齿波。 若采用连续多次刺激，记录复合收缩曲线。可以看到逐渐增高的10个锯齿波相互融合(舒张期融合)，即不完全强直收缩。而且可以看到融合的波形平滑无锯齿且收缩幅度上升最明显，收缩张力最大(收缩期融合)，此即完全性强直收缩. 通过上述分析讨论，我们可得出这样的结论:使用不同的刺激方式，骨骼肌和收缩形式可分为单收缩和复合收缩，随着刺激频率的不断增高，复合收缩又可分为不完全性强直收缩和完全性强直收缩，且以完全性强直收缩的肌肉收缩张力最大，作功能力最强。 五、 注意事项: 1. 标本制作: a) 避免手指、金属器械接触坐骨神经和腓肠肌; b) 操作过程中勿污染、或过分牵拉神经和肌肉; c) 神经干应游离干净，不带其它组织; d) 应在股骨干中段将其剪断，便于安装 e) 常给标本上滴加任氏液，防止其表面干燥，以保持其正常的兴奋性。 2. 实验过程: a) 如果肌肉痉挛，则擦拭肌动器平板，清除高渗任氏液; b) 若刺激无效可将电极插入肌肉，直接给予激刺; c) 经常滴加任氏液以防标本干燥; d) 每次刺激后都要让肌肉休息相同长的时间(0.5-1分钟)。 二、 实验原理: 蛙类属于两栖类动物，它们的一些基本生理活动规律与温血动物相似，并且维持其离体组织正常活动所需的理化条件比较简单,易于建立和控制。因此在实验中常用蟾蜍坐骨神经,腓肠肌标本来观察兴奋、兴奋性、刺激的一些基本规律以及骨骼肌的收缩特点。 兴奋性良好的肌肉收到人为施加的有效刺激，其外在表现是肌肉的收缩活动。随着刺激个数和频率的不同，肌肉将表现出不同的收缩形式: 1. 给肌肉一个短促、有效的刺激，肌肉将发生单收缩。一个单收缩要经历潜伏期、收缩期、舒张期。对蟾蜍的腓肠肌来说:潜伏期约10ms,收缩期约50ms，舒张期约60ms. 2. 使用相继的两个有效刺激作用于肌肉，如果两个刺激的间隔大于该肌肉收缩的全部时间，则出现波形上完全分离的两个单收缩。逐渐缩短两个刺激的间隔，即提高刺激的频率，使第二个刺激落在第一个收缩的舒张期，就会引起两个单收缩的不同程度的复合，称之为舒张期复合收缩。进一步提高刺激频率，使第二个刺激落在第一个收缩的收缩期，前后两个单收缩就会复合起来形成一个收缩幅度比较高的收缩波形，称之为收缩期复合收缩。 3. 给肌肉一连串有效刺激，肌肉可因刺激频率的不同而呈现不同的收缩形式:如果频率很低，即两个相继刺激的间隔很大，则出现一连串相互分离的单收缩;逐渐增大刺激频率，则会出现波形不同程度的复合，其曲线呈锯齿状，即不完全强直收缩;再继续增大刺激频率，则肌肉处于完全、持续的收缩状态，看不出单收缩的痕迹，此时为完全强直收缩。 4. 强直收缩的高度大于同样刺激条件单收缩的高度，而且在一定范围内随着刺激频率的增加而增加。正常人体的肌肉收缩形式几乎都是完全强直收缩。本实验的目的在于观察肌肉收缩的形式及收缩形式与刺激之间的关系。 在刺激强度相同的条件下，强直收缩的幅度大于单收缩的幅度，并且在一定范围内其收缩幅度可随刺激频率的增加而增大。在自然条件下，肌肉的收缩形式几乎都是完全强直收缩。