兔腓肠肌在重复电脉冲刺激下的肌张力特性

兔腓肠肌在重复电脉冲刺激下的肌张力特性 兔腓肠肌在重复电脉冲刺激下的肌张力特 性 科技论坛 中国科技信息2005年第11期 CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONJun2005 兔腓肠肌在重复电脉冲刺激下的肌张力特性 曾绍锋'陈维毅张学锋焦雄 (1,福建工程学院机电及自动化工程系550012.太原理工大学应用力学研究所 050024) 摘要:通过不同强度,不同频半的重复脉冲电流,对家免的胫神经进行电刺激,用生 物试验机记录腓肠肌的肌张力实验结果显示:肌张力与 脉冲电流频率呈正相关关系,而肌张力随剌激电流强度的增加并不明显. 关键词:腓肠肌;肌电诱发电位仪;肌张力 Abstract:Experimentsonrepetitivepulsestimulusindifferentcurrentii]tensityanddiffercnt pulsefrequencytoitsmotel'nervewere performedbyelectromyographywhichappliedelectricalpulsesandexcitedthetibialnervea ndbyInstro]15544machinewhichmeasured muscletensions,Bytheexperimentaldata,thetensionforcevariedwiththestimulusfrequenc yinaquasipalabolicrelation,whileitincreased littlewiththestimulusintensity. Keywords:gastronomies;electromyography;muscletension 生物力学是??从力学角度研究生命现象 的交叉学科.最早可以追溯到伽利略,牛顿和哈 维,上世纪30年代,A.V.Hill对骨骼肌的收缩 原理进行研究提出了着名的Hill方程.由此获得 了诺贝尔奖并奠定了肌肉力学的基础.但作为 一 个独立的分支学科,生物力学起于上t}}=纪的 60年代中期,此后的l0多午作为生物力学的开创 和奠基阶段,其特点是将力学方法和生理学解 剖学等方法相结合,研究组织和器官水'的生 命现象. 对肌肉收缩的生物力学研究,引起_r国内 外学者的很大兴趣.他们结合肌肉的超微结构 及肌肉收缩的生理,生化特点提出r?系列的 肌肉收缩本构模型,并对模型进行了实验模拟 和参数修正.但这些理论还远不完善,单根肌 纤维的收缩特性与整体肌肉的收缩特性以及整 体肌肉收缩时的电生理特性之间的关系还有待 进一步的实验阐明.国内学者也基于骨骼肌收 缩的生理特性提出了骨骼肌收缩的等体积模型 该模型描述了微观的肌纤维的横桥结合概率 , 和整体肌肉收缩的生理特性之蜘的关系.此 模型基础上,本文对8例l6删家免后腿腓肠肌 进行了电生理实验研究. 1.实验材料与方法 1.1,实验材料 由于家兔腓肠肌解剖部位浅而明,容 易解剖得到,该部位在实验操作卜又较为方便, 本文以家兔的腓肠肌为研究对象,)}游离其肌 腱作为测力点.实验时采用从耳缘静脉注射乌 巴比妥钠溶液的方法对家兔进行全麻,把麻醉 好的兔固定于实验台上如图1所示,用手术7]把 腓肠肌腱分离出来. 肌腱的力学性质较为特殊,在较低的拉力 下可发生很大的变形,再增加拉力时变形很小. 为了排除肌腱的变形对实验结果的影响,将肌 腱段用手术线完全绑定在自制的传感器延长杆 上,这样就相当干肌肉的肌性部分直接连接到 刚性杆上,就可以忽略肌腱的影响了.为了保持 肌肉和伸经的生理状态.以及其较好的导电性.我 们采取了定时滴加生理盐水的办法,以免肌肉表 面的脱水和导电不良. 1.2,实验仪器 丹迪便携式KeypointLite二通道肌电发 电位仪用来对胫}申经施加各种刺激以及录复 合肌肉动作电位(cAMP).啡肠肌的收缩力用 Instron5544材料试验机及2KN(UKl29)传 感器测试记录. 由表面电极有易于固定的优点,故采用 表匝电极记录肌肉收缩的生物电. 1.3,实验方法 对胫神经施加重复脉冲电刺激,保持波宽0. 1ms,分别在0.3mA,0.6mA,1.0mA的电流 下,刺激频率由/J,fIJ大变化直至发生强直收缩, 记录肌张力. 2.实验结果及探讨 2.1实验结果 ,'一一. 一' , , 舀?随剌琳颤 图2是由INSTRON5544乍物材料试验机 记录到的肌张力随时间变化曲线,l任相同的电流 强度刺激,肌张力随刺激频率的增/Jui~i增夫,当 频率达到30Hz时,肌肉发牛强直收缩,高频刺激 下的张力可达到低频刺激的4倍左. 目3.越张砖刚强镳盎曼忙l# 图3为6号兔的右腿试件在刺激强度分别为 0.3mA,0.6mA,1.0mA时肌张力随刺激频率由 /J~flJ大的变化关系曲线.张力随刺激频率的增 大而增大,起始(5,30tIz)增加快,而后(30, 60Hz)增加平缓,频率达到100Hz,后,张力 反而变小;且电流越大,张力越大,但相差不多. 图4为8号兔的右腿试件在刺激强度分别为o. 3mA,0.6mA,1,O1l1A时肌'长力随刺激频率由 /J,~lJ大的变化关系曲线.结沦类似图3. 2.,吱验结分析 2..1,太I撇【求IjJlI【L对数衍结艇 的影响 表面肌I割l的是每个运动f的信号 平均,山缸个运动单位的肌电】非线性地叠加 而成,张力的增夫跟募集的运动单-f的增加和 激发速率增人钉爻,t岛频刺激F张力的增人是往 集运动.位小增加I?i激发述丰增人的情况f 产生的,频率增_久,动作电{产生的步调不一 致,产牛分流手fJtft,肌IU幅fff降. !.!.,吠:结果的ur'分析 以j伙验所得数仃?定的离散:,造 成这种状况的紊彳『:?动物实验确定性和 离散?H:;?表面电极:试什J的f易完全 f占J定;?人腿骨的定".n,T】-人为k祟.导致厂张 力的测定误篪;?解洲过lfl液的流失对生 理状态的影响. 参考文献 [1]MilnerFANumericalmethodforamodelof inhomogeneousmusclefibersNumericalMethodsfor PartialDifferentialEquations.1995(9):5162. 12】H?AV.Firstandlastexperimentsinmuscle mechanicsCambridgeUniversity.Press.1970. [5]HillAV,SecRSTheheatofshorteningandthe dynamicconstantsofmuscle.ProcRSocSeriesB. 1958(126):156195. [4]BanosFGBordasJeta1.Smallsegmental rearrangementsinthemyosinheadCanExplainForce GenerationinMuscleBiophysicalJourna1.1996 (71):576—589 [5]陈维毅陈昭怡,曾绍锋.肌肉的等体积 收缩模型.力学与工程应用(北方七省市力学 学术会议)见:杜庆华主编.承德:中国林业 出版社.2002:105106. [6]陈维毅,张学锋,邵西仓曾绍锋.家免腓 肠肌在电刺激下的力学行为的实验研究.医用 生物力学,2005(4):2j52j7. . } ?.f,