刺激强度、刺激频率刺激强度、刺激频率与骨骼肌收缩的关系与骨骼肌收缩的关系Effect of Stimulation with Different Intensities and Frequencies on Muscular Contraction【目的要求】【目的要求】n n掌握蟾蜍掌握蟾蜍在体在体坐骨神经坐骨神经- -腓肠肌标本的腓肠肌标本的制备方法；制备方法；n n学习神经学习神经- -肌肉实验的肌肉实验的电刺激方法电刺激方法；n n观察观察不同强度不同强度和和不同频率不同频率的刺激对肌的刺激对肌肉收缩的影响。肉收缩的影响。【实验原理】【实验原理】n n刺激与兴奋刺激与兴奋n n神经纤维具有兴奋性和传导性；神经纤维具有兴奋性和传导性；n n肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉收缩是其兴奋的外在表现。收缩是其兴奋的外在表现。刺激和兴奋刺激刺激stimulationstimulation：指细胞所处环境因：指细胞所处环境因素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋，素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋，就必须达到一定的刺激量。就必须达到一定的刺激量。刺激刺激强度强度刺激持刺激持续时间续时间刺激强度刺激强度/时间变化率时间变化率刺激量刺激量n n阈强度阈强度：能引起组织发生反应的最小刺激：能引起组织发生反应的最小刺激强度，又称为强度，又称为阈值阈值。具有阈强度的刺激称。具有阈强度的刺激称为为阈刺激阈刺激（threshold stimulusthreshold stimulus）。）。阈刺激阈刺激阈下刺激阈下刺激阈上刺激阈上刺激有效刺激有效刺激1. 刺激强度与肌肉收缩反应n n刺激产生兴奋，神经兴奋无明显外观变刺激产生兴奋，神经兴奋无明显外观变化，肌肉兴奋则导致肌肉收缩化，肌肉兴奋则导致肌肉收缩n n坐骨神经干属于混合神经，内含多条阈坐骨神经干属于混合神经，内含多条阈值各不相同的神经纤维。值各不相同的神经纤维。n n腓肠肌也含有多条肌纤维，受多个运动腓肠肌也含有多条肌纤维，受多个运动单位的控制。单位的控制。n n刺激强度的变化可以引起坐骨神经中被刺激强度的变化可以引起坐骨神经中被兴奋神经纤维数量的变化，通过运动单兴奋神经纤维数量的变化，通过运动单位控制相应数量的肌纤维收缩，产生不位控制相应数量的肌纤维收缩，产生不同的张力变化。同的张力变化。一条神经纤维一条神经纤维或骨骼肌纤维或骨骼肌纤维“全或无全或无” (all-or-none)达到阈值达到阈值神经纤维兴奋，神经纤维兴奋，肌纤维兴奋并收缩肌纤维兴奋并收缩超过阈值超过阈值收缩力不增加收缩力不增加一根坐骨神经一根坐骨神经一块骨骼肌一块骨骼肌一定范围内，肌肉收缩力一定范围内，肌肉收缩力的大小与刺激强度成正比的大小与刺激强度成正比阈下刺激阈下刺激无兴奋无收缩无兴奋无收缩阈刺激阈刺激兴奋性最高的神经兴奋性最高的神经纤维兴奋，少数肌纤维兴奋纤维兴奋，少数肌纤维兴奋并收缩并收缩刺激强度刺激强度神经纤维被兴神经纤维被兴奋数量奋数量，兴奋收缩的肌纤，兴奋收缩的肌纤维数量维数量，收缩力，收缩力最适强度最适强度所有神经纤维和所有神经纤维和肌纤维均兴奋，收缩力最大肌纤维均兴奋，收缩力最大最适强度最适强度收缩力不增加收缩力不增加n n单收缩单收缩twitchtwitch：骨骼肌受到一次骨骼肌受到一次短促有效刺激时短促有效刺激时, ,可发生一次动作可发生一次动作电位电位, ,随后出现随后出现一次收缩和舒张。一次收缩和舒张。单收缩时程单收缩时程100ms100ms左右。左右。2.刺激频率与肌肉收缩反应动作电位时动作电位时程程(相当于绝相当于绝对不应期对不应期)仅仅12毫秒毫秒骨骼肌可在机械收缩过程中接骨骼肌可在机械收缩过程中接受新刺激发生新的兴奋和收缩受新刺激发生新的兴奋和收缩收缩过收缩过程可达程可达几十几百几十几百毫秒毫秒n两两/多个阈上刺激，相继作用于多个阈上刺激，相继作用于神经神经-肌肉标本，如果刺激间隔肌肉标本，如果刺激间隔大于单收缩的时程，肌肉则出大于单收缩的时程，肌肉则出现两个分离的单收缩；现两个分离的单收缩；n n较高频率连续刺激作用于标本时，出现较高频率连续刺激作用于标本时，出现多个收缩反应的融合，新收缩过程与上多个收缩反应的融合，新收缩过程与上次尚未结束的收缩过程发生总和，称为次尚未结束的收缩过程发生总和，称为强直收缩强直收缩tetanus （复合收缩）。（复合收缩）。n n后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，称为称为不完全强直收缩不完全强直收缩incomplete tetanus 。n n后一收缩发生在前一收缩的收缩期时，后一收缩发生在前一收缩的收缩期时，各自的收缩完全融合，肌肉处于持续各自的收缩完全融合，肌肉处于持续的收缩状态，称为的收缩状态，称为完全强直收缩完全强直收缩complete tetanus 。在生理条件下，支配骨骼肌的传出神在生理条件下，支配骨骼肌的传出神经总是发出连续的冲动，所以骨骼肌经总是发出连续的冲动，所以骨骼肌的收缩都是强直收缩；的收缩都是强直收缩；静息状态下，中枢神经也经常发放低静息状态下，中枢神经也经常发放低频率神经冲动至骨骼肌，产生一定程频率神经冲动至骨骼肌，产生一定程度的强直收缩，称为度的强直收缩，称为肌紧张肌紧张(muscle tone)。【动物和器材】【动物和器材】n n蟾蜍或蛙；蟾蜍或蛙；n n任氏液；任氏液；n n常规手术器械；常规手术器械；n n微机生物信号采集处理系统微机生物信号采集处理系统n n毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。【方法和步骤】【方法和步骤】n n1. 蟾蜍在体坐骨神经蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备腓肠肌标本制备n n2. 实验装置连接实验装置连接n n3. 实验观察实验观察n n1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响）刺激强度对骨骼肌收缩的影响n n2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响）刺激频率对骨骼肌收缩的影响1. 蟾蜍在体坐骨神经蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备腓肠肌标本制备 n n双毁髓，剥去一侧下肢自大腿跟部起的双毁髓，剥去一侧下肢自大腿跟部起的全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。n n分离坐骨神经：在大腿内侧的股二头肌分离坐骨神经：在大腿内侧的股二头肌与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至膝与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至膝关节处，并在神经下穿线备用。关节处，并在神经下穿线备用。n n游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关节。节。2. 实验装置连接实验装置连接n n将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的悬臂梁上（悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直不宜太紧，线与桌面垂直）。）。n n把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电极上，保证神经与刺激电极接触良好。极上，保证神经与刺激电极接触良好。n n换能器的输出端与生物信号采集处理系统的换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入通道相连。输入通道相连。n n启动生物信号采集系统软件，选择好通道和启动生物信号采集系统软件，选择好通道和采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。3. 实验观察实验观察n n（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响）刺激强度对骨骼肌收缩的影响n n使用单刺激或自动强度调节方式，波宽为使用单刺激或自动强度调节方式，波宽为1ms，刺激强度从零开始逐渐增大，找出刚，刺激强度从零开始逐渐增大，找出刚能引起肌肉出现最微小收缩的刺激强度（能引起肌肉出现最微小收缩的刺激强度（阈阈强度强度）。）。n n继续增加刺激强度，观察肌肉收缩反应是否继续增加刺激强度，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。也相应增大。n n继续增加刺激强度，至肌肉收缩曲线不能继继续增加刺激强度，至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起最大收缩的最小续升高为止。找出刚能引起最大收缩的最小的刺激强度，即的刺激强度，即最适（大）刺激强度最适（大）刺激强度。（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响）刺激频率对骨骼肌收缩的影响n n 用最适刺激强度的连续刺激，选择经用最适刺激强度的连续刺激，选择经典方式逐渐增加刺激频率，分别记录典方式逐渐增加刺激频率，分别记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩变化。同频率时的肌肉收缩变化。实验次数实验次数实验次数实验次数刺激强度刺激强度刺激强度刺激强度/mV/mV收缩幅度收缩幅度收缩幅度收缩幅度/mm/mm 实验实验结果？结果？【注意事项】【注意事项】n n1.经常用经常用任氏液浸润任氏液浸润标本，保持生理活性。标本，保持生理活性。 n n2.肌槽两电极之间不要残留液体，防止电极肌槽两电极之间不要残留液体，防止电极间短路。间短路。n n3.每次刺激后须让每次刺激后须让肌肉休息肌肉休息30s以上以上 ，连续，连续刺激不可超过刺激不可超过5秒，以免标本疲劳。秒，以免标本疲劳。n n4.找准最适刺激强度，以防刺激过强而损伤找准最适刺激强度，以防刺激过强而损伤神经神经. n n5.换能器与标本换能器与标本连线的张力保持不变连线的张力保持不变。n n6.如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需检如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需检查电器查电器接地接地是否良好。是否良好。【思考与讨论】【思考与讨论】n n1 1）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，还是肌肉的阈刺激？还是肌肉的阈刺激？还是肌肉的阈刺激？还是肌肉的阈刺激？n n2 2）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度而变化？n n3 3）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间因素和生理过程。因素和生理过程。因素和生理过程。因素和生理过程。n n4 4）分析不完全）分析不完全）分析不完全）分析不完全/ /完全强直收缩的条件与机制？完全强直收缩的条件与机制？完全强直收缩的条件与机制？完全强直收缩的条件与机制？n n5 5）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？n n6 6）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？n n7 7）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起肌肉收缩的动作电位会不会融合呢？为什么？肌肉收缩的动作电位会不会融合呢？为什么？肌肉收缩的动作电位会不会融合呢？为什么？肌肉收缩的动作电位会不会融合呢？为什么？n n8 8）电刺激坐骨神经）电刺激坐骨神经）电刺激坐骨神经）电刺激坐骨神经- -腓肠肌标本的神经后，经过哪腓肠肌标本的神经后，经过哪腓肠肌标本的神经后，经过哪腓肠肌标本的神经后，经过哪些生理学过程引起腓肠肌收缩？些生理学过程引起腓肠肌收缩？些生理学过程引起腓肠肌收缩？些生理学过程引起腓肠肌收缩？ 探索性问题探索性问题n n1试设计实验，刺激腓肠肌与刺激支试设计实验，刺激腓肠肌与刺激支配腓肠肌的坐骨神经不应期有何不同配腓肠肌的坐骨神经不应期有何不同？n n2连续电刺激神经，坐骨神经腓肠肌连续电刺激神经，坐骨神经腓肠肌标本会出现疲劳现象吗？为什么？标本会出现疲劳现象吗？为什么？