刺激强度与骨骼肌收缩的关系

一、实验目的

*掌握蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本的制备方法；

*学习神经—肌肉实验的电刺激方法；

*观察不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响。

二、实验原理

*神经纤维具有兴奋性和传导性；

*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。

*刺激stimulation：指细胞所处环境因素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋，就必须达到一定的刺激量。

1.刺激强度与肌肉收缩反应

阈强度能引起组织发生反应的最小刺激强度，又称为阈值。具有阈强度的刺激称为阈刺激（threshold stimulus）。

*达到阈值→肌纤维收缩

*超过阈值→收缩力不增加

*阈下刺激→无兴奋收缩

*阈刺激→少数兴奋性最高的肌纤维产生收缩刺激强度↑→ 肌纤维被兴奋数量↑，  肌肉收缩力↑

*最适强度→所有的肌纤维均兴奋，肌肉收缩最大

*＞最适强度 → 收缩力不增加

2.刺激频率与肌肉收缩反应

单收缩twitch：骨骼肌受到一次短促有效刺激时,可发生一次动作电位,随后出现一次收缩和舒张。

*两个阈上刺激，相继作用于神经-肌肉标本，如果刺激间隔大于单收缩的时程，肌肉则出现两个分离的单收缩；

*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，新收缩过程与上次尚未结束的收缩过程发生总和，称为强直收缩tetanus （复合收缩）。

*后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，称为不完全强直收缩incomplete tetanus 。

*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，肌肉处于持续的收缩状态，称为完全强直收缩complete tetanus 。

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，所以骨骼肌的收缩都是强直收缩；

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，产生一定程度的强直收缩，称为肌紧张(muscle tone)。

三、实验器材

蟾蜍或蛙；

任氏液；

常规手术器械；

微机生物信号采集处理系统

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。

四、实验步骤

1. 蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备 

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。

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关节处，并在神经下穿线备用。

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，折弯压住膝关节。

2. 实验装置连接

将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直）。

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。

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。

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。

 3. 实验观察

（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响

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，找出刚能引起肌肉出现微小收缩的刺激强度（阈强度）。

继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。

继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度，即最大刺激强度。

（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响

 用最大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。

五、注意事项

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。

六、思考与讨论

1）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？

2）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度的增大而增大？

3）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。

4）分析不完全强直收缩与完全强直收缩的条件与机制？

5）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？

6）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？

7）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？

8）电刺激坐骨神经－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？