实验二:骨骼肌收缩的生理特性 【目的要求】 1、学习神经-肌肉实验的电刺激方法和记录肌肉收缩的方法。 2、观察刺激强度与肌肉收缩反应的关系。 3、了解骨骼肌收缩的总和现象。 4、观察不同频率的最适刺激引起肌肉收缩形式的改变。 【实验原理】 神经-肌肉标本是由许多兴奋性不同的神经纤维(细胞)-肌纤维(细胞)组成,在保持足够的刺激时间(脉冲波宽)不变时,刺激强度过小,不能引起任何反应,此时的刺激为阈下刺激。随着刺激强度增加,可引起少数兴奋性较高的运动单位兴奋,引起少数肌纤维收缩,表现出较小的张力变化。该刺激为阈刺激。此后随着刺激强度的继续增加,会有较多的运动单位兴奋,肌肉收缩幅度、产生的张力也不断增加,此时的刺激均称为阈上刺激。但当刺激强度增大到某一临界值时,所有的运动单位都被兴奋,引起肌肉最大幅度的收缩,产生的张力也最大,此后再增加刺激强度,不会再引起反应的继续增加。可引起神经、肌肉最大反应的最小刺激强度为最适刺激强度。 蛙的坐骨神经肌肉标本单收缩的总时程约为0.11s,其中潜伏期、缩短期共占0,05s,舒张期占0.06s。若给予标本相继两个最适刺激,使两次刺激的间隔小于该肌肉收缩的总时程时,则会出现收缩反应的重叠,称为收缩总和。若两个刺激的时间间隔短于肌肉收缩总时程,而长于肌肉收缩的潜伏期和缩短期时程,使后一刺激落在前一刺激引起肌肉收缩的舒张期内,则出现一次收缩尚未完全舒张又引起一次收缩;若两次刺激的间隔短于肌肉收缩的缩短期,使后一刺激落在前一次刺激引起收缩的缩短期内,则出现一次收缩正在进行接着又产生一次收缩,收缩的幅度高于单收缩的幅度。根据这个原理,若给予标本一连串的最适刺激,则因刺激频率不同会得到一连串的单收缩、不完全强直收缩或完全强直收缩的复合收缩。 【动物、器材与试剂】 (以下是每组所需的种类和数量) 蛙或蟾蜍1只、纱布1块、毁髓针1支、眼科镊(或尖头无齿镊)1把、手术剪1把、普通剪刀1把、手术刀1把、玻璃板1块、蛙板1块、培养皿1套、蛙钉2只、玻璃分针2支、锌铜弓1支、滴管1支、细棉线30cm、解剖盘1只、任氏液至少150mL、肌槽1个、张力换能器(100g)1个、二道生理纪录仪1台、生理多用仪1台、铁支架1个、双凹夹2个、针形电极1对。 【方法与步骤】 1、坐骨神经腓肠肌标本的制备:见实验一。 2、将肌槽、张力换能器均用双凹夹固定于支架上,然后将离体坐骨神经腓肠肌标本的股骨残端插入肌槽的小孔内并固定之;腓肠肌跟腱上的连线连于张力换能器的应变片上(暂不要将线拉紧)。夹住脊椎骨碎片将坐骨神经轻轻平搭在肌槽的刺激电极上。 3、将张力换能器的输出插头插入二导生理记录仪的FD-2的输入插孔,刺激器的输出导线与肌槽的电极相连。调整张力换能器的高低,使肌肉处于自然拉长的状态(不宜过紧,但也不要太松)。然后可进行实验项目。 4、将生理多用仪的刺激方式调整为单脉冲(单刺激),将波宽调至并固定在1ms,刺激强度从零开始逐渐增大;首先找到能引起肌肉收缩的最小强度,该强度即是阈强度。描记速度要求每刺激一次神经,都应在记录纸记录一次收缩曲线(应为一短线)。 5、将刺激强度逐渐增大,观察肌肉收缩幅度和记下的收缩曲线幅度也随之升高(图6)。 6、继续增大刺激强度,直至连续3~4个肌肉收缩曲线的幅度不再随刺激增高为止,读出刚刚引起最大收缩的刺激强度,即为最适刺激强度。 7、接下来观察不同频率的最适刺激引起肌肉收缩形式的改变。以下实验过程中,将波宽固定在1ms,强度固定在最适刺激强度上(一般为5~7.5v)。 8.用单刺激作用于坐骨神经,可记录到肌肉的单收缩曲线。 9.用双刺激作用于坐骨神经,使两次刺激间隔时间为0.06~0.08s,记录复合收缩曲线(纸速25~50mm/s)。 10.将刺激方式置于“连续”,其余参数固定不变,用频率为1、6、10、15、20、30Hz的连续刺激作用于作用于坐骨神经,可记录到单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩曲线(纸速2~10 mm/s)(图7)。 【注意事项】 1、刺激之后必须让标本休息一段时间,约0.5~1min。实验过程中标本的兴奋性会发生改变,因此还要抓紧时间进行实验。 2、整个实验过程中要不断给标本滴加任氏液,防止标本干燥,保持其兴奋性。 [可能出现的问题与解释] (1)未能找出最大刺激。 虽已调至刺激器的最大刺激强度,但经液体介质短路后输出,强度有所降低,对刺激的神经仍不能达到最大刺激强度,此时可增大刺激波宽。 (2)单收缩曲线忽高忽低。 标本在任氏液中浸泡的时间不够,兴奋性不稳定;肌槽上液体堆积过多,造成短路使刺激强度不稳。 (3)标本发生不规则收缩或痉挛。 肌槽不干净,留有刺激物(如盐渍);周围环境有干扰;仪器接地不良或人体感应带电,接触潮湿台面或支架等。 3、连续刺激时,每次刺激持续时间要保持一致,不得超过3~4s,每次刺激后要休息30s,以免标本疲劳。 4、若刺激神经引起的肌肉收缩不稳定时,可直接刺激肌肉。 5、可根据实际需要调整刺激频率。 【思考题】 1、引起组织兴奋的刺激必须具备那些条件? 2、何为单收缩?单收缩的潜伏期包括了那些时间因素?对有神经和无神经的标本有何差异? 3、何为不完全强直收缩、完全强直收缩?它们是如何形成的? 4、肌肉收缩张力曲线融合时,神经干细胞的动作电位是否也发生融合?为什么? 5、为什么刺激频率增高,肌肉收缩的幅度也增高? * *