不同刺激強(qiáng)度、刺激頻率對(duì)骨骼肌收縮形式的影響

1、不同刺激強(qiáng)度、刺激頻率對(duì)骨骼肌收縮形式的影響機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)雜談【摘要】目的1、通過觀察刺激強(qiáng)度與肌肉收縮的關(guān)系，明確閾刺激、閾上刺激、最大刺激的概念;2、觀察不同刺激頻率對(duì)骨骼肌收縮形式的影響。方法使用生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，通過設(shè)定不同的強(qiáng)度和頻率參數(shù)對(duì)激蟾蜍坐骨神經(jīng)進(jìn)行刺激，記錄分析數(shù)據(jù)結(jié)果。結(jié)果閾刺激強(qiáng)度為0.17V,最大刺激強(qiáng)度為0.3V,最大刺激強(qiáng)度時(shí)，單收縮的刺激頻率為 2.0Hz,不完全強(qiáng)直收縮的刺激頻率為 4.52Hz、完全強(qiáng)直收縮的最小刺激頻率為23.6Hz 。結(jié)論 刺激強(qiáng)度到達(dá)閾刺激時(shí)腓腸肌開始收縮，在最大刺激收縮力前隨刺激強(qiáng)度增大而增大，到達(dá)最大刺激強(qiáng)度后，收縮力不發(fā)生明顯改變

2、; 在最大刺激強(qiáng)度條件下，某較小頻率使腓腸肌發(fā)生單收縮，頻率增大，單收縮變?yōu)椴煌耆珡?qiáng)直收縮，頻率繼續(xù)增大，不完全強(qiáng)直收縮變?yōu)橥耆珡?qiáng)制收縮?！娟P(guān)鍵詞】刺激; 強(qiáng)度 ; 頻率 ; 腓腸肌肌肉、神經(jīng)和腺體組織稱為可興奮組織，它們有較大的興奮性。不同組織、細(xì)胞的興奮表現(xiàn)各不相同，神經(jīng)組織的興奮表現(xiàn)為動(dòng)作電位，肌肉組織的興奮主要表現(xiàn)為收縮活動(dòng)。因此，觀察肌肉是否收縮可以判斷它是否產(chǎn)生了興奮。一個(gè)刺激是否能使組織發(fā)生興奮，不僅與刺激形式有關(guān)，還與刺激時(shí)間、刺激強(qiáng)度、強(qiáng)度- 時(shí)間變化率三要素有關(guān)。此實(shí)驗(yàn)通過觀察所用電刺激強(qiáng)度與腓腸肌收縮曲線的關(guān)系，從而明確閾下刺激，閾上刺激，最適刺激，單收縮，復(fù)合收縮等概念

3、以及更好的分析不同刺激頻率對(duì)骨骼肌收縮形式的影響。1 材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物健康蟾蜍一只1.2 實(shí)驗(yàn)器材和藥品蛙類手術(shù)器械一套（ 粗剪刀一把、組織剪一把、眼科剪一把、鑷子一把、探針一根、玻璃分針2 把、蛙釘4 個(gè)、培養(yǎng)皿1 個(gè)，蛙板一個(gè)、滴管一個(gè)、棉線若干 ） ，張力換能器，肌槽，刺激電極，鐵架臺(tái)，生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，微機(jī)，任氏劑。 2.1 實(shí)驗(yàn)步驟2.1.1 蛙類坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的制備2.1.1.1 搗毀蟾蜍腦脊髓: 取蟾蜍一只，用自來水沖洗干凈。左手握蛙，用食指下壓頭部前端，拇指按壓背部，使頭前俯。中指與無名指夾其前肢，無名指與小指夾其后肢，使整個(gè)軀干做最大屈曲。把探針自枕骨大孔處

4、垂直刺入，到達(dá)椎管，即將探針改變方向刺入顱腔，向各側(cè)不斷攪動(dòng)，徹底搗毀腦組織; 再將探針原路退出，刺向尾側(cè)，捻動(dòng)探針使其逐漸刺入整個(gè)椎管內(nèi)，完全徹底搗毀脊髓。脊髓破壞完全的標(biāo)志是: 下頜呼吸運(yùn)動(dòng)消失，反射消失，四肢松軟。2.1.1.2 剪除軀干上部和內(nèi)臟，去皮，制備下肢標(biāo)本: 用粗剪刀在骶髂關(guān)節(jié)前1 厘米處剪斷脊柱，握住蟾蜍下肢，沿軀干兩側(cè)（ 避開坐骨神經(jīng)） 剪開腹壁。此時(shí)軀干上部及內(nèi)臟即全部下垂。剪除全部軀干及內(nèi)臟組織。剪去肛周皮膚; 用圓頭鑷子夾住脊柱，注意不要碰到坐骨神經(jīng)，捏住皮膚邊緣，逐步向下牽拉剝離皮膚。將全部皮膚剝除后，把標(biāo)本置于盛有任氏液的培養(yǎng)皿中。2.1.1.3 洗凈雙手和用過

5、的全部手術(shù)器械。2.1.1.4 分離兩下肢: 避開坐骨神經(jīng)，用粗剪刀從背側(cè)剪去骶骨，然后沿中線將脊柱剪成左右兩半，再從恥骨聯(lián)合中央剪開，將已分離的標(biāo)本浸入盛有任氏液的培養(yǎng)皿中。2.1.1.5 取出一下肢，用蛙釘固定于蛙板上，固定時(shí)要注意，坐骨神經(jīng)和腓腸肌朝上。先用玻璃分針沿脊柱側(cè)游離坐骨神經(jīng)腹腔部，然后循股二頭肌和半膜肌之間的坐骨神經(jīng)溝，縱向分離暴露坐骨神經(jīng)之大腿部分直至腘窩，在分離過程中，把神經(jīng)周圍的結(jié)締組織去除干凈，并把神經(jīng)的細(xì)小分支剪斷，但要注意不要用金屬器械碰觸神經(jīng)，也不要對(duì)神經(jīng)過度牽拉。實(shí)驗(yàn)期間應(yīng)不斷滴加任氏液使神經(jīng)保持濕潤。2.1.1.6 用玻璃分針游離腓腸肌，并在下面穿線，在跟腱

6、處打結(jié)。在結(jié)扎線的下方剪斷跟腱，在膝關(guān)節(jié)處把除腓腸肌外的小腿其他部分剪除。注意保持完整的腓腸肌。2.1.1.7 用棉線在靠近脊柱的位置結(jié)扎坐骨神經(jīng)，并在結(jié)扎線的上方剪斷神經(jīng)，用眼科剪剪斷坐骨神經(jīng)的全部分支。從腘窩處開始剪掉大腿所有的肉，盡量把股骨刮干凈，在膝關(guān)節(jié)上至少1cm處剪去上段股骨。將標(biāo)本浸入任氏劑的培養(yǎng)皿中。 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與儀器連接:1. 將標(biāo)本股骨殘端固定在肌槽上的小孔內(nèi);2. 將結(jié)扎腓腸肌肌腱的棉線與張力換能器連接，調(diào)節(jié)棉線的松緊，要與桌面垂直;3. 將神經(jīng)置于肌槽的刺激電極上，用任氏劑保持標(biāo)本濕潤;4. 刺激電極插入微機(jī)上的刺激輸入孔;5. 張力換能器與微機(jī)相應(yīng)通道相連。

7、2.1.3 打開電腦，進(jìn)入生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，在菜單欄選擇“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”- “神經(jīng)肌肉” “刺激強(qiáng)度與反應(yīng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)K”點(diǎn)擊開始，調(diào)節(jié)刺激參數(shù)。2.1.4 先給神經(jīng)一個(gè)最小單刺激后，觀察肌肉是否收縮，如果沒有收縮就漸加刺激強(qiáng)度，直到肌肉開始收縮，記錄剛引起肌肉收縮的閾強(qiáng)度。2.1.5 不斷增加刺激強(qiáng)度，觀察肌肉收縮和刺激強(qiáng)度的關(guān)系，找到最適刺激強(qiáng)度。2.1.6 把刺激強(qiáng)度調(diào)節(jié)到最適刺激強(qiáng)度，調(diào)節(jié)刺激頻率，觀察刺激頻率對(duì)骨骼肌收縮的影響，并找到發(fā)生不完全強(qiáng)直收縮的最小刺激頻率和發(fā)生完全強(qiáng)直收縮的最小刺激頻率。2.1.7 分別記錄波形圖，打印。2.2 結(jié)果2(2.1 達(dá)到閾刺激強(qiáng)度時(shí)的波形2.2

8、.2 最大刺激強(qiáng)度時(shí)的波形2.2.3 單收縮2.2.4 不完全強(qiáng)直收縮2.2.5 完全強(qiáng)直收縮3. 討論刺激強(qiáng)度到達(dá)閾刺激時(shí)腓腸肌開始收縮，在最大刺激收縮力前隨刺激強(qiáng)度增大而增大，到達(dá)最大刺激強(qiáng)度后，收縮力不發(fā)生明顯改變; 在最大刺激強(qiáng)度條件下，某較小頻率使腓腸肌發(fā)生單收縮，頻率增大到，單收縮變?yōu)椴煌耆珡?qiáng)直收縮，頻率繼續(xù)增大，不完全強(qiáng)直收縮變?yōu)橥耆珡?qiáng)制收縮。不同的腓腸肌其閾刺激，最大刺激均存在差異; 其單收縮，不完全強(qiáng)直收縮和完全強(qiáng)直收縮所要頻率也不盡相同。3.1 腓腸肌由許多肌纖維組成，當(dāng)刺激支配腓腸肌的坐骨神經(jīng)時(shí)，不同的刺激強(qiáng)度會(huì)引起肌肉的不同反應(yīng)。當(dāng)刺激強(qiáng)度過小時(shí)，不引起肌肉發(fā)生收縮反應(yīng)

9、，此時(shí)的刺激為閾下刺激。當(dāng)刺激強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)時(shí)，可引起少數(shù)肌纖維發(fā)生收縮反應(yīng)，這種最小收縮反應(yīng)的有效強(qiáng)度為閾強(qiáng)度也叫最小刺激強(qiáng)度。隨著刺激強(qiáng)度的加大，參加收縮反應(yīng)的肌纖維數(shù)量增多，收縮力量也加大，此時(shí)的刺激為閾上刺激。3.2當(dāng)閾上刺激強(qiáng)度增加到某一值時(shí)，神經(jīng)中所有纖維均產(chǎn)生興奮，此時(shí)肌肉做最大收縮。再繼續(xù)增強(qiáng)刺激強(qiáng)度，肌肉收縮反應(yīng)不再繼續(xù)增加。將引起肌肉最大收縮的最小刺激強(qiáng)度稱為最適刺激強(qiáng)度。一定范圍內(nèi)，骨骼肌收縮的大小決定于刺激的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，當(dāng)刺激強(qiáng)度達(dá)到0.30V,往后再繼續(xù)增強(qiáng)刺激強(qiáng)度，肌肉收縮反應(yīng)不再繼續(xù)增加，證明0.30V 則為最適刺激強(qiáng)度。3.3 肌組織對(duì)于一個(gè)閾上強(qiáng)度的刺激

10、，發(fā)生一次動(dòng)作電位，隨后出現(xiàn)一次收縮和舒張，這種形式的收縮稱為單收縮; 單收縮的過程可分為3 個(gè)時(shí)期 : 潛伏期、收縮期和舒張期。兩個(gè)相同強(qiáng)度的閾上刺激，相繼作用與神經(jīng), 肌肉標(biāo)本，如果刺激間隔大于單收縮的時(shí)程，肌肉則出現(xiàn)兩個(gè)分離的單收縮; 當(dāng)同等強(qiáng)度的連續(xù)閾上刺激作用與標(biāo)本時(shí)，則出現(xiàn)多個(gè)收縮反應(yīng)的疊加，此為強(qiáng)直收縮。當(dāng)后一收縮發(fā)生在前一收縮的舒張期時(shí)，稱為不完全強(qiáng)直收縮; 后一收縮發(fā)生在前一收縮的收縮期時(shí)，各自的收縮則完全融合，肌肉出現(xiàn)持續(xù)的收縮狀態(tài)，此為完全強(qiáng)直收縮。產(chǎn)生不同類型的收縮主要是由于隨著頻率的增加，刺激落在舒張期結(jié)束前（ 或前一次收縮期內(nèi) ） 又開始產(chǎn)生收縮，發(fā)生單收縮的復(fù)合。

11、各次刺激引起的收縮過程發(fā)生融合而疊加，使肌肉強(qiáng)直收縮產(chǎn)生的張力大于單收縮。我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中（ 圖號(hào)自加） 在2.0hz 附近可看到兩個(gè)分離的單收縮，之后在3.0hz 附近出現(xiàn)了多個(gè)收縮的疊加即為強(qiáng)直收縮。就我們的圖來看，對(duì)于一個(gè)單收縮來說，從刺激開始到收縮開始這無明顯外部表現(xiàn)的一段為潛伏期，是興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和興奮收縮偶聯(lián)所致; 骨骼肌開始收縮到高峰是長度縮短或張力增強(qiáng)的時(shí)期，曲線很陡，即為收縮期; 從高峰開始，曲線較緩慢地下降至基線，是長度或者張力恢復(fù)過程時(shí)期，為舒張期。3.4 收縮全過程分為收縮和舒張兩個(gè)時(shí)期，前者持續(xù)時(shí)間較后者短。如果給肌肉以連續(xù)的脈沖刺激，則肌肉的收縮形式將隨刺激的頻率

12、高低而不同。在刺激頻率較低時(shí)，次刺激都引起一次獨(dú)立的單收縮。當(dāng)刺激頻率增加到某一限度時(shí)，在肌肉在未完全舒張的基礎(chǔ)上便進(jìn)行新的收縮，肌肉就表現(xiàn)為不完全強(qiáng)直收縮. 3.5 當(dāng)肌肉接受一連串彼此間隔時(shí)間很短的連續(xù)興奮沖動(dòng)時(shí)，由于各個(gè)刺激間的時(shí)間間隔很短，后一個(gè)刺激都落在由前一刺激所引起的收縮尚未結(jié)束之前，就又引起下一次收縮，因而在一連串的刺激過程中，肌肉得不到充分時(shí)間進(jìn)行完全的寬息，而一直維持在縮短狀態(tài)中。肌肉因這種成串刺激而發(fā)生的持續(xù)性縮短狀態(tài)，稱強(qiáng)直收縮。引起強(qiáng)直收縮的刺激稱強(qiáng)直刺激。亦稱強(qiáng)直。在給肌肉以適當(dāng)頻率的重復(fù)刺激，即強(qiáng)直刺激時(shí)，由于單收縮相繼累加，表現(xiàn)出大的持續(xù)性收縮狀態(tài)。刺激頻率低，收縮曲線呈鋸齒狀，是不完生強(qiáng)直收縮; 如果頻率增高，收縮增加，而曲線變得光滑，成為完全強(qiáng)直收縮。但是超過某種限