不同刺激強(qiáng)度、刺激頻率對骨骼肌收縮形式的影響

1、不同刺激強(qiáng)度、刺激頻率對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骨骼肌收縮形式的影響。方法 使用 生物信號采集處理系統(tǒng)，通過設(shè)定不同的強(qiáng)度和頻率參數(shù)對激蟾躲坐骨神經(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

2、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，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。【關(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)為動作電位，肌肉組織的興奮主要表 現(xiàn)為收縮活動。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

3、縮，復(fù)合收縮等概念以及更好的分 析不同刺激頻率對骨骼肌收縮形式的影響。1材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)動物健康蟾蛛一只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、銀子一把、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，生物信號采集處理系統(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)一腓腸肌標(biāo)本的制備2.1.1.1 搗毀蟾蛛腦脊髓：取蟾蛛一只，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

4、自枕骨大孔處垂直刺入，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，徹底搗毀腦組織；再將探針原路退出，刺向尾側(cè)，捻動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：用粗剪刀在鼾骼關(guān)節(jié)前1厘米處剪斷脊柱，握住蟾 蛛下肢，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；用圓頭銀子夾住脊柱，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

5、手和用過的全部手術(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)剪去鼾骨，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)之大腿部分直至胭窩，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

6、在下面穿線，在跟腱處打結(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。從胭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

7、與微機(jī)相應(yīng)通道相連。2.1.3 打開電腦，進(jìn)入生物信號采集處理系統(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

8、結(jié)果2(2.1達(dá)到閾刺激強(qiáng)度時(shí)的波形2.2.2 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。不同的腓腸肌具閾刺激，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)度會引起肌肉的不同反應(yīng)

9、。當(dāng)刺激強(qiáng)度過小時(shí)，不引起肌肉發(fā)生收縮反應(yīng)，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0.30

10、V則為最適刺激強(qiáng)度。3.3肌組織對于一個(gè)閾上強(qiáng) 度的刺激，發(fā)生一次動作電位，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

11、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。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

12、以連續(xù)的脈沖刺激，則肌肉的收縮形式將隨刺激的頻率高低而不同。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