鉀離子、鈉離子對(duì)蟾蜍離體坐骨神經(jīng)腓腸肌收縮的影響

1、鉀離子、鈉離子對(duì)蟾蜍離體坐骨神經(jīng)腓腸肌收縮的影響鄒曉飛(40508035 )馬磊歌(40508036) 高敏(4050804_) 于鳳(40508051)2005級(jí)生科一班 生命科學(xué)學(xué)院 陜西師范大學(xué)一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1 目的 （1）本實(shí)驗(yàn)研究不同濃度的鉀離子和鈉離子刺激下蟾蜍肌肉的收縮情況，以及改變鉀離子和鈉離子的濃度引起肌肉收縮的閾刺激強(qiáng)度和最適刺激強(qiáng)度的變化。（2）驗(yàn)證細(xì)胞外K+濃度增加對(duì)標(biāo)本興奮性的增強(qiáng)作用6,同時(shí)探究增加細(xì)胞外Na+濃度時(shí)對(duì)坐骨神經(jīng)腓腸肌影響（抑制或是提高標(biāo)本的興奮性）。（3）熟練掌握RM6240B生理信號(hào)記錄儀與張力換能器的使用方法與坐骨神經(jīng)腓腸肌的制作過程。2 選題依據(jù)

2、（1）蟾蜍腓腸肌收縮是生理學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一, 正常情況下肌肉的收縮總是由于肌肉受到激動(dòng)發(fā)生了興奮而引起的，已知興奮是細(xì)胞膜上的電變化（動(dòng)作電位），而收縮是肌肉內(nèi)部收縮蛋白的變化，所以細(xì)胞膜興奮是引起肌肉收縮的前提1。(2)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮引起骨骼肌收縮首先應(yīng)該產(chǎn)生終板電位，終板電位的離子機(jī)制與動(dòng)作電位不同，它的發(fā)生是終板膜對(duì)鈉離子和鉀離子的通透性同時(shí)增大，且主要是鈉離子內(nèi)流1,所以無論是鈉離子還是鉀離子的濃度變化都對(duì)肌肉收縮都有一定影響。(3)肌細(xì)胞外K+濃度改變時(shí)會(huì)引起Na+、K+通道被激活或抑制，從而影響動(dòng)作電位產(chǎn)生使肌細(xì)胞產(chǎn)生興奮或抑制興奮產(chǎn)生，以影響肌肉的收縮。但每個(gè)影響因素都有一個(gè)最適宜

3、的條件。在最適宜的條件下，肌肉收縮才能更強(qiáng)烈，更快速 6。(4)Na+小于K+半徑，一定條件下Na+可能可以自由通過K+通道，從而影響細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)計(jì)（1）動(dòng)作電位主要是由Na+、K+通道介導(dǎo)跨膜信號(hào)傳遞而形成，增加可興奮細(xì)胞外液的K+濃度時(shí)，改變了靜息電位的平衡狀態(tài)，使得膜電位絕對(duì)值減小，并且超過了閾強(qiáng)度，引起了動(dòng)作電位的發(fā)生，引起肌肉細(xì)胞的強(qiáng)烈收縮，并且在一定的濃度范圍內(nèi)，隨著K+濃度的增加，引起的肌肉收縮就越明顯6。（2）結(jié)果1：若增加Na+就增大了膜兩邊的電勢差，使得膜電位絕對(duì)值增大，隨著Na +濃度的增加，抑制的肌肉收縮的作用就越明顯。結(jié)果2：若Na+由K+通道自由

4、出入細(xì)胞，胞外高Na+濃度就促使順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞，減小膜內(nèi)外的電勢差，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)作電位,引起肌肉收縮，則隨著Na +濃度的增加，促進(jìn)肌肉收縮的作用就越明顯。4 參考文獻(xiàn)1朱妙章主編.大學(xué)生理學(xué).第二版.高等教育出版社,2006.19-232李成軍.彭如心.沈云虹.金香蘭. 蟾蜍腓腸肌收縮特性的觀察J齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2000,(05).3張洪嘉. 當(dāng)歸酒精提取液對(duì)骨骼肌收縮力的影響及其機(jī)制初探D延邊大學(xué), 2007.4趙敬國,李建文. 溫度對(duì)蟾蜍腓腸肌收縮能力的影響J山東體育科技, 2002,(03) 5趙敬國,李建文. pH值對(duì)蟾蜍離體腓腸肌收縮能力的影響J山東體育科技, 2003,(

5、01)6林善桃.譚慧瓊.吳肖玲.顧海烽.溫度、鉀離子因素對(duì)肌肉收縮的影響.華南師范大學(xué)人體及動(dòng)物生理學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程論文 2005，8，28 7 陳守良主編.動(dòng)物生理學(xué).北京大學(xué)出版社8 美J.G畢曉普H.L多爾曼合編.生理學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)出版社9 王玢主編.動(dòng)物生理學(xué).高等教育出版社10 解景田.趙靜主編.動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)（第二版），高等教育出版社11 王紹明.李守果蟾蜍坐骨神經(jīng)腓腸肌收縮實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)意義J 兵團(tuán)教育學(xué)院學(xué)報(bào).1993.(04)二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告Abstract: This article studies the situation of muscle contraction i

6、n frog on different ions stimulate .The experiment result indicated that both Na+ and K+ can promote the contracture of muscle. When the consistence of Na+ achieved threshold potential , it created skeleton muscle contraction.But the K+ promoter action is not very obvious.Key words: muscle contracti

7、on Na+ K+1 實(shí)驗(yàn)方案及操作1 材料和方法1. 1材料1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 蟾蜍3只1.12實(shí)驗(yàn)儀器蛙類手術(shù)器械（手術(shù)剪、手術(shù)鑷子、玻璃解剖針、手術(shù)刀、粗剪刀、毀髓針、蛙板），RM6240B生理信號(hào)記錄儀、神經(jīng)屏蔽盒、溫度計(jì)、電刺激器、張力換能器，粗棉線、紗布、小燒杯6個(gè)、大燒杯2個(gè)、酒精燈、滴管。1.1.3實(shí)驗(yàn)藥品 KCl、NaCl、任氏液。1. 2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1腓腸肌的制作取健康蟾蜍，毀腦后，做成坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本，將制成的標(biāo)本放入任氏液中，并把來自同一只蟾蜍的標(biāo)本做上相同的標(biāo)記。1.2.2溶液的配置 取六只小燒杯并分別編號(hào)為k1、k2、k3（KCl實(shí)驗(yàn)組）和n1、n2、n3(N

8、aCl實(shí)驗(yàn)組)；用標(biāo)準(zhǔn)任氏液分別配成濃度為2.5mmol/L、20mmol/L和120mmol/L的KCl、NaCl溶液各50ml，將溶液按濃度高低依次置于對(duì)應(yīng)小燒杯中。1.2.3標(biāo)本的刺激處理1.2.3.1接好電源，并調(diào)節(jié)好RM6240B生理信號(hào)記錄儀、刺激器與張力換能器，用等于室溫的任氏液溫潤標(biāo)本，防止干燥，打開開關(guān)。將任氏液中的兩個(gè)來自同一蟾蜍的標(biāo)本與分別與RM6240B生理信號(hào)記錄儀連結(jié)好，并調(diào)節(jié)好標(biāo)本高度，使之垂直處于一拉直狀態(tài)，觀察并在RM6240B生理信號(hào)記錄下收縮閾強(qiáng)度、最適強(qiáng)度與骨骼肌收縮的變化。12.3.2.將上述標(biāo)本腓腸肌分別浸入2.5mmol/L的KCl、 NaCl溶液

9、中2min（神經(jīng)部分滴加適量任氏液），然后連接好裝置，觀察并記錄骨骼肌的收縮的變化，并在RM6240B生理信號(hào)記錄下收縮閾強(qiáng)度、最適強(qiáng)度。1.2.3.3將上述標(biāo)本用任氏液潤洗5min后，再分別浸入20mmol/L的KCl 、NaCl溶液中，觀察骨骼肌的收縮的變化，然后連接好裝置，觀察并記錄骨骼肌的收縮的變化，并在RM6240B生理信號(hào)記錄下收縮閾強(qiáng)度、最適強(qiáng)度。1.2.3.4將上述標(biāo)本用任氏液潤洗5min后，再分別浸入120mmol/L的KCl 、NaCl溶液中，觀察骨骼肌的收縮的變化，然后連接好裝置，觀察并記錄骨骼肌的收縮的變化，并在RM6240B生理信號(hào)記錄下收縮閾強(qiáng)度、最適強(qiáng)度。1.2.

10、4將步驟1.2.3再重復(fù)2次。（注:實(shí)驗(yàn)原計(jì)劃做三組平行實(shí)驗(yàn),但是由于時(shí)間限制，本小組實(shí)驗(yàn)組只做了兩組。相同濃度的氯化鈉和氯化鉀浸泡來自于同一只蟾蜍的標(biāo)本。）2 結(jié)果（Na+ 、K+對(duì)肌肉收縮的影響）2.1 KCl實(shí)驗(yàn)組（具體結(jié)果如附圖1所示） 項(xiàng)目標(biāo)本實(shí)驗(yàn)參數(shù)任氏液2.5mmol/L20mmol/L120mmol/L1閾強(qiáng)度(V)0.040.040.050.05最適刺激強(qiáng)度(V)0.070.070.080.072閾強(qiáng)度(V)0.060.060.07最適刺激強(qiáng)度(V)0.090.090.10（注：由于連續(xù)幾臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器干擾均較大，標(biāo)本多次反復(fù)刺激已經(jīng)疲勞，且實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，所以最后一組數(shù)據(jù)無法進(jìn)行

11、測量。） 項(xiàng)目標(biāo)本實(shí)驗(yàn)參數(shù)任氏液2.5mmol/L20mmol/L120mmol/L1閾強(qiáng)度（V）0.100.110.100.09最適刺激強(qiáng)度(V)0.400.130.120.112閾強(qiáng)度（V）0.090.080.070.07最適刺激強(qiáng)度(V)0.130.120.100.092.2 NaCl實(shí)驗(yàn)組（具體結(jié)果如附圖2所示）3分析與討論 由NaCl組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出隨著Na+濃度的增大，標(biāo)本的與刺激強(qiáng)度與閾強(qiáng)度均有所降低，標(biāo)本對(duì)刺激的靈敏度有所增加，在相同刺激強(qiáng)度下肌肉的收縮強(qiáng)度也明顯增大。由此可知用Na+浸泡肌肉后可以促進(jìn)坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的收縮。由分析得知：運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮引起骨骼肌收縮首先應(yīng)該

12、產(chǎn)生終板電位，終板電位的離子機(jī)制與動(dòng)作電位不同，它的發(fā)生是終板膜對(duì)鈉離子和鉀離子的通透性同時(shí)增大，但主要是鈉離子內(nèi)流1。增加胞外Na+濃度雖然增大了膜兩邊的電勢差，使得膜電位絕對(duì)值增大，但是Na+可由由K+通道自由出入細(xì)胞，加上胞外高Na+濃度就促使Na+順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞，減小膜內(nèi)外的電勢差，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)作電位,引起肌肉收縮，則當(dāng)增大Na +濃度時(shí)，Na +促進(jìn)肌肉收縮的作用也就越明顯（肌肉對(duì)刺激越來越敏感）。 由理論分析可知：動(dòng)作電位主要是由Na+、K+通道介導(dǎo)跨膜信號(hào)傳遞而形成，當(dāng)人工地增加可興奮細(xì)胞外液的K+濃度時(shí)，改變了靜息電位的平衡狀態(tài)，使得膜電位絕對(duì)值減小，并且超過了閾強(qiáng)度，引起了

13、動(dòng)作電位的發(fā)生，引起肌肉細(xì)胞的強(qiáng)烈收縮，并且在一定的濃度范圍內(nèi)，隨著K+濃度的增加，引起的肌肉收縮就越明顯7，8。但是我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不能完全顯示出理論上應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果，當(dāng)增加氯化鉀濃度時(shí)，肌肉的閾刺激強(qiáng)度與最適刺激強(qiáng)度變化不大，但是由圖可看出，增加肌細(xì)胞膜外離子濃度時(shí)也增大了記錄儀的靈敏度，肌肉收縮強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)，但沒有記錄下確定的肌肉收縮強(qiáng)度數(shù)據(jù)作為參比。根據(jù)我們的分析：上述結(jié)果可能是標(biāo)本在多次反復(fù)刺激后肌肉已經(jīng)疲勞，雖然增加了鉀離子濃度但對(duì)刺激的靈敏度已經(jīng)降低。靜息電位又稱為K+平衡電位，是由膜兩側(cè)原初存在的K+濃度差的大小決定的，它的精確數(shù)值可根據(jù)理化學(xué)上著名的Nernst公式算出9

14、10。人工地增加離體可興奮細(xì)胞外液的K+濃度，使細(xì)胞內(nèi)外K+濃度差變小，因而K+o/ K+i的值增大，根據(jù)Nernst公式計(jì)算的K+平衡電位即靜息電位的絕對(duì)值減小9。同理也可以得出Na+的相應(yīng)數(shù)據(jù)，但由于本次實(shí)驗(yàn)較為不成功所以沒有進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。該實(shí)驗(yàn)在操作、儀器和方法上存在一定不足，而且還有很多因素影響著肌肉的收縮，我們的知識(shí)與技能有限，無法準(zhǔn)確查找出實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)失誤的主要原因。這次實(shí)驗(yàn)本小組對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)考慮不是十分周全，無法做到絕對(duì)的變量單一化，比如氯離子對(duì)于肌肉收縮的影響雖然不大，但也對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在著一定的影響，這使得我們的實(shí)驗(yàn)方案只能擴(kuò)大范圍探究氯化鈉、氯化鉀對(duì)于坐骨神經(jīng)腓腸肌的影響，而不是氯離子與鈉離子的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前對(duì)于實(shí)驗(yàn)題目的分析不夠，思維僅僅局限于暫時(shí)所學(xué)的內(nèi)容，沒有全面地、聯(lián)系的去考慮每個(gè)影響實(shí)驗(yàn)的因素及相