人體解剖及動物生理學(xué)實驗報告神經(jīng)干復(fù)合動作電位

1、人體解剖及動物生理學(xué)實驗報告神經(jīng)干復(fù)合動作電位【實驗題目】神經(jīng)復(fù)合動作電位1、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）閾值和最大幅度的測定2、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）傳導(dǎo)速度的測定3、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）不應(yīng)期的測定【實驗?zāi)康摹看_定蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）的1、 臨界值和最大值2、傳導(dǎo)速度3、不應(yīng)期（包括絕對不應(yīng)期和相對不應(yīng)期）【實驗原理】神經(jīng)系統(tǒng)對維持機體穩(wěn)態(tài)起著重要作用，動作電位（AP）是神經(jīng)系統(tǒng)進行通信聯(lián)系所采用的信號。多個神經(jīng)元的軸突集結(jié)成束形成神經(jīng)，APs沿感覺神經(jīng)經(jīng)外周傳向中樞或沿運動神經(jīng)由中樞傳向外周。坐骨神經(jīng)干由上百根感覺神經(jīng)和運動神經(jīng)組成，

2、分別聯(lián)系腿部的感受器和效應(yīng)器（骨骼肌）。如果電刺激一根離體的坐骨神經(jīng)干，通過細胞外引導(dǎo)方式，就能記錄到神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）。一個CAP是一系列具有不同興奮性的神經(jīng)纖維產(chǎn)生的多個AP的總和。刺激強度越大，興奮的神經(jīng)纖維數(shù)目就越多，CAP的幅度也就越大。與胞內(nèi)引導(dǎo)得到的單細胞AP相比，CAP是雙相電位，逐級遞增（非全或無），并且幅度較小。閾電位是指一個剛剛能觀測到的CAP，所對應(yīng)的刺激為閾刺激。在一定范圍內(nèi)增加刺激強度，CAP幅度相應(yīng)增大。最大CAP所對應(yīng)的最小刺激電位即最大刺激。動作電位可以沿神經(jīng)以一定的速度不衰減地傳導(dǎo)，傳導(dǎo)速度的快慢基于多種因素，這些因素決定了生物體對其壞境的適應(yīng)性。

3、它們包括神經(jīng)的直徑、有無髓鞘、溫度等等。神經(jīng)在一次興奮過程中，其興奮性將發(fā)生一個周期性的變化，最終恢復(fù)正常。興奮的周期性變化，依次包括絕對不應(yīng)期、相對不應(yīng)期等等。絕對不應(yīng)期內(nèi)，無論多么強大的刺激都不能引起神經(jīng)再一次興奮；相對不應(yīng)期內(nèi)，神經(jīng)興奮性較低，較大的刺激能夠引起興奮。絕對不應(yīng)期決定了神經(jīng)發(fā)放沖動（動作電位）的最高頻率，保證了動作電位不能疊加（區(qū)別于局部電位），以及單向傳導(dǎo)（只能有受刺激部位向遠端傳導(dǎo)，不能返回）的特性。不應(yīng)期的產(chǎn)生依賴于細胞膜上特定離子通道的特點，如鈉、鉀離子通道?！緦嶒灧椒ā?、制作蟾蜍坐骨神經(jīng)干標(biāo)本（1）雙毀髓處死蟾蜍后，剝?nèi)テつw，暴露腰骶叢神經(jīng)，游離大腿肌肉之間的坐

4、骨神經(jīng)干及其下行到小腿的兩個分支：脛神經(jīng)和腓神經(jīng)，三段結(jié)扎，剪去無關(guān)分支后離體。注意保持神經(jīng)濕潤。（2）將神經(jīng)搭于標(biāo)本盒內(nèi)，保證神經(jīng)與電極充分接觸，中樞端接觸刺激電極S1和S2，外周端接觸記錄電極R1-R5，之間接觸接地電極。（3）刺激輸出線兩夾子分別連接標(biāo)本盒的刺激電極S1和S2，插頭接生物信號采集系統(tǒng)RM6240的刺激輸出插口；信號輸入倒顯得紅色和綠色夾子分別連接記錄電極（綠色夾子在前，引導(dǎo)出正向波形，即出現(xiàn)的第一個波峰向上），黑色夾子連接接地電極，插頭接通道A、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）臨界和最大幅度的確定（1）打開信號采集軟件，從“實驗”菜單中選取“神經(jīng)干動作電位”，出現(xiàn)自動

5、設(shè)置的界面，各項參數(shù)已設(shè)置好，界面中只有一個采集通道，對應(yīng)儀器面板上的通道1（因此信號輸入線應(yīng)連接在通道1）。（2）檢查裝置鏈接正確，確定裝置是否正常工作，以及神經(jīng)是否具有活性。采用刺激強度1V，刺激時程0.2ms，延時5ms，刺激模式為單刺激。選擇“同步觸發(fā)”，按下“開始刺激”后，正常情況下屏幕上會出現(xiàn)一個雙相電位即CAP。（3）降低刺激強度，確定CAP的閾電位。記錄刺激閾值及CAP幅度（波峰與波谷之間的差值）。（4）以0.05V或更小的間隔，逐漸增大刺激強度，觀察CAP幅度的變化，同時，記錄刺激電位及對應(yīng)的CAP幅度，直到CAP達到穩(wěn)定，即最大值（神經(jīng)標(biāo)本在正常生理活性時，1V以內(nèi)的刺激強

6、度即可引起最大的CAP）。B、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）傳導(dǎo)速度的確定（1）從“實驗”菜單中選取“動作電位傳導(dǎo)速度”，界面出現(xiàn)兩個采集通道，對應(yīng)通道1和通道2，因此采用兩對引導(dǎo)電極R1-R2和R3-R4（或R2-R3），同時輸入兩道信號。（2）使用單刺激模式，調(diào)整刺激強度，使產(chǎn)生最大CAP。（3）測量兩個通道顯示的動作電位起點的時間差。（4）測量R1和R2之間神經(jīng)的長度。（5）重復(fù)步驟1-4至少三次。（6）計算傳導(dǎo)速度：傳導(dǎo)速度=D（mm）/T（ms）（7）計算幾次重復(fù)測量得到的傳導(dǎo)速度的平均值（Mean）和標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。C、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）不應(yīng)期的確定（1）采

7、用雙刺激模式，刺激條件相同，產(chǎn)生一對幅度相同的最大的CAP。（2）逐漸減小兩刺激間隔，直到第二個CAP幅度剛剛開始減小，即進入相對不應(yīng)期。此波間隔與絕對不應(yīng)期之差即為相對不應(yīng)期。（3）繼續(xù)減小間隔，直到第二個CAP剛剛完全消失，此間隔即為絕對不應(yīng)期。（4）重復(fù)步驟1-3至少三次。（5）計算絕對不應(yīng)期和相對不應(yīng)期的均值（Mean）及標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。【實驗結(jié)果】A、蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP閾值和最大幅度的確定表1.蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP隨刺激強度的變化數(shù)據(jù)實驗次數(shù)刺激強度（V）CAP（mV）實驗次數(shù)刺激強度（V）CAP（mV）10.912.08070.492.03020.842.07080.421.84

8、230.772.04090.351.72040.702.280100.281.20050.632.080110.210.57060.562.013120.140.000圖1. 蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP的閾電位（當(dāng)前刺激強度為0.16V）圖2. 蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP的最大幅度2.28mV（當(dāng)前刺激強度為0.70V）圖3 蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP隨刺激強度的變化曲線圖由實驗數(shù)據(jù)可得, 當(dāng)刺激強度為0.16V時，剛好能觀察到一個CAP; 逐漸增加刺激強度，當(dāng)刺激強度增加到0.70V時，動作電位的幅度不再增加，即最大刺激強度為0.70V，此時CAP為2.280mV。由圖像可得出，存在一個CAP開始出現(xiàn)的刺激強

9、度臨界值即閾值，在一定范圍內(nèi)，隨著刺激強度的逐漸增強，CAP也在逐漸增加，當(dāng)刺激強度達到一個最大值時，在增加刺激強度，CAP的值保持不變。B、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）傳導(dǎo)速度的測定圖4. 某次神經(jīng)干興奮傳導(dǎo)速度的測定圖表2. 蟾蜍坐骨神經(jīng)干傳導(dǎo)時間記錄數(shù)據(jù)R1、R3電極間距離傳導(dǎo)時間差t（ms）傳導(dǎo)速度（mm/ms）平均值（mm/ms）標(biāo)準(zhǔn)誤120mm0.9521.0524.3351.935220mm0.9521.05320mm0.7526.67420mm0.728.57由上表數(shù)據(jù)可得傳導(dǎo)速度的平均值為24.335mm/ms，標(biāo)準(zhǔn)差為3.87，標(biāo)準(zhǔn)誤為1.935。由標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的

10、數(shù)據(jù)可以看出，四次實驗測得的傳導(dǎo)速度波動性不大，即實驗數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。C、蟾蜍坐骨神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）不應(yīng)期的測定圖5.雙刺激下剛剛進入相對不應(yīng)期內(nèi)的神經(jīng)干CAP圖圖6.蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP的絕對不應(yīng)期測量圖表3.蟾蜍坐骨神經(jīng)干相對不應(yīng)期和絕對不應(yīng)期的測量數(shù)據(jù)相對不應(yīng)期（ms）絕對不應(yīng)期（ms）第一次實驗8.11.1第二次實驗7.20.5第三次實驗4.80.5均值6.70.7標(biāo)準(zhǔn)誤1.590.20對坐骨神經(jīng)干進行雙刺激，會出現(xiàn)兩個CAP。減小兩個刺激之間的間隔，直到第二個CAP開始減小，表明第二個刺激進入了前一次興奮的相對不應(yīng)期；繼續(xù)減小刺激間隔，直到第二個CAP剛好完全消失，表明第二個

11、刺激落入第一次興奮后的絕對不應(yīng)期；由上表數(shù)據(jù)可得，蟾蜍坐骨神經(jīng)干CAP的絕對不應(yīng)期為0.7ms，相對不應(yīng)期為6.7ms。由上表可得絕對不應(yīng)期測量的標(biāo)準(zhǔn)誤較小，為0.2，表明數(shù)據(jù)的波動性較小，結(jié)果較為準(zhǔn)確；而相對不應(yīng)期的測量中標(biāo)準(zhǔn)誤相對較大，為1.59，表明數(shù)據(jù)的波動性較大；分析原因可能是實驗時間過久，未及時將神經(jīng)浸泡到任氏液中導(dǎo)致神經(jīng)失活或者實驗刺激強度過大，間隔過短，連續(xù)刺激使得神經(jīng)靈敏性降低。【分析討論】1、對比動作電位，分析神經(jīng)干復(fù)合動作電位（CAP）的特點，并解釋其隨刺激幅度變化而變化的現(xiàn)象。答：一個CAP是一系列具有不同興奮性的神經(jīng)纖維產(chǎn)生的多個AP的總和。CAP是雙相電位，逐級遞增

12、（非全或無），并且幅度較小。神經(jīng)干是混合纖維，包含著多種興奮性不同的神經(jīng)；坐骨神經(jīng)是由上百根感覺神經(jīng)和運動神經(jīng)組成的，電刺激離體的坐骨神經(jīng)，就能記錄到神經(jīng)干復(fù)合電位，且刺激的強度越大，興奮的神經(jīng)越多，CAP的值也就越大，即閾值強度的刺激剛剛可以引起神經(jīng)干中一些興奮性較高的纖維產(chǎn)生動作電位，隨著刺激強度的增加，其余興奮性較低的纖維陸續(xù)產(chǎn)生動作電位，故在一定范圍內(nèi)CAP的值會隨刺激幅度的增加而增加；當(dāng)刺激超過最大強度時，全部神經(jīng)纖維都產(chǎn)生了動作電位，再增加刺激強，CAP的值保持不變。2、分析解釋測量神經(jīng)傳導(dǎo)速度的實驗中通道2和1所記錄的CAP的不同之處，分析蟾蜍坐骨神經(jīng)干中所包含的神經(jīng)纖維種類及其

13、傳導(dǎo)速度，判斷所測定的纖維類型，分析實驗中可能影響傳導(dǎo)速度數(shù)值的因素。答：（1）實驗中采用兩對引導(dǎo)電極同時輸入兩道信號，通道1記錄的是第一對引導(dǎo)電極引導(dǎo)出的CAP圖像；通道2記錄的是第二對引導(dǎo)電極引導(dǎo)出的CAP圖形。由實驗結(jié)果可以看出，通道1所記錄的CAP值較通道2所記錄的CAP值大，分析原因可能是通道1電極更靠近神經(jīng)的中樞端，中樞端神經(jīng)較粗和多，興奮性比通道2電極記錄的更強。（2）神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度與神經(jīng)纖維的種類，神經(jīng)纖維的粗細程度等有關(guān)，不同類型的神經(jīng)纖維傳導(dǎo)速度不同，其傳導(dǎo)速度主要受神經(jīng)纖維的直徑、內(nèi)阻及有無髓鞘的影響。由相關(guān)資料可得，蟾蜍坐骨神經(jīng)干為混合型神經(jīng)，其直徑一般為3-29m

14、，其中直徑最粗的有髓纖維為A類纖維，它是蛙神經(jīng)的主要組成部分，傳導(dǎo)速度在正常室溫下為35-40m/s。蟾蜍的坐骨神經(jīng)是混合神經(jīng)，由實驗測得神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度是24.335m/s，可知其神經(jīng)纖維主要類型是A類神經(jīng)纖維。（3） 實驗溫度、神經(jīng)的完整程度、神經(jīng)的活性、蟾蜍個體差異、儀器的測量誤差等都會影響神經(jīng)傳導(dǎo)速度的測量值。3、分析不應(yīng)期之內(nèi)CAP變化的原因。答：由實驗可得，在絕對不應(yīng)期內(nèi)，無論給予第二次刺激強度多大，都不會產(chǎn)生第二個動作電位，因為動作電位的產(chǎn)生依靠鈉離子的內(nèi)流，電壓門控的Na+通道在激活后會處于失活狀態(tài)，然后再恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)，等待重新開放，進一步引發(fā)新動作電位的產(chǎn)生；而絕對不應(yīng)期

15、內(nèi)電壓門控的Na+通道處于全部開放或失活的狀態(tài)，無論再給予多強的刺激，這些門控通道都不能產(chǎn)生鈉離子的內(nèi)流，即無法引發(fā)第二個動作電位。在絕對不應(yīng)期之后，膜的興奮性逐漸上升，但仍低于原水平，部分Na+通道重新恢復(fù)到靜息狀態(tài)，這些Na+通道能夠在新的刺激下重新開放引發(fā)動作電位，因此在相對不應(yīng)期內(nèi)給予一個大于正常閾強度的刺激，能再次使其產(chǎn)生動作電位。但是由于通道活性未達到正常水平，所以第二個動作電位幅度小于正常值。4、分析電生理實驗中細胞外記錄和細胞內(nèi)記錄在方法學(xué)、所獲信號以及應(yīng)用方面的不同之處。 答：細胞外記錄是在不損傷相關(guān)記錄的神經(jīng)元的前提下進行的，一般是放在細胞或組織表面即可進行記錄，此時記錄到

16、的神經(jīng)元的活動較細胞內(nèi)記錄更接近于生理狀態(tài)；細胞外記錄得到的信號是是雙相波峰（正負）；細胞外微電極記錄一般用來測量細胞放電的準(zhǔn)確數(shù)目，而用來測量提供單個細胞放電大小。在整體動物實驗時，可以通過細胞外記錄確定被記錄的神經(jīng)元的屬性或類別。細胞內(nèi)記錄是用尖端直徑小于50m的微細電極直接穿破細胞膜后的記錄，可獲得細胞膜在靜息狀態(tài)與興奮狀態(tài)時的有關(guān)膜電位變化的數(shù)據(jù)，可以觀察單個神經(jīng)元的動作電位、膜電位變化及突觸后反應(yīng)；但在記錄過程中，電極穿刺對細胞的損傷較大，記錄的穩(wěn)定性較差。該方法主要還是側(cè)重對整體動物的研究，而對離子通道的功能和藥理作用及離子通道的調(diào)控機制等方面，目前還不能通過載體細胞內(nèi)技術(shù)實現(xiàn)，只能通過膜片鉗技術(shù)來實現(xiàn)。5、 分析實驗中應(yīng)注意的問題（1） 剝離神經(jīng)要小心仔細，神經(jīng)干盡可能長并保證神經(jīng)的完整性，但要去除多余的神經(jīng)以免實驗測量時干擾限號；（2） 用棉線結(jié)扎神經(jīng)時，棉線不要留的太長，以免干擾信號；（3） 將神經(jīng)干放在引導(dǎo)電極上時，不能與標(biāo)本盒壁接觸，盡量拉成水平線，不能折疊或傾斜防止；（4） 刺激強度