骨骼肌收缩实验模板

题目不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响

姓名 xxx 学号 xx

授课教师 xxx

专业 xx

年级大二

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不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响

摘要：在保证足够的刺激时间不变的条件下，改变对神经的刺激强度和改变电脉冲刺激频率会对肌肉收缩产生不同的影响。本实验通过对蟾蜍的坐骨神经-腓肠肌标本进行强度改变刺激和频率改变刺激来观察和记录肌肉收缩时的电信号变化，分析电位变化时的阈刺激、最大刺激、单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩等特殊点。

关键词：强度；频率；刺激；收缩

Abstract: Maintaining adequate stimulation time under the same conditions, changing the intensity and the frequency of nerve stimulation have different effects on the muscle contraction. This experiment is aimed to show and record the potential changing during the muscle contraction by changing the intensity and the frequency of stimulation on the nerve-muscle specimen of toad. Also , we can analyze the special points including the threshold stimulus, the maximal stimulus, the single twitch,the incomplete tetanus , the complete stimulus and so on.

Key words: intensity; frequency; stimulus; contraction

1.引言

肌纤维受神经纤维支配，当神经纤维受到时间足够长且合适强度的刺激时，受刺激的神经纤维兴奋且使肌肉收缩；当低于此强度的刺激作用在神经纤维上时，神经纤维大部分细胞不兴奋而无法使肌肉收缩，具有此强度的刺激叫做阈刺激；当强度增大时，肌肉收缩强度也增加直至肌肉发生最大收缩，此时神经内所有纤维都兴奋；再增加强度，肌肉收缩强度不再改变。引起肌肉最大收缩的最小刺激强度是最大刺激。

保持刺激强度不变，不同频率的刺激会使肌肉产生不同的收缩反应。刺激频率较低时，肌肉出现单收缩；刺激频率逐渐增大，刺激时间间隔逐渐缩短，肌肉收缩的反应发生融合，表现为不完全强直收缩，之后变成完全强直收缩。

本实验通过改变刺激强度和刺激频率来记录神经纤维的电位变化曲线。

2.实验目的

2.1制备蟾蜍坐骨神经-腓肠肌在体标本，观察不同的刺激强度和刺激频率对骨骼肌收缩的影响。

2.2学习掌握刺激器和张力换能器的使用及计算机生物信号采集处理系统的操作。

3.实验材料

3.1实验动物：蟾蜍10只

3.2实验器具：计算机生物信号采集系统、电极线、任氏液、张力换能器、支架、玻璃针、镊子、剪刀、细线、蜡盘、胶头滴管、铜锌弓。

4.实验步骤

4.1蟾蜍坐骨神经-腓肠肌在体标本的制备

将探针在蟾蜍枕骨大孔处垂直插入，进针深度约2mm，先是将探针向前方插入颅腔，旋转并摆动探针以捣毁蟾蜍的脑组织，再将探针原路退出，转向后方并插入脊椎管内，左右摆动探针以横断脑和脊髓的联系。

用剪刀在蟾蜍大腿根部剪一口子，用镊子固定蟾蜍脊柱，剥去一侧下肢自大腿根部起的全部皮肤，然后将标本俯卧位用大头针于蛙板上钉住四肢。在大腿内侧的股二头肌与半膜肌之间，纵向分离坐骨神经至膝关节处，并在神经下穿线备用，然后分离腓肠肌的跟腱，穿线结扎，并连同结扎线将跟腱剪下，一直将腓肠肌分离至膝关节。在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关节，至此在体标本制备完成。

4.2连接装置和仪器设备

将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的悬骨梁上，不宜太紧，此连线应与桌面垂直。将穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电极上，应保证神经与刺激电极接触良好。换能器的输出端与生物信号处理系统的输入通道相连。启动计算机生物信号采集处理系统软件，选择好通道和采样参数设置，放松跟腱与换能器的连线，清零后，再将连线绷紧，启动记录按钮，开始记录。（在测量时应不时添加任氏液以保持蟾蜍肌细胞活性）

4.3实验观察

使用单刺激，波宽为1ms，刺激强度从零开始逐渐增大，找出恰能引起肌肉出现微小收缩的刺激强度（阈强度）。继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大收缩的最小刺激强度，即最大刺激强度。

用最大刺激强度的连续刺激，刺激频率按逐渐增加，分别观察记录不同频率时的肌肉收缩曲线。

5实验结果

5.1 刺激强度对肌肉收缩的影响

在改变刺激强度时，刺激强度在阈强度0.25V之下时，收缩强度基本不发生变化；刺激强度超过阈强度后，收缩强度随刺激强度的增大而增大；刺激强度超过最大刺激0.7V后，随着刺激强度的变化，收缩强度基本不发生变化，收缩张力保持在11.25g左右。

本小组实验的得到的阈刺激强度为0.25V，收缩张力为5.77g；最大刺激强度为0.7V，收缩张力为11.25g

B班所有小组得出的阈刺激强度、收缩张力和最大刺激强度、收缩张力如下表1所示,本实验测得，刺激波宽为0.1ms的单刺激，阈刺激强度为0.32±0.21V，最大刺激强度为0.85±0.27V，阈强度刺激时的肌肉收缩张力4.05±2.09g显著低于最大刺激时的肌肉收缩张力13.07±6.89g(p<0.01)。

表1：不同刺激强度对蟾蜍腓肠肌收缩的影响

样本

阈刺激最大刺激

强度（V）收缩张力（g）强度（V）收缩张力（g）

1 0.05 7.27 0.75 23.32

2 0.75 5.28 1.30 17.37

3 0.35 3.15 0.85 7.40

4 0.2

5 6.08 0.35 17.68

5 0.40 3.00 0.55 6.75

6 0.50 1.80 0.90 5.72

7 0.35 2.44 1.05 3.68

8 0.25 5.77 0.70 11.25

9 0.10 4.80 1.00 18.69

10 0.15 0.88 1.00 18.85 ?x ± s 0.32±0.21 4.05±2.09 0.85±0.27 13.07±6.89** 注：**p<0.01

5.2 刺激频率对肌肉收缩的影响

在刺激强度保持在最大刺激强度0.7V之后，改变刺激频率，肌肉收缩状况也发生了相应的变化。在刺激频率较低时，本小组观察到该频率在1至7Hz时，肌肉收缩成单收缩；当刺激频率提高到一定程度时，本小组观察到该频率在8至31Hz时，肌肉收缩成不完全强直收缩；当刺激频率增加至一定程度之后，本小组观察到其频率在32Hz以后，肌肉收缩一直成完全强直收缩。

B班所有小组得出的单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩的最小频率和收缩张力如下表所示，单收缩最小频率为 1.00±0.00Hz，肌肉产生的张力为11.28±4.69g,不完全强直收缩最小频率为 4.70±1.34Hz,肌肉产生的张力为14.42±6.25g,完全强直收缩的最小频率为25.70±5.74Hz,肌肉产生的张力为75.03±38.54g,完全强直收缩时的张力显著大于单收缩和不完全强直收缩的张力（p<0.01）。

表2 ：不同刺激频率对蟾蜍腓肠肌收缩的影响

样本

单收缩不完全强直收缩完全强直收缩最小频率张力最小频率张力最小频率张力

1 1 7.33 4 12.64 18 39.31

2 1 15.02 4 20.70 24 73.64

3 1 15.75 5 19.42 2

4 83.35

4 1 9.34 3 10.63 17 105.15

5 1 9.71 5 11.91 2

6 56.79

6 1 6.60 4 8.43 25 26.01

7 1 13.37 4 15.21 25 109.00

8 1 5.68 8 6.96 32 40.12

9 1 20.33 5 27.11 31 151.87

10 1 9.71 5 11.17 35 65.03

?x ± s 1.00±0.00 11.28±4.69 4.70±1.34 14.42±6.25 25.70±5.74 75.03±38.54**

注：**p<0.01

6分析与讨论

本实验中观察到的阈刺激是神经刺激而非肌肉刺激，因为电极直接接触的是分离出的坐骨神经，电刺激能使神经细胞产生兴奋，沿神经纤维传导，通过神经肌肉接头的化学传递，使肌肉终板膜上产生终板电位，引起肌肉兴奋，通过兴奋—耦联机制使腓肠肌肌肉收缩，如此测得的阈刺激理论上比较可靠，但在实际操作中肯定会出现误差。

6.1主要影响因素

1.捣毁蟾蜍脑脊髓后应使蟾蜍四肢全部充分放松才算成功。如捣毁蟾蜍脑脊髓不彻底，则会使测得的数据受到中枢神经系统反射的干扰而不能真实显示坐骨神经受刺激对肌肉收缩的影响。

2.分离坐骨神经时，应避免用力过度使神经或肌肉，否则易使神经受损而出现传导障碍或肌肉收缩障碍，连续刺激使接头处神经递质耗竭而发生疲劳。

3.不能长时间高强度刺激，否则会使接头处的神经递质无法及时恢复而发生疲劳。使收缩强度变小。

4.电刺激产生器与坐骨神经的接触不能有拉力作用，否则产生的刺激不仅仅是电刺激而是物理刺激和电刺激的总和，影响实验的结果。

5.前负荷一旦确定后不能以任何方式影响转换器与标本的连接处，包括任何触碰和较大的抖动。否则会使前负荷发生变化而影响实验结果。

6.2结果分析

一定范围内，收缩强度随刺激强度的增大而增大。保持持续刺激时间不变，随着刺激强度逐渐增强，当刺激强度达到阈刺激后，恰好能引起其中兴奋性较高的神经纤维产生兴奋，当继续增加强度时兴奋性较差的神经纤维开始产生兴奋，肌肉收缩幅度逐渐增大，当刺激强度达到一定刺激强度时，神经中所有纤维均产生兴奋，此时肌肉产生最大收缩肌肉收缩幅度不会随强度增大而改变。此时的刺激强度即为最大刺激强度。

当刺激频率较低时，表现为有节律的一连串的单收缩，在图片上则表现为连续的一个一个的峰。但随着刺激频率的增加，则肌肉的收缩反应可以融合，在图片上表现为几个峰连在一起，起伏着上升。此时为不完全强直收缩。当刺激频率继续加大，肌肉处于持续稳定的收缩状态，图上表现为各收缩波完全融合，不能分辨。此时为完全强直收缩。

6.3原理解释

腓肠肌大多数是快颤搐型纤维支配腓肠肌收缩的神经是Aα纤维，Aα纤维的直径有很大差异，其阈值也较纤维的直径有很大差异，其阈值也较[1,2]。单干恒定时间的方波电压刺激坐骨神经干，电压低于阈值的强度刺激，坐骨神经干支配腓肠肌的神经纤维不发生兴奋，其所支配的肌细胞也不会发生兴奋和收缩。刺激电压达到阈强度时，坐骨神经干中阈值最低的神经开始兴奋，其所支配的运动单位的肌纤维兴奋并发生收缩，刺激强度逐渐增大，坐骨神经干中兴奋的神经纤维增加兴奋和收缩的运动单位增加，其所募集的收缩张力也增加，刺激电压达

到使支配腓肠肌的Aα纤维全部兴奋，腓肠肌全部的运动单位增加，兴奋并收缩，收缩张力达单收缩最大值。

以最大刺激电压的连续脉冲刺激坐骨神经干刺激波的间隔时间大于单收缩的持续时间，肌肉收缩波呈现与刺激频率相同的单收缩波；刺激波间隔小于单收缩的持续时间时，如果下一次刺激发生于上一次收缩的舒张期，则会出现不完全强直收缩；如果发生于收缩期，则出现完全强直收缩波，但神经干动作电位不发生融合；随着刺激波间隔的减小，腓肠肌收缩张力也逐渐增大，强直收缩产生的张力显著大于单收缩，肌肉单收缩时，胞浆内Ca2+浓度升高的持续时间太短，被激活的收缩蛋白尚未产生最大张力时，胞浆Ga2+浓度即已开始下降，单收缩产生的张力不能达到胞浆内Ca2+浓度相应的最大张力，强直收缩时，肌细胞连续兴奋，引起终池中的钙连续释放胞浆内的Ca2+浓度持续升高，使肌肉未完全舒张或未舒张时进一步收缩，使收缩张力逐渐增大，完全强直收缩时收缩张力达到了一个稳定的最大值［3］．

参考文献：

[1] D.J.AIDLEY.可兴奋细胞的生理.学科出版社. 北京.1983.9第1版. P275 . P61

[2] Mary A.B.勃雷兹尔.神经系统的电活动.科学出版社.北京.1984 第1版. P45 .

[3] 姚泰.生理学.人民卫生出版社人民卫生出版社.北京.2002.4 第1版.P62 .