實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^同步記錄神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮，學(xué)習(xí)多信號(hào)記錄技術(shù)。觀察神經(jīng)—肌接頭興奮傳遞和骨骼肌興奮的電變化與收縮之間的時(shí)間關(guān)系及其各自的特點(diǎn)。觀察滴加高鉀試劑后對(duì)于神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮的影響。觀察接觸高鉀環(huán)境后神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮的變化。二、摘要興奮的運(yùn)動(dòng)通過局部電流將神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)至神經(jīng)—肌接頭，使接頭前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（Ach），Ach與接頭后膜M受體結(jié)合使后膜去極化，后膜去極化至閾電位水平便爆發(fā)動(dòng)作電位，進(jìn)而引起肌肉的收縮。上述過程中，骨骼肌興奮的電變化（AP）與收縮（長(zhǎng)度與張力變化）是兩種不同性質(zhì)的生理過程，但又密切相關(guān)。當(dāng)肌膜產(chǎn)生動(dòng)作電位后，根據(jù)局部電流的原理，AP可沿肌膜迅速傳播，并經(jīng)由橫管進(jìn)入肌細(xì)胞內(nèi)到達(dá)三聯(lián)體部位。AP形成的刺激使終池膜上的鈣通道開放，儲(chǔ)存在終池內(nèi)的鈣離子順濃度差以異化擴(kuò)散的方式經(jīng)鈣通道進(jìn)入肌漿到達(dá)肌絲區(qū)域，使鈣離子與細(xì)肌絲的肌鈣蛋白結(jié)合，引發(fā)肌絲滑動(dòng)過程，結(jié)果是肌細(xì)胞的收縮。三、關(guān)鍵字神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位骨骼肌收縮任氏液3﹪KCl四、引言本實(shí)驗(yàn)是為了研究證明神經(jīng)—肌接頭興奮傳遞和骨骼肌興奮的電變化和收縮之間的時(shí)間關(guān)系是依次進(jìn)行的，并知道神經(jīng)干、肌膜AP的絕對(duì)不應(yīng)期的大小及其影響著神經(jīng)干、肌膜AP的電變化，以及骨骼肌變化的收縮形式包括單收縮、不完全強(qiáng)直收縮、完全強(qiáng)直收縮，其與神經(jīng)干、肌膜AP的電變化有關(guān)。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)也為了研究3﹪KCl溶液對(duì)離體坐骨神經(jīng)干、肌膜的興奮性，腓腸肌收縮的影響。用任氏液清洗用3﹪KCl溶液處理過的標(biāo)本，觀察神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮情況。五、材料和方法1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象：蟾蜍2.實(shí)驗(yàn)儀器：蟾蜍手術(shù)器械（手術(shù)剪兩把、探針一根、玻璃分針2把、蛙釘2枚，蛙板一個(gè)、滴管一個(gè)、棉線若干）、BB—3G屏蔽盒、針形引導(dǎo)電極、張力換能器、生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)3.實(shí)驗(yàn)藥品和試劑：任氏液、3﹪KCl試劑4.實(shí)驗(yàn)方法4.1離體蟾蜍坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本制備4.1.1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。4.1.2剪除軀干上部和內(nèi)臟，去皮，制備下肢標(biāo)本：用剪刀在骶髂關(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。剪去皮膚；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。4.1.3洗凈雙手和用過的全部手術(shù)器械。4.1.4分離兩下肢：避開坐骨神經(jīng)，用剪刀從背側(cè)剪去骶骨，然后沿中線將脊柱剪成左右兩半，再?gòu)膼u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。4.1.5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(rùn)。4.1.6用玻璃分針游離腓腸肌，并在下面穿線，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。4.1.7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。4.2實(shí)驗(yàn)裝置與儀器連接：4.2.1將離體坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本固定在隱蔽盒中，腓腸肌的跟腱結(jié)扎線固定在張力換能器的懸臂梁上，調(diào)節(jié)棉線的松緊，要與桌面垂直4.2.2將神經(jīng)置于肌槽的刺激電極和引導(dǎo)電極上，保持神經(jīng)與電極接觸良好，用任氏劑保持標(biāo)本濕潤(rùn)4.2.3針形引導(dǎo)電極插入腓腸肌并固定4.2.4張能換能器輸入RM6240系統(tǒng)第1通道，肌膜AP引導(dǎo)電極信號(hào)輸入第2通道，神經(jīng)干AP引導(dǎo)電極信號(hào)輸入第3通道4.2.5啟動(dòng)生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)4.3實(shí)驗(yàn)觀察4.3.1啟動(dòng)刺激，觀察記錄不同刺激間隔情況下神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線和刺激標(biāo)記四者之間的時(shí)間關(guān)系4.3.2滴加3﹪KCl試劑在神經(jīng)干上，等待3分鐘，啟動(dòng)刺激，觀察記錄不同刺激間隔情況下神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線和刺激標(biāo)記四者之間的時(shí)間關(guān)系4.3.3用任氏液將滴加過3﹪KCl試劑的神經(jīng)干沖洗干凈，啟動(dòng)刺激，觀察記錄不同刺激間隔情況下神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線和刺激標(biāo)記四者之間的時(shí)間關(guān)系六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.原始數(shù)據(jù)生物信號(hào)波形實(shí)驗(yàn)名稱：神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌電、肌肉收縮實(shí)驗(yàn)日期：2006-01-01實(shí)驗(yàn)評(píng)注：神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察生物信號(hào)波形實(shí)驗(yàn)名稱：神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌電、肌肉收縮實(shí)驗(yàn)日期：2006-01-01實(shí)驗(yàn)評(píng)注：滴加3﹪KCl試劑3分鐘后神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察生物信號(hào)波形實(shí)驗(yàn)名稱：神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌電、肌肉收縮實(shí)驗(yàn)日期：2006-01-01實(shí)驗(yàn)評(píng)注：用任氏液清洗后神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明（1）神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察從神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線看出，先出現(xiàn)神經(jīng)干動(dòng)作電位曲線，再出現(xiàn)肌膜動(dòng)作電位曲線，最后出現(xiàn)骨骼肌收縮曲線。（2）滴加3﹪KCl試劑3分鐘后神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察從神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線看出，刺激后神經(jīng)干出現(xiàn)動(dòng)作電位曲線，但肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮曲線都沒有出現(xiàn)。（3）用任氏液清洗后神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位和骨骼肌收縮同步觀察從神經(jīng)干動(dòng)作電位、肌膜動(dòng)作電位波形和腓腸肌的收縮曲線看出，用任氏液清洗后，先出現(xiàn)神經(jīng)干動(dòng)作電位曲線，再出現(xiàn)肌膜動(dòng)作電位曲線，最后出現(xiàn)骨骼肌收縮曲線，表示恢復(fù)。七、結(jié)果討論坐骨神經(jīng)的電活動(dòng)與骨骼肌的電活動(dòng)及機(jī)械活動(dòng)是既有聯(lián)系又有區(qū)別的生理過程。在刺激坐骨神經(jīng)引起骨骼肌收縮過程當(dāng)中，首先是坐骨神經(jīng)產(chǎn)生動(dòng)作電位，動(dòng)作電位通過傳導(dǎo)到達(dá)骨骼肌，從而引起骨骼肌產(chǎn)生動(dòng)作電位，最后通過興奮一收縮耦聯(lián)，引起骨骼肌產(chǎn)生收縮反應(yīng)。所以如實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3所表現(xiàn)的，先出現(xiàn)神經(jīng)干動(dòng)作電位曲線，再出現(xiàn)肌膜動(dòng)作電位曲線，最后出現(xiàn)骨骼肌收縮曲線。實(shí)驗(yàn)2在神經(jīng)干滴加了3﹪KCl試劑，3分鐘后進(jìn)行刺激，只出現(xiàn)了神經(jīng)干動(dòng)作電位，肌膜動(dòng)作電位，骨骼肌收縮曲線都明顯變化，那是因?yàn)樯窠?jīng)纖維的靜息電位接近K離子的平衡電位,故細(xì)胞外液K離子濃度增高,可使細(xì)胞膜內(nèi)外濃度差減小,K離子平衡電位減小,膜發(fā)生去極化。在此基礎(chǔ)上由于Na離子通道受到抑制,AP幅度及傳導(dǎo)速度降低。當(dāng)細(xì)胞外低Na內(nèi)流減弱,亦使動(dòng)作電位波幅減小,傳導(dǎo)速度減慢。因?yàn)閯?dòng)作電位波幅減小,傳導(dǎo)速度減慢，所以無法引起肌膜產(chǎn)生動(dòng)作電位，進(jìn)而骨骼肌無法進(jìn)行收縮。用任氏液對(duì)神經(jīng)干進(jìn)行清洗就是將膜外高鉀離子的環(huán)境破壞，恢復(fù)到原來的膜內(nèi)外離子濃度差，故刺激后產(chǎn)生的生物信號(hào)與實(shí)驗(yàn)一相同。1.動(dòng)作電位產(chǎn)生的主要機(jī)制在于Na離子通道的開放和Na離子大量?jī)?nèi)流。由于Na離子通道具有電壓依賴性，膜的去極化程度越大，通道的開放率和Na離子內(nèi)向電流越大。當(dāng)增加刺激強(qiáng)度到達(dá)閾電位時(shí)，胞膜上的電壓門控性Na離子通道快速被激活，大量Na離子通道開放，使膜對(duì)Na離子的通透性突然增加，Na離子大量?jī)?nèi)流，出現(xiàn)動(dòng)作電位。動(dòng)作電位產(chǎn)生后，興奮以局部電流的形式在神經(jīng)細(xì)胞上傳導(dǎo)。[1]神經(jīng)細(xì)胞之間以突觸的形式進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)行興奮傳遞。2.在肌細(xì)胞發(fā)生興奮時(shí)，首先在肌膜上出現(xiàn)動(dòng)作電位，然后才發(fā)生肌絲的滑行，肌小節(jié)的縮短，肌細(xì)胞的收縮反應(yīng)。這種將以膜電位變化為特征的興奮和以肌纖維機(jī)械變化為基礎(chǔ)的收縮聯(lián)系到一起的中介過程稱為興奮—收縮偶聯(lián)。[1]具體的過程：1.興奮（動(dòng)作電位）通過橫小管系統(tǒng)傳導(dǎo)到肌細(xì)胞內(nèi)部2.三連管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞3.肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca離子在回收。3.神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程：當(dāng)神經(jīng)末梢處有神經(jīng)沖動(dòng)傳來時(shí)，軸突末梢膜去極化，引起該處膜結(jié)構(gòu)中特有的電壓門控性Ca離子通道開放，細(xì)胞間隙中Ca離子進(jìn)入軸突末稍，啟動(dòng)囊泡的移動(dòng)，使囊泡中的Ach全部進(jìn)入接頭間隙。Ca離子的進(jìn)入量決定著囊泡釋放的數(shù)目。當(dāng)Ach分子通過接頭間隙到達(dá)終板膜表面時(shí)，立即同集中存在于該處的特殊化學(xué)門控通道分子的兩個(gè)α亞單位結(jié)合，導(dǎo)致通道開放，Na離子、K離子同時(shí)通過，使終板膜處原有的靜息電位減小，向零值靠近，亦即出現(xiàn)一次較緩慢的膜的去極化，稱為終板電位，由于終板膜內(nèi)不存在Na離子的電壓門控通道，終板電位不能在終板處轉(zhuǎn)化為快速而可傳導(dǎo)的動(dòng)作電位；但由于終板電位的電緊張性擴(kuò)布，它可使周圍的一般肌細(xì)胞膜去極化而使之達(dá)到閾電位，激活該處膜中的電壓門控性Na+通道和K+通道，引發(fā)一次可沿整個(gè)肌細(xì)胞膜傳導(dǎo)的動(dòng)作電位。終板電位不表現(xiàn)“全或無”特性，其大小與接頭前膜釋放的Ach的量成比例，無不應(yīng)期，可表現(xiàn)總和現(xiàn)象。[2]4.神經(jīng)纖維的靜息電位接近K離子的平衡電位,故細(xì)胞外液K離子濃度增高,可使細(xì)胞膜內(nèi)外濃度差減小,K離子平衡電位減小,膜發(fā)生去極化。在此基礎(chǔ)上由于Na離子通道受到抑制,AP幅度及傳導(dǎo)速度降低。當(dāng)細(xì)胞外低Na內(nèi)流減弱,亦使動(dòng)作電位波幅減小,傳導(dǎo)速度減慢。[3]5任氏液是—種比較接近兩棲動(dòng)物內(nèi)環(huán)境的液體，可以用來延長(zhǎng)青蛙心臟在體外跳動(dòng)時(shí)間、保持兩棲類其他離體組織器官生理活性等。八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)離體蟾蜍坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本進(jìn)行刺激，收集神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位，骨骼肌收縮的生物信號(hào)可知先出現(xiàn)神經(jīng)干動(dòng)作電位曲線，再出現(xiàn)肌膜動(dòng)作電位曲線，最后出現(xiàn)骨骼肌收縮曲線。這是由于坐骨神經(jīng)的電活動(dòng)與骨骼肌的電活動(dòng)及機(jī)械活動(dòng)的生理機(jī)制。滴加3﹪KCl試劑是通過改變神經(jīng)干膜內(nèi)外的離子濃度來影響神經(jīng)干、肌膜動(dòng)作電位，骨骼肌收縮。由于神經(jīng)干神經(jīng)細(xì)胞外液K離子濃度增高,可使細(xì)胞膜內(nèi)外濃度差減小,K離子平衡電位減小,膜發(fā)生去極化。在此基礎(chǔ)上由于Na離子通道受到抑制,AP幅度及傳導(dǎo)速