不同强度的频率和刺激对肌肉收缩的影响

不同强度的频率和刺激对肌肉收缩的影响
不同强度的频率和刺激对肌肉收缩的影响
[摘要]目的：分析探讨刺激强度和刺激频率与骨骼肌收缩力的关系。

学习微机生物信号采集处理系统的使用。

方法：在保持刺激时间恒定的条件下，逐步增加或减少对蟾蜍坐骨神经的刺激强度（脉冲振幅）和改变电脉冲刺激频率，观察记录腓肠肌收缩张力。

结果：最大刺激收缩与阈刺激收缩时张力有显著性差异。

单收缩与完全强直收缩时收缩张力、完全强直收缩与不完全强直收缩时张力都有显著性差异。

结论：不同的刺激强度和频率对蟾蜍坐骨神经腓肠肌有不同的影响。

[ Abstract ] Goal: The analysis discussion intensity of stimulation and stimulates the frequency and the skeletal muscle shrinkage force relations. Study microcomputer biology signal gathering processing system use. Method: Stimulates under the time constant condition in the maintenance, increases or the reduction gradually (pulse amplitude) and the change electricity pulse stimulates the frequency to the toad sciatic nerve intensity of stimulation, observes the record gastrocnemius myo- contraction tensity. Finally: Stimulates the contraction and the threshold stimulates when the contraction the tensity to have the significance difference most greatly. List contraction with completely strong straight contraction when contracts the tensity, the completely strong straight contraction with the incompletely strong straight contraction when the tensity all has the significance difference. Conclusion: The different intensity of stimulation and the frequency myo- have the different influence to the toad sciatic nerve gastrocnemius.
[关键词]阈强度单收缩不完全强直性收缩完全强直性收缩电脉冲刺激
1、材料与器材
1.1实验动物：蟾蜍
1.2实验药品：任氏液
1.3实验仪器设备：PcLab信号采集处理器，计算机，肌肉张力换能器，蛙板，玻璃分针，探针，剪刀，镊子，大头针，铁支架。

2、方法
2. 1 制备蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本
2.1.1 毁蟾蜍脑、脊髓，剥去一侧下肢皮肤，固定标本；
2.1.2 分离坐骨神经，穿线备用；
2..1.3 将连接腓肠肌腱的线与张力换能器相连，注意铭牌向上，连线与桌面垂直，调节前负荷至2~5g；
2.1.4 将坐骨神经放在刺激电极上，保证
接触良好。

2.2 连接PcLab信号采集处理系统
参数设置：通道模式为张力，采样
频率400Hz~1kHz，主周期1s，波宽
0.3ms，延时1ms。

2.3 刺激电压对肌肉收缩张力的影响：
单个方波，波宽0.1ms，初始刺激电压
0.1V，步长0.02V，刺激坐骨神经，记
录肌肉收缩张力，刺激电压增至肌肉收
缩张力不再增加时止。

2.4 刺激频率对骨骼肌收缩张力的影响：最大刺激电压，波宽0.1ms，初始刺激刺激频率1Hz，
步长1Hz ，刺激坐骨神经，记录肌肉收缩张力，刺激频率增至肌肉收缩波在收缩相融合时止。

2.5 不同刺激波间隔刺激对肌肉收缩的影响：采样频率40KHz，扫描速度20ms/div，最大刺激强度，刺激波宽0.1ms，延迟1ms，双脉冲波间隔分别为0.5、2、20ms，刺激坐骨神经，同步记录神经干动作电位(action potential ，AP)和肌肉收缩张力（tension，T ）。

2.6 记录原始数据，进行统计处理
3、结果
3.1 原始数据记录
3.1.1不同刺激强度刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响：刺激波宽0.1ms的单刺激，阈刺激强度为0.26±0.05V，最大刺激强度为0.40±0.12V，阈强度刺激时的肌肉收缩力2.97±2.72 (g)显著低于最大刺激强度刺激时的肌肉收缩力13.94±7.07 (g) ，两者有显性差异（p<0.05），见表1。

表１不同刺激强度刺激坐骨神经对蟾蜍腓肠肌收缩张力的影响
sample
阈刺激最大刺激
强度(V)收缩张力(g )强度(V)收缩张力(g )
1 0.36 2.05 0.63 21.03
2 0.2
3 1.117 0.3
4 7.2
3 0.27 1.008 0.37 3.96
4 0.26 2.64 0.3
5 17.22
5 0.2
6 2.66 0.3
7 13.65
6 0.2 8.32 0.31 20.55
x±s 0.26±0.05 2.97±2.720.40±0.12*13.94±7.07**
注：*P=0.0409455<0.05，说明域强度与最大刺激强度有显著差异。

**P=0.010737754<0.05，说明域强度与最大刺激强度时收缩力有显著差异。

3.1.2不同频率刺激刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响：刺激波宽0.1ms，最大刺激强度时，单收缩的刺激频率为2.08±0.92Hz，
不完全强直收缩的刺激频率为8.83±1.75Hz，完全强直收缩的刺激频率为15.4±1.82Hz （实验测量取平均值记录）。

不完全强直最大收缩力52.06±20.20 (g)和完全强直最大收缩力96.16±29.40 (g)显著高于单收缩的最大收缩力为12.87±6.41 (g)（p<0.05），见表2。

表2不同刺激频率刺激坐骨神经对蟾蜍腓肠肌收缩张力的影响
sample
单收缩不完全强直收缩完全强直收缩频率(Hz)张力(g)频率(Hz)张力(g)频率(Hz)张力(g)
1 1 20.33 8.5 53.86 18 85.92
2 2.5 11.7
3 9.5 52.03 16 85.92
3 3 10.63 8 41.13 15 68.24
4 2 18.32 8 86.47 1
5 145.82
5 3 2.27 12 25.03 / /
6 1 13.96
7 53.86 13 94.89
x±s 2.08±0.9212.87±6.418.83±1.7552.06±
20.20*
15.4±1.82
96.16±
29.40**
注：*P=0.0039847<0.01，**P=0.0026411<0.001Vs 单收缩张力。

3.3 不同强度、频率刺激与肌肉收缩数据记录及关系图
不同刺激波间隔的肌肉收缩张力影响：刺激波宽0.1ms，最大刺激强度条件下，刺激波间隔为0.5ms时，腓肠肌的收缩张力为5.54±4.66（g）；刺激波间隔为2ms时，腓肠肌的收缩张力为5.50±4.61（g）；刺激波间隔为20ms时，腓肠肌的收缩张力为15.97±8.89（g）。

20ms时的Aap2.67±1.07（mV）显著大于
0.2ms和2ms时的Aap均为0(mV)(p<0.01)见表3。

表3不同刺激波间隔刺激坐骨神经对蟾蜍腓肠肌收缩张力的影响sample
0.5ms 2ms 20ms
T(g) Aap(mV) T(g) Aap(mV) T(g) Aap(mV)
1 2.56 0 2.64 0 11.8 2.15
2 2.56 0 2.49 0 9.2
3 4
3 11.87 0 10.41 0 30.85 4
4 11.03 0 12.18 0 17.44 2.04
5 1.3 0 1.25 0 / 1.45
6 3.94 0 4.05 0 10.52 2.4
x±s 5.54±4.660 5.50±4.610 15.97±8.89 2.67±1.07* ；** 注：*P=0.001717<0.01 Vs 0.5ms下Aap，**P=0.001717<0.01 Vs 2ms 下Aap. 3.2 不同强度和频率刺激与肌肉收缩关系曲线记录图
图1：不同刺激强度刺激坐骨神经对蟾蜍腓肠肌收缩张力的影响
图2：不同频率刺激刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响
4、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，电刺激使神经细胞产生兴奋，沿神经纤维传导，通过神经肌接头的化学传递，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，主要影响因素有：1．分离坐骨神经时，应避免强力牵拉和手提神经或夹伤神经肌肉，否则易使神经受损而出现传导障碍或肌肉收缩障碍。

2．毁蟾蜍脑脊髓时要彻底，使测得的数据能真实显示坐骨神经受刺激对肌肉收缩的影响，而排除中枢神经系统反射的干扰。

3．离体坐骨神经腓肠肌标本的制备好后需不时滴加任氏液保持生物活性。

实验中发现未及时滴加任氏液而致标本干燥时，测得的肌肉收缩最大张力比相同刺激条件下的湿润标本要高出很多倍。

原因可能是标本不能保持正常生物稳态而发生挛缩。

4．做肌肉最大收缩时，刺激强度不宜太大，否则也容易损伤神经。

5．神经骨胳肌接头处容易由于连续刺激使接头处神经递质耗竭而发生疲劳，所以每次在肌肉收缩后，应让肌肉休息一定时间再作下一次的刺激，特别是在观察刺激频率的影响时，让肌肉有充分时间恢复到原始状态，回复静息电位水平，也让神经递质再形成。

6. 尽量保持实验装置周围理化环境的稳定，包括自然因素和人为因素对张力换能器拉线的
干扰，保持拉线的垂直和张力（前负荷）不变。

7. 其他：
a)蟾蜍的年龄、性别等个体差异
b)电极位置不易完全固定
c)实验过程中换能器与标本连线的张力不能保持完全不变
d)蟾蜍腓肠肌在不同收缩过程中的阻抗变化
e)实验中保留了小段肌腱，肌腱在较低的拉力下可发生很大的变形，再增加拉力时变
形很小。

5、参考文献
[1] XIA Qiang(夏强).Medical Physiology(医学生理学). Beijing: Science Publishing House, 2004: 14~15, 20. (in Chinese)
[2] LU Yuan, XIA Qiang(陆源，夏强).Experiments in Physiology, Zhejiang: Zhejiang University Publishing House, 2004: 208~211. (in Chinese)。