生理学实验报告一

生理学实验报告
一、实验题目：
1．实验员：马冰（0941054）
2．时间：2011年10月10日
3．组号：第二组
4．班级：09生科
二、实验目的
1．熟悉并掌握生物信号采集处理系统
2．掌握蛙类坐骨神经腓肠肌标本和坐骨神经干标本的制备技术
3．观察不同刺激强度、刺激频率对骨骼肌收缩形式的影响
4．观察电刺激对神经兴奋性、兴奋传导的影响
5．熟悉阈强度、最适刺激强度及单收缩、完全强直收缩之间的关系
三、实验原理
兴奋性：可兴奋组织对外界刺激发生反应的能力（或细胞受刺激时产生动作电位的能力）。

兴奋：也就是动作电位，指可兴奋细胞受阈刺激或阈上刺激时，细胞在静息电位的基础上发生一次迅速的、短暂的并可扩布的电位变化。

阈强度：在刺激持续时间和刺激强度-时间变化率固定时，引起可兴奋细胞产生动作电位的最小刺激强度，也叫阈值或阈刺激。

阈刺激或阈上刺激产生动作电位，其特点：①“全或无”现象；②进行长距离无衰减传递（神经纤维、骨骼肌细胞等）。

阈下刺激引起局部电兴奋，其特点：①幅度在阈下刺激的范围内，随刺激强度的增大而升高；②在细胞膜上可进行电紧张性扩布，即衰减性传播；③可以相互融合（时间总和、空间总和）。

最适刺激强度：引起肌肉产生最大收缩时的最小刺激强度。

单收缩：肌肉受到一次短促的刺激时，会产生一次机械性收缩和舒张的过程。

兴奋性作为三大基本生命现象（新陈代谢、兴奋性、生殖）具有重要的生理意义。

那么，什么叫兴奋性呢？它是指可兴奋组织对外界刺激发生反应的能力。

所有可兴奋组织产生兴奋
（也就是动作电位）都必须有一个条件：刺激。

刺激包括三方面的内容：刺激强度、刺激时间、刺激强度-时间变化率。

其中，刺激强度就是电刺激的脉冲电压，刺激时间就是某个单刺激所持续的时间。

刺激强度对骨骼肌收缩形式的影响（固定刺激的时间和刺激强度-时间变化率）：单根神经纤维或肌纤维对刺激的反应是“全或无”式的。

但在神经纤维肌肉标本中，则表现为当刺激强度很小时（阈下刺激），不能引起神经纤维动作电位的产生和肌肉的收缩；当刺激强度在一定范围内变动时，肌肉收缩的幅度与之成正比。

因为坐骨神经干中含有数千万条粗细不等的神经纤维，其兴奋性各不相同。

弱刺激只能使其中少量兴奋性高的神经纤维先兴奋，并引起它所支配的少量肌纤维收缩。

随着刺激强度逐渐增大，发生兴奋的神经纤维数目逐渐增多，其所引起收缩的肌纤维数目亦增多，结果肌肉收缩幅度随刺激强度的增加而增强。

当刺激达到某一强度时，神经干中全部神经纤维兴奋，它们所支配的全部肌纤维也都发生兴奋和收缩，从而引起肌肉的最大收缩。

此后，若再增加刺激强度，肌肉收缩幅度将不再增加。

我们把引起肌肉产生最大收缩时的最小刺激强度叫最适刺激强度。

刺激频率对骨骼肌收缩形式的影响（把刺激强度固定在最适刺激强度，把单刺激改为连续单刺激）：刺激频率就是单位时间内连续刺激的次数。

随着刺激频率的增高，肌肉的反应依次表现为单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩：
⑴如果刺激频率很小时，每相邻两个刺激的间隔时间很大，当其大于肌肉收缩的收缩期和舒张期之和时，肌肉表现为一个个的单收缩。

单收缩包括收缩期及舒张期。

前者占时较后者为短。

⑵当逐渐增加刺激频率，使新的刺激引起的肌肉收缩落在前一个刺激引起肌肉收缩的舒张期，这样，肌肉在连续未完全舒张的基础上就开始新的收缩，形成锯齿样的不完全强直收缩张力曲线。

⑶当刺激频率继续增大时，新的刺激引起肌肉收缩落在前一次刺激引起肌肉收缩的收缩期，这样，肌肉在连续收缩不全的基础上出现新的收缩，形成一个类似方波的完全强直收缩张力曲线。

四、实验方法和步骤
（见生理学实验指导P36，P40，P44）
五、实验对象
蟾蜍
六、实验结果
（一）刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系
从图1看出，本组实验的骨骼肌标本的阈值是0.070V，阈上刺激强度范围是：0.070V~0.180V，最大刺激强度是0.180V，在阈上刺激强度范围中骨骼肌的收缩反应或强度随刺激强度的增大而增大
图1 刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系图
分析：由阈上刺激增强到最大刺激，肌肉收缩也会逐渐增强到最大收缩。

阈刺激只能引起少数阈值最低的运动单位兴奋，随着刺激增强，引起较多的以至全部运动单位兴奋。

在全部运动单位都兴奋的情况下，显然，即使是超最大刺激也不能继续增加收缩的幅度。

（二）刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系
从图2看出，刺激强度固定在1.00V，本组实验的骨骼肌标本的收缩形式有单收缩（频率为：3.0Hz），不完全强直收缩（频率范围在：5.0~11.0Hz），完全强直收缩（频率范围在：13.0~15.0Hz），也就是说，在刺激频率低时，只看到肌肉收缩出现单收缩形式，随刺激频率的增大可以看到肌肉收缩出现强直收缩形式
图2 刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系图
分析：由于骨骼肌单收缩的动作电位仅持续1~2ms，单次收缩却可维持100ms，当骨骼肌正在收缩时或舒张还未结束时将可能会受到第二次神经冲动的刺激，所以在骨骼肌活动期间连续给予动作电位刺激，新的收缩会叠加在上一次收缩之上，使骨骼肌的张力持续增加。

在低频刺激情况下，由于两次刺激之间肌肉部分处于舒张状态，因此图2中的肌张力曲线呈振荡波形，即不完全强直收缩，如各收缩波完全融合，不能分辨，表示肌肉维持在稳定的收缩状态，即完全强直收缩。

产生强直收缩的原因是由于刺激的间隔很短，当前一次收缩尚未完全舒张或处于收缩期时，后一次刺激所引起的收缩已经出现并被叠加上去。

（三）刺激强度与蛙坐骨神经干动作电位反应的关系
从图3可以看出，本组实验的坐骨神经干标本的最大刺激强度是6.13mV，在阈上刺激
强度范围中坐骨神经干AP幅度随刺激强度的增大而增大，最大峰值是12.28mV
图3 刺激强度与蛙坐骨神经干动作电位反应的关系
分析：当给细胞膜一个能使其产生动作电位的最小刺激时，会观察到首先出现一个缓慢的除极化过程，当达到阈电位时，随即产生一个爆发的除极化过程。

然后膜电位的极性发生反转，与细胞膜外相比，此时细胞膜内的电位为正。

此后膜又迅速恢复到原先的静息电位水平。

在一个给定的细胞中，动作电位的波形永远是相同的。

（四）蛙坐骨神经干动作电位的传导速度及不应期观察
AP传导速度：18.18m/s
图4 蛙坐骨神经干动作电位的传导速度及不应期观察
分析：当一个细胞处于绝对不应期时，无论给予第二次刺激的强度有多大，细胞都不会产生第二个动作电位。

绝对不应期出现的原因在于，一旦电压门控Na+通道处于开放或失活任一状态时，无论再给予多强的刺激，这些门控通道都不能重新开放，只有当恢复到静息状态，通道门构型重新恢复到初期状态，才能引发新的动作电位的产生。

绝对不应期说明第一个动作电位必须在结束后，在产生动作电位细胞膜的同一位点才能有第二个动作电位发生，因此动作电位必然是相互分离的，而且一个动作电位不能叠加在另一个之上。

七、结果讨论
1．肌肉收缩的幅度随刺激频率增高而增大
随着刺激频率的增高，各次刺激引起的收缩过程发生融合而叠加起来，这时肌肉强直收缩产生的张力大于单收缩，这可能与连续刺激肌肉时，从肌质网重复释放的Ca2+浓度，使横桥得以有较长的时间持续活动有关。

2．肌肉发生强直收缩时，动作电位是否也发生融合？
肌肉动作电位只出现频率加快，却始终各自分离而不会发生融合或叠加。

这是由于肌肉的动作电位只持续1～2ms，即使刺激频率落于前一次刺激引起的动作电位持续期间之内，组织又正好处于兴奋性的绝对不应期，这时新的刺激将无效，既不能引起新的动作电位，也不引起新的收缩。

3．为什么不同的肌肉出现完全强直收缩的频率不同？
不同肌肉单收缩的持续时间不同，因而能引起肌肉出现完全强直收缩的最低临界也不同，例如，单收缩快速的眼球内直肌需要每秒350次的高频刺激才能产生完全强直收缩，而收缩缓慢的比目鱼肌只需每秒约30次的频率。

4．关于任氏液
任氏液是两栖类动物实验常用的生理盐溶液，含有组织正常生命活动必需的营养物质和电解质，其渗透压和酸碱度也与动物体液近似。

因此，标本浸于任氏液中，不会影响组织的兴奋性。

5．注意事项
(1)及时用任氏液浸湿标本，保持其兴奋性。

(2)避免蟾酥进入眼内，一旦进入，立即用清水冲洗。

(3)用玻璃分针分离神经，不可用金属器械碰触。

(4)操作过程中应避免强力牵拉和手捏神经或夹伤神经肌肉。

(5)刺激强度和频率由小到大。

(6)一段刺激3～4ms后应让标本休息一段时间。

八、结论
1．在阈上刺激强度范围中骨骼肌的收缩反应或强度随刺激强度的增大而增大。

2．在刺激频率低时，只看到肌肉收缩出现单收缩形式，随刺激频率的增大可以看到肌肉收缩出现强直收缩形式。

3．在一个给定的细胞中，动作电位的波形永远是相同的。

4．当一个细胞处于绝对不应期时，无论给予第二次刺激的强度有多大，细胞都不会产生第二个动作电位。