刺激强度、刺激频率与骨骼肌收缩的关系

探索性问题
1．试设计实验，刺激腓肠肌与刺激支 试设计实验， 配腓肠肌的坐骨神经不应期有何不同？ 配腓肠肌的坐骨神经不应期有何不同？ 2．连续电刺激神经，坐骨神经腓肠肌 连续电刺激神经， 标本会出现疲劳现象吗？为什么？ 标本会出现疲劳现象吗？为什么？
刺激强度、刺激频率 刺激强度、 与骨骼肌收缩的关系
Effect of Stimulation with Different Intensities and Frequencies on Muscular Contraction
【目的要求】 目的要求】
掌握蟾蜍在体坐骨神经掌握蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本的 制备方法； 制备方法； 学习神经—肌肉实验的电刺激方法； 学习神经—肌肉实验的电刺激方法； 观察不同强度和频率的刺激对肌肉收 缩的影响。 缩的影响。
3. 实验观察
（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响 使用单刺激或自动强度调节方式， 使用单刺激或自动强度调节方式，波宽为 1ms，刺激强度从零开始逐渐增大， 1ms，刺激强度从零开始逐渐增大，找出刚 能引起肌肉出现微小收缩的刺激强度（ 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， 继续增强刺激强度，观察肌肉收缩反应是否 也相应增大。 也相应增大。 继续增强刺激强度， 继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能 继续升高为止。 继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大 收缩的最小的刺激强度， 最大刺激强度。 收缩的最小的刺激强度，即最大刺激强度。
【动物和器材】 动物和器材】
蟾蜍或蛙； 蟾蜍或蛙； 任氏液； 任氏液； 常规手术器械； 常规手术器械； 微机生物信号采集处理系统 毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、 毁髓针、锌铜弓、解剖盘、玻璃分针、 培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。 培养皿、烧杯、滴管、蛙板、蛙钉等。
【方法和步骤】 方法和步骤】
“全或无” (all-or-none) 全或无” 全或无 一块骨骼肌
一定范围内， 一定范围内，肌肉收缩力 的大小与刺激强度成正比
•阈下刺激 无兴奋收缩 阈下刺激→无兴奋收缩 阈下刺激 •阈刺激 少数兴奋性最高 阈刺激→少数兴奋性最高 阈刺激 的肌纤维产生收缩 •刺激强度 刺激强度↑→ 肌纤维被兴 刺激强度 奋数量↑，肌肉收缩力↑ 奋数量 ，肌肉收缩力 •最适强度 所有的肌纤维 最适强度→所有的肌纤维 最适强度 均兴奋， 均兴奋，肌肉收缩最大 •＞最适强度 → 收缩力不 ＞ 增加
（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响 用最大刺激强度的连续刺激， 用最大刺激强度的连续刺激，选择经 典方式逐渐增加刺激频率， 典方式逐渐增加刺激频率，分别记录 不同频率时的肌肉收缩曲线， 不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不 同频率时的肌肉收缩变化。 同频率时的肌肉收缩变化。
实验结果？ 实验结果？
实验次数
1. 蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备 蟾蜍在体坐骨神经2. 实验装置连接 3. 实验观察 1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响 2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响
1. 蟾蜍在体坐骨神经-腓肠肌标本制备 蟾蜍在体坐骨神经双毁髓， 双毁髓，剥去一侧下肢自大腿跟部起的 全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。 全部皮肤，将标本俯卧位固定于蛙板上。 分离坐骨神经：在大腿内侧的股二头肌 分离坐骨神经： 与半膜肌之间， 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。 关节处，并在神经下穿线备用。 游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。 游离腓肠肌：将腓肠肌分离至膝关节。 在膝关节旁钉一大头针， 在膝关节旁钉一大头针，折弯压住膝关 节。
1. 刺激强度与肌肉收缩反应
阈强度能引起组织发生反应的最小刺激强 又称为阈值。 度，又称为阈值。具有阈强度的刺激称为 阈刺激（ stimulus）。 阈刺激（threshold stimulus）。
阈下刺激 ＜ 阈刺激
＜
阈上刺激
有效刺激
一条骨骼肌纤维
•达到阈值 肌纤维收缩 达到阈值→肌纤维收缩 达到阈值 •超过阈值 收缩力不增加 超过阈值→收缩力不增加 超过阈值
【实验原理】 实验原理】
神经纤维具有兴奋性和传导性； 神经纤维具有兴奋性和传导性； 肌肉组织具有兴奋性与收缩性， 肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉 收缩是其兴奋的外在表现。 收缩是其兴奋的外在表现。
刺激和兴奋
刺激stimulation 刺激stimulation：指细胞所处环境因 stimulation： 素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋， 素的变化。刺激要能使细胞发生兴奋， 就必须达到一定的刺激量。 就必须达到一定的刺激量。 刺激量 刺激 强度 刺激持 续时间 刺激强度/ 刺激强度 时间变化率
刺激强度/mV 刺激强度
收缩幅度/mm 收缩幅度
【注意事项】 注意事项】
1．经常用任氏液浸润标本，保持生理活性。 ．经常用任氏液浸润标本，保持生理活性。 2． 肌槽两电极之间不要残留液体，防止电 ． 肌槽两电极之间不要残留液体， 极间短路。 极间短路。 3． 每次刺激后须让肌肉休息 以上 ，连 ． 每次刺激后须让肌肉休息30s以上 续刺激不可超过5秒 以免标本疲劳。 续刺激不可超过 秒，以免标本疲劳。 4． 找准最适刺激强度，以防刺激过强而损 ． 找准最适刺激强度， 伤神经. 伤神经 5． 换能器与标本连线的张力保持不变。 ． 换能器与标本连线的张力保持不变。 6 ．如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩，需 如果肌肉在未给刺激时即出现挛缩， 检查电器接地是否良好。 检查电器接地是否良好。
收缩过 程可达 几十～几百 几十～ 毫秒
骨骼肌可在机械收缩过程中接 受新刺激发生新的兴奋和收缩
两个阈上刺激， 两个阈上刺激，相继作用于神 肌肉标本， 经-肌肉标本，如果刺激间隔大 肌肉标本 于单收缩的时程， 于单收缩的时程，肌肉则出现 两个分离的单收缩； 两个分离的单收缩；
较高频率连续刺激作用于标本时， 较高频率连续刺激作用于标本时，出现 多个收缩反应的融合， 多个收缩反应的融合，新收缩过程与上 次尚未结束的收缩过程发生总和， 次尚未结束的收缩过程发生总和，称为 强直收缩tetanus （复合收缩）。 复合收缩）。 强直收缩 后一收缩发生在前一收缩的舒张期时， 后一收缩发生在前一收缩的舒张期时， 称为不完全强直收缩incomplete 称为不完全强直收缩 tetanus 。 后一收缩发生在前一收缩的收缩期时， 后一收缩发生在前一收缩的收缩期时， 各自的收缩完全融合， 各自的收缩完全融合，肌肉处于持续 的收缩状态，称为完全强直收缩 的收缩状态， complete tetanus 。
在生理条件下， 在生理条件下，支配骨骼肌的传出神经 总是发出连续的冲动， 总是发出连续的冲动，所以骨骼肌的 收缩都是强直收缩； 收缩都是强直收缩； 静息状态下， 静息状态下，中枢神经也经常发放低频 率神经冲动至骨骼肌， 率神经冲动至骨骼肌，产生一定程度 的强直收缩，称为肌紧张 肌紧张(muscle 的强直收缩，称为肌紧张 tone)。 。
2.刺激频率与肌肉收缩反应 2.刺激频率与肌肉收缩反应
单收缩twitch 单收缩twitch： twitch： 骨骼肌受到一 次短促有效刺 激时, 激时,可发生 一次动作电位, 一次动作电位, 随后出现一次 收缩和舒张。 收缩和舒张。
动作电位时 程(相当于绝 相当于绝 对不应期)仅 对不应期 仅 1～2毫秒 ～ 毫秒
讨论】 【思考与讨论】 思考与讨论
1）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激，还是肌 ）实验中观察到的阈刺激是神经纤维的阈刺激， 肉的阈刺激？ 肉的阈刺激？ 2）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度的增大而增大？ ）为什么肌肉收缩的幅度会随刺激强度的增大而增大？ 3）单收缩的潜伏期是指什么？其中包括哪些时间因素和 ）单收缩的潜伏期是指什么？ 生理过程。 生理过程。 4）分析不完全强直收缩与完全强直收缩的条件与机制？ ）分析不完全强直收缩与完全强直收缩的条件与机制？ 5）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？ ）为什么刺激频率增高肌肉收缩的幅度也增大？ 6）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？ ）如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？ 7）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合，那么引起肌肉收 ）肌肉收缩由于刺激频率加快而融合， 缩的动作电位会不会融合呢？为什么？ 缩的动作电位会不会融合呢？为什么？ 8）电刺激坐骨神经－腓肠肌标本的神经后，经过哪些生 ）电刺激坐骨神经－腓肠肌ຫໍສະໝຸດ Baidu本的神经后， 理学过程引起腓肠肌收缩？ 理学过程引起腓肠肌收缩？
2. 实验装置连接
将腓肠肌跟腱的结扎线固定在张力换能器的 悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直）。 悬臂梁上（不宜太紧，线与桌面垂直）。 把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电 把穿好线的坐骨神经轻轻提起， 极上，保证神经与刺激电极接触良好。 极上，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采集处理系统的 输入通道相连。 输入通道相连。 启动生物信号采集系统软件， 启动生物信号采集系统软件，选择好通道和 采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。 采样参数设置，启动记录按钮，开始记录。