不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响

不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响

浙江中医药大学第二临床医学院

一.实验目的

(1)观察在刺激时间、强度变化率恒定的条件下，不同强度和频率的电刺激对肌肉收缩的影响。

(2)学习微机生物信号采集处理系统和换能器的使用。

二.材料

蟾蜍；任氏液；微调固定器，张力换能器，微机生物信号采集处理系统。

三.方法

3.1实验系统连接和参数设置:张力换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入第1通道相连，刺激输出接标本盒刺激电极。启动RM6240系统软件，在系统软件窗口设置仪器参数。点击“实验”菜单，选择“刺激强度(或频率)对骨骼肌收缩的影响”项。参数:通道模式为张力，采样频率400H z~1kHz，扫描速度1s/div，灵敏度10~30g，时间常数为直流，滤波频率1 00Hz。在“选择”下拉菜单中选择“强度/频率”项，显示刺激参数。

3.2离体蟾蜍腓肠肌实验法:将离体坐骨神经腓肠肌标本的股骨插入标本盒的固定孔中，旋转固定螺钉固定标本，腓肠肌的跟腱结扎线系于张力换能器的悬臂梁上，此连线应与桌面垂直。坐骨神经放在刺激电极上，保持神经与电极接触良好。调节一维微调器，将前负荷调至2~5g。

2.4实验观察

2.4.1刺激强度对骨骼肌收缩的影响

(1)刺激方式:单次，刺激波宽:0.1ms。

(2)开始记录，按“刺激”按钮，刺激强度从0.1V逐渐增大，强度增量0.01~ 0.05V，连续记录肌肉收缩曲线。刺激强度增加至肌肉出现最大收缩反应(肌肉收缩曲线不再增高)。

(3)测量每一次刺激强度所对应的肌肉收缩张力，确定阈强度和最大刺激强度。测量最大刺激时，肌肉的收缩期和舒张期时间。

2.4.2刺激频率对骨骼肌收缩的影响

(1)刺激方式:最大刺激强度，波宽:0.1ms。RM6240采用连续单刺激(或频率递增)。

(2)刺激频率按1Hz、2Hz、3Hz、4Hz、5Hz、……、30Hz逐渐增加(或刺激间隔逐渐减小)，连续记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩形态和张力变化。

(3)统计方法:结果以x±s表示，统计采用Student t test方法。

四．实验结果

图1 不同刺激强度刺激蟾蜍坐骨神经对骨骼肌收缩的影响

恰好能引起肌肉出现微笑收缩的刺激强度为阈强度，引起肌肉出现最大收缩的最小的刺激强度为最大刺激强度，在两者之间的刺激强度为阈上刺激强度。

图2 不同刺激频率刺激蟾蜍坐骨神经对骨骼肌收缩的影响

当刺激频率较小，刺激间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌

肉收缩表现为一连串的单收缩；增大刺激频率，使刺激的间隔间于肌肉一次收缩和一次持续舒张的时间，则肌肉产生不完全强直收缩；继续增加刺激频率，使刺激的间隔小于肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。

五．讨论

1.对实验结果和现象进行机制分析探讨：单收缩时胞质内Ca2+浓度升高的持续时间太短，以致被活化地收缩蛋白尚未产生最大张力时，胞质Ca2+浓度就已经开始下降。强直收缩时，则细胞连续兴奋，是细胞内Ca2+浓度持续升高，因此收缩张力可达到一个稳定的最大值。

2.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。