浙江大学生理学实验坐骨神经

蟾蜍坐骨神经干复合动作电位特性
目的：应用微机生物信号采集处理系统记录蟾蜍坐骨神经干复合动作电位（compound action potention，CAP），观察刺激、神经损伤、药物对神经兴奋性、兴奋传导的影响并探讨其机制。

1.材料和方法(materials and methods)
1.1 实验动物：
蟾蜍（中华蟾蜍指名亚种，Zhuoshan Toad）
1.2 药品：
任氏液、3 mol/L 氯化钾
1.3器材：
RM6240微机生物信号处理系统（成都仪器厂）、神经干标本盒、包括器械方盘、蛙板等实验器械材料一套。

1.4 坐骨神经干制备：
蟾蜍毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。

蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。

标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。

坐骨神经标本置任氏液中备用。

1.5 仪器连接和参数：
神经干标本盒两对引导电极分别接微机生物信号处理系统1、2通道。

仪器参数：1、2通道时间常数0.02s、滤波频率3KHz、灵敏度5mV，采样频率：100KHz，扫描速度：0.2ms/div。

单刺激激方式，刺激幅度1.0V，刺激波宽0.1ms，延迟2ms，同步触发。

1.6 动作电位引导：
神经干标本置于标本盒的电极上，神经与电极接触良好，调节刺激电压，记录动作电位。

2.观察（observations）
2.1 中枢端引导的双向动作电位（biphasic action potential，BAP）：
用1.0V电压，波宽0.1ms方波刺激神经干末梢端，观察动作电位波形。

2.2 测定末梢端引导的双向动作电位：
用1.0V电压，波宽0.1ms的单个方波刺激神经干中枢端，测定动作电位正、负向振幅和时程。

2.3 兴奋传导速度测定：
用1.0V电压，波宽0.1ms的单个方波激刺激神经干中枢端，测定第1和第2对引导电极引导CAP起点的时间差Δt ，根据υ＝S R1- R2- / Δt 计算出AP的传导速度。

2.4 测定单相动作电位（monophasic action potential，MAP）：
用镊子夹伤对1对引导电极间的神经干，然后用1.0V电压，波宽0.1ms的单个方波刺激神经干中枢端，测定末梢端MAP振幅和时程。

2.5观察刺激强度（U）与动作电位振幅的关系：
刺激波宽0.1ms ，刺激电压从0.1V 开始， 按步长0.01V 增加，刺激电压每增加一次刺激神经干一次，并记录刺激电压和MAP 振幅，测定阈刺激和最大刺激强度。

2.6 测定KCl 处理前后MAP 振幅：
刺激电压1.0V ，刺激波宽0.1ms ，记录3 mol/L KCl 处理前，处理后2min 时MAP 的振幅。

3.结果(results)
3.1 刺激波宽0.1ms 时，阈刺激（Uth ）：0.28±0.08 V ；最大刺激（Umax ）：0.95±0.30 V ，刺激电压1.0V 时，动作电位的传导速度（V ）为42.73±10.59 m/s ，见表1。

表1 蟾蜍坐骨神经干的阈刺激、最大刺激和传导速度
sample
Uth (V)
Umax (V)
V (m/s )
1 0.17 1.17 36.36
2 0.29 1 55.56
3 0.
4 1.3 35.09 4 0.27 0.99 41.67
5 0.4 1.3
6 48.78 6 0.30 0.70 33.90
7 0.2 0.71 38.46
8 0.24 0.85 32.26
9 0.21 0.45 62.5 ⎺x ±s
0.28±0.08
0.95±0.30
42.73±10.59
3.2 在刺激电压低于0.28±0.08 V 时，测不到动作电位；刺激电压从0.28±0.08 V 增加至0.95±0.30 V ，动作电位振幅呈曲线增长，刺激电压高于0.95±0.30 V 动作电位振幅不再增长，见图1。

3.3 刺激电压1.0V ，波宽0.1ms 时，动作电位正相振幅（6.97±3.00 mV ）显著大于负相振幅（3.79±2.01 mV ）， 两者有显著性差异（ p<0.01）；动作电位正相时程Dp1 (0.98±0.18 ms)显著短于负相时程Dp2(2.24±0.35 ms)，两者有显著性差异（p<0.01），见表2。

3.4 刺激电压1.0V 时，单相动作电位振幅Am(9.08±3.07 mV)大于双相动作电位正相振幅Ap1（6.97±3.00 mV ），两者有显著性差异（p<0.05）；单相动作时程Dm(1.78±0.29ms)显著长于双相
A （mV) 图1 刺激强度与动作电位振幅的关系
U(V) 1.0 1.5
动作电位正相Dp1 (0.98±0.18 ms)，两者有显著性差异（p<0.01），见表2。

表2 蟾蜍坐骨神经干双相动作电位与单相动作电位
sample Ap1(mv)Ap2(mV )Dp1(ms )Dp2(ms )A m(mV)D m(ms)
1 8.96 5.03 0.9 2.08 11.41 1.53
2 6.28 3.14 0.97 2.31 7.11 1.61
3 3.37 1.86 1.16 2.42 5.68 2.27
4 5.37 1.81 1.34 2.92 6.19 2.18
5 2.48 1.05 1.01 2.1 5.03 1.77
6 12.21 7.33 0.81 2.00 12.58 1.38
7 7.66 4.54 0.88 2.36 10.94 1.72
8 8.78 5.14 0.93 1.65 10.04 1.76
9 7.63 4.24 0.78 2.29 12.7 1.8
⎺x±s 6.97±3.00 3.79±2.01** 0.98±0.18 2.24±0.35## 9.08±3.07* 1.78±0.29##
p 0.000020.000000.00270.0000注：* p<0.05，** p<0.01 与A p1比；# p<0.05，## p<0.01 与Dp1比
3.5 刺激电压1.0V，3mol KCl处理前，动作电位振幅为Aap (9.14±3.38mV)，处理后2min，动作电位振幅为At1(0.49±0.35 mV)，与处理前比有显著性差异（p<0.05），见表3。

表3 3mol KCl 对蟾蜍坐骨神经干动作电位的作用
sample KCl处理前Aap(mv)KCl处理后Aap(mv)
1 11.08 0.55
2 7.11 0.11
3 5.68 0.07
4 5.37 0.22
5 5.41 0.34
6 12.21 0.61
7 13.78 0.76
8 8.92 1.17
9 12.7 0.62
⎺x±s 9.14±3.38 0.49±0.35**
p 0.0000
注：** p<0.05 与KCl处理前Aap比；
4.讨论(discussion)
4.1 刺激电压从Uth增加至Umax，即从阈刺激（Uth）：0.28±0.08 V到最大刺激（Umax）：0.95±0.30 V，神经干动作电位振幅随着刺激电压增加而增高。

神经干动作电位不具有“全或无”性质。

从我们在提取蛙的坐骨神经元中，我们不难看出，坐骨神经元是由许多不同类型的的神经纤维组成。

一根神经纤维在收到阈值以上的刺激产生动作电位时，不会随着刺激强度的增大而再次增大，但是不同神经纤维间存在着一定的差异。

当期中一部分的神经纤维收到的刺激已经超过阈值时，其余的神经纤维可能尚未到达，也就能进一步增大了动作电位。

当全部神经纤维都已到达阈值时，即神经元到达阈值，其动作电位便不会再发生变化。

4.2 蛙神经冲动的传导速度在20℃时约为每秒30米[1] ，本实验所测得的蟾蜍坐骨神经干动作电位的传导速度为42.73±10.59 m/s，略高于文献值。

4.3 刺激蟾蜍坐骨神经干中枢端，可在其末梢端引导出动作电位，反之也然，由此可以证明蟾蜍坐骨神经具有双向传导兴奋的能力，在试验中亦证明离体神经也具有这样的能力。

4.4 在两引导电极间夹伤神经，神经冲动传导被阻断，双相动作电位负相波消失，形成一相正波，由此可见，双相动作电位的产生是由于神经冲动先后通过两个引导电极的时间差形成的,冲动通过第1个电极,形成动作电位的正相波,冲动通过第2个电极,形成动作电位的负相波。

4.5 在两引导电极间夹伤神经，神经冲动传导被阻断，双相动作电位负相波消失，形成的单相动作电位时程显著长于双相动作电位正相时程，单相动作电位振幅大于等于双相动作电位正相振幅。

即负相波的存在会使得双向动作电位中的正相波时程和振幅都有一定程度的减小，从文献调查来看，因为正负相波的扩散时间较慢，而兴奋传导速度较快，导致两者有一定时间的重合，产生了抵消的效果。

而部分小组的正相波增长不是特别大，原因可能是由于夹伤处理的程度不够大，没有损坏足够的神经纤维，从而产生了一小部分的负相波，导致了实验的误差。

4.6 3mol KCl处理神经，动作电位消失，这表明神经冲动传导被阻断。

根据离子学说，动作电位是由胞外钠离子通过钠通道内流形成的，细胞外高钾使膜电位升高，膜电位高于阈电位时，钠通道失活，产生去极化阻滞，神经的兴奋性丧失。

5. 参考文献(references)
【1】Mary A.B.勃雷兹尔.神经系统的电活动.1984.第1.版.科学出版社.北京P35。