机能实验设计咖啡因对青蛙骨骼肌收缩耐受性的影响

咖啡因对蟾蜍骨骼肌收缩性的影响

(一)目的与原理

咖啡因是茶叶、咖啡豆、可可、可拉果等植物中的主要生物碱，化学名为1，3，7－三甲基黄嘌呤。咖啡因是重要的医药原料，对人体机体的作用非常复杂。咖啡因能刺激神经系统，提高大脑记忆和识别能力，促进胰岛素分泌和降低Ⅱ型糖尿病风险，能刺激呼吸系统，可用于治疗早产婴儿呼吸暂停，具有抗癌效果，同时也会引起高血压和心率不齐导致钙流失和骨质疏松以及流产［1］等不良反应。

本实验主要研究的是咖啡因任氏液对青蛙骨骼肌收缩性的影响。骨骼肌在保持张力大小和收缩速度相对恒定一段时间后，其输出功率会发生降低，做功能力下降。这种降低就是骨骼肌疲劳的主要表现形式。据研究表明咖啡因能提高小鼠运动耐力，使运动后小鼠肝糖原储备增加，血乳酸和血尿素氮水平降低，并抑制运动引起的脂质过氧化反应，具有抗运动性疲劳作用［2］。本次实验观察咖啡因处理后，蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本在持续电刺激作用下，其随刺激持续时间的肌肉收缩性变化，进一步深入探讨咖啡因在缓解运动疲劳，提高运动耐受力作用的具体机制。

(二)实验动物

蟾蜍

(三)器材与药品

1、器械：蛙类手术器械一套（包括普通剪刀、小手术剪刀、镊子、铁支架、双凹活动

架、探针、玻璃分针、蛙板、玻片、固定针等）

2、仪器：BL-410型生物信号处理系统、张力换能器、神经屏蔽盒

3、药品：任氏液、咖啡因原液1支（1ml,10mg），100μg/ml咖啡因任氏液、1μg/ml

咖啡因任氏液。

(四)实验步骤与方法

1、试剂配制：制备100μg/ml咖啡因任氏液（取1ml咖啡因原液加入任氏液中搅拌均

匀至100ml）；制备1μg/ml咖啡因任氏液（从100μg/ml 咖啡任氏液中

取1ml加入任氏液中搅拌均匀至100ml）。备用。

2、标本制备：制备3条蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本，分别标号为1号、2号和3号。

将对照组1号标本浸泡在任氏液中10分钟；

将2号标本在1μg/ml咖啡因任氏液中浸泡10分钟；

将3号标本在100μg/ml咖啡因任氏液中浸泡10分钟；

备用。

3、连接装置：将标本固定于平板肌槽上，连接好张力换能器，注意连线松紧适中。

4、观察与记录：连续串刺激，刺激强度：1V，频率：30Hz，串间隔1000ms，串长：

10，[3]当标本出现不完全强直收缩后开始计时，连续刺激标本3min，每

隔一分钟在收缩曲线上做好标记，测量第一分钟、第二分钟和第三分钟

末的张力并保存。

5、重复：2号和3号标本按照上述方法进行重复实验。

(五)实验结果

时间1号2号3号

1min 1.50 2.20 6.43

2min 1.37 2.06 6.18

3min 1.35 1.93 5.86

(六)结果讨论

实验结果为经过咖啡因浸泡过的腓肠肌一开始收缩时的收缩力已经升高，同时

经不同浓度处理的腓肠肌标本在三分钟内的收缩力都逐渐下降，说明咖啡因有增强

体外骨骼肌收缩性的作用。

很多研究表明,促进Ca2 +从肌浆网中释放是这一作用的基本机制。咖啡因可能

在三个环节上影响短时间和高强度的运动能力,即速度和反应时间环节、力量环节及

爆发力环节。首先咖啡因通过增加肾上腺素释放而刺激中枢神经系统,并能减少核苷

酸的抑制作用;其次,通过增加神经递质的释放而增加神经肌肉的传导;最后,可通过

改变细胞内Ca2 +浓度来加强肌纤维的收缩性[4]。因此,咖啡因具有刺激中枢神经

系统和改善神经肌肉传导的作用,从而可以作为一种外源性刺激因素缩短反应时间

和运动时间来提高速度,因此能提高短跑和短距离游泳运动员的成绩;然而咖啡因不

利于神经肌肉的稳定性,而且随着药物浓度的增加而加重。这对需要精细运动和稳定

性运动的项目可能有害,如射击、射箭、体操等[5] 。故国际奥委会规定运动员尿液

中咖啡因的浓度不能超过12 mg/L。

(七)参考文献

［1］吴命燕．咖啡碱的生理功能及其作用机制［J］．茶叶科学，2010，30(4) : 235-242．［2］李淑翠．咖啡因抗运动性疲劳作用的实验研究［J］．中国食品添加剂，2013 ( 3) : 120-124

[ 3 ] 夏叶玲.骨骼肌的动作电位与收缩的同步记录.基础医学机能实验学（2014）：121-123 [ 4 ]Williams JH. Caffeine, neuromuscular function and high2intensity exercise performance[ J ]. J SportsMed Phys Fitness, 1991, 31 (3) : 4812489.

[ 5 ]Bouchard R, Weber AR, Geiger JD. Informed decision2making on sympathomimetic use in sport and health [ J ]. Clin J Sport Med, 2002, 12 (4) : 2092224