實驗報告1 組織興奮性的觀察

一．實驗目的

利用蟾蜍坐骨神經-腓腸肌標本，觀察電刺激神經引起肌肉的反應，進而印證神經肌肉組織的生理特性。

二．實驗原理

肌肉、神經、腺體稱為可興奮組織，它們有較大的興奮性。神經組織的興奮性表現為動作電位，肌肉組織的興奮性主要表現為收縮活動。乙個刺激是否能使組織發生興奮，不僅與刺激形式有關，還與刺激時間、刺激強度、強度-時間變化率三要素有關。

用矩形脈衝電刺激神經，則神經是否產生興奮只與刺激強度、刺激作用時間有關。在足夠的刺激作用時間下，則神經是否產生興奮就決定於刺激強度，剛能引起神經發生興奮的刺激強度就是閾強度。

肌肉收縮的形式，不僅與刺激本身有關，而且還與刺激頻率有關。當刺激頻率較小，刺激間隔大於一次肌肉收縮舒張的持續時間，則肌肉收縮表現為一連串的單收縮。刺激頻率增大，就可能使肌肉收縮從單收縮轉化為不完全強直收縮甚至完全強直收縮。

三．實驗方法

1. 蟾蜍坐骨神經-腓腸肌標本製備

（1）破壞腦和脊髓

（2）剪除軀幹上部及內臟（五剪法）並剝皮

（3）分離坐骨神經至膝關節

（4）製成坐骨神經-腓腸肌標本

將標本放入任氏液中浸泡10分鐘左右，待其興奮性穩定後再進行實驗。

2. 坐骨神經-腓腸肌標本固定及儀器連線

（1）將坐骨神經-腓腸肌標本的股骨段固定於肌板上電極旁的小孔內，使腓腸肌位於股骨上方，坐骨神經搭搭在電極上，腓腸肌連線線與張力換能器相連，張力換能器輸入計算機。

（2）計算機刺激輸出線與肌板上的刺激電極相連，負極靠近腓腸肌。

3. 觀察專案

（1）刺激閾強度的測量

固定刺激波寬在2ms左右，調節刺激強度，由0逐漸增大，以「單次」刺激坐骨神經，用計算機記錄肌肉收縮曲線，根據收縮曲線確定閾刺激、閾上刺激。

（2）腓腸肌單收縮、不完全強直收縮、完全強直收縮記錄

用閾上刺激強度(一般取閾強度的1.5～3倍左右)，選擇主間隔分別為1000、500、200、100、50ms。以不同主間隔分別刺激神經，每次刺激持續約2s。

觀察並記錄單收縮、不完全強直收縮、完全強直收縮曲線，其刺激頻率分別為多少(刺激頻率=1/主間隔)。

四．實驗結果

刺激引數：

實驗引數：1、2、3、4為單次刺激，刺激波寬2ms，刺激強度分別為0.08v，0.16v，0.24v，0.31v；

1』2』3』4』5』為連續刺激產生，波寬2ms，刺激強度0.24v，頻率分別為1hz，2 hz，5hz，10hz，20 hz

1. 結果說明

剛能使肌肉發生興奮的是波形1的刺激；

1』和2』是受到連續刺激後產生的連續單次刺激，2』的收縮頻率大於1』；

3』肌肉產生不完全強直收縮，前一次收縮還未結束就緊接著下一次收縮；

4』、5』表示肌肉產生完全強直收縮。

2. 結論

本試驗中，刺激閾強度為0.08v，閾上刺激強度為0.08-0.24v；

頻率為1 hz和 2 hz時，肌肉產生單收縮；

頻率為5 hz時，肌肉產生不完全強直收縮；

頻率為10 hz和 20 hz時，肌肉產生完全強直收縮。

五、討論

刺激神經使神經產生興奮，並沿神經纖維傳導，興奮通過神經肌接頭的化學傳遞，使終板膜上產生終板電位，終板電位可以引起肌肉也產生興奮（ap），傳遍整個肌纖維，再通過興奮-收縮耦聯使肌纖維中粗細肌絲產生相對滑動--巨集觀上表現為肌肉收縮。

骨骼肌受到一次短暫的有效刺激後會發生一次迅速的收縮反應，稱為單收縮。單收縮的強度與刺激強度有關。引起肌肉收縮的刺激強度至少要達到閾值，由於支配一塊肌肉的神經纖維的興奮性不一致，當閾上刺激作用於肌肉時，刺激強度越大，興奮的神經纖維數越多，從而使興奮的肌肉纖維數也越多，收縮強度就越大；一旦刺激足以使所有神經纖維都興奮時，也使它所支配的所有肌肉纖維都收縮，肌肉就產生最大收縮強度。

因此，本試驗中測量的是支配腓腸肌的坐骨神經的閾強度。

單收縮的全過程可分為潛伏期、收縮期和舒張期三個時期。

神經發放衝動的頻率會影響骨骼肌的收縮強度。當骨骼肌受到一定頻率的連續刺激時，前後兩次刺激的間隔大於一次單收縮的收縮期，但小於收縮和舒張期之和，則總和發生於前一次收縮的肌肉舒張期，即前一次肌肉縮短後的舒張還沒有結束，下一次刺激引起的收縮已經開始，這就引起不完全強直收縮；如刺激頻率較高時，前後兩次刺激的間隔小於一次單收縮的收縮期，則總和發生於前一次收縮的肌肉縮短期，這就引起完全強直收縮。

強直收縮可以比單收縮產生更大的收縮效果。這是因為肌肉在只接受一次刺激時，釋放到肌漿中的ca2+很快被肌漿網上的ca2+幫浦回肌漿網內(終池縱管內)，而連續刺激可使肌漿中的ca2+有可能維持在乙個高濃度水平。在不完全強直收縮或完全強直收縮時，伴隨每次刺激出現的肌肉動作電位只出現頻率加快，卻始終各自分離而不會發生融合或總和；這是由於肌肉的動作電位存在絕對不應期且只持續1～2ms，故不可能發生疊加且持續時間遠遠小於肌肉收縮期。

強直收縮時肌肉收縮的疊加效應只可能發生在興奮-收縮耦聯這一階段，足夠高的刺激頻率使興奮-收縮耦聯釋放入肌漿中的ca2+維持在較高濃度，則肌肉就能產生持續的收縮狀態，即強直收縮。

六．注意項

不能用器械尖端或粗糙物碰觸神經肌肉；

要經常用任氏液濕潤標本，以免乾燥死亡；

儀器均必須接地良好，否則會影響實驗。

七．實驗思考題

1．製備好的坐骨神經-腓腸肌標本為什麼應首先在任氏液中浸泡一段時間？

答：製備好的坐骨神經-腓腸肌標本應先放在任氏液中浸泡一段時間，這是因為剪斷肌肉後，一些肌細胞被破壞，細胞內液流出，其中k+的外流會使區域性細胞外液中k+濃度偏高，k+會使標本細胞的興奮性增加，對刺激的靈敏度提高。本實驗中，組織過高的興奮性不利於完成實驗。

標本在任氏液中浸泡後，區域性組織可能存在的過高k+濃度即被取消，有利於完成實驗。

2．從細胞分子水平分析本試驗中腓腸肌產生不完全強直收縮及完全強直收縮的原因。

答：強直收縮的原因是因為前後多次單收縮的疊加，從神經興奮到肌肉收縮的整個生理過程來分析，其疊加環節發生在興奮-收縮耦聯這一階段。興奮-收縮耦聯引起的肌漿中ca2+濃度的公升高是肌纖維收縮的原始因素：

①當發生不完全強直收縮時，興奮引起肌漿中ca2+濃度公升高，肌肉發生收縮。但刺激間隔小於收縮期+舒張期，這意味著因肌織網上ca2+幫浦運轉使肌漿中ca2+濃度的降低引起的肌肉舒張還未完全時，新的興奮又促使ca2+釋放入肌漿引起了再一次肌肉收縮。②當發生完全強直收縮時，刺激間隔小於一次肌肉收縮期，這意味著因興奮-收縮耦聯引起的ca2+釋放入肌漿的速度大於因肌織網上ca2+幫浦運轉把ca2+吸收回肌織網的速度，使肌漿中維持著乙個高ca2+濃度狀態，從而使肌肉一直處於收縮狀態。

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開放性實驗報告 1

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