[ZL-620C医学信号采集系统]分析刺激强度和频率对骨骼肌收缩

一条坐骨神经干是由许多兴奋性不同的神经纤维所组成的。保持足够的刺激时间不变，刚好能引起其中兴奋性较高的神经纤维产生兴奋，表现为受这些神经纤维支配的肌纤维发生收缩，此时的刺激强度即为这些神经纤维的阈强度，具有此强度的刺激叫阈刺激。随着刺激强度的不断增加，有较多的神经纤维兴奋，肌肉的收缩反应也相应逐步增大，强度超过阈值的刺激叫阈上刺激。当阈上刺激在增大到某一值时神经中所有纤维均产生兴奋，此时肌肉做最大的收缩。在继续增强刺激强度，肌肉收缩反应不再继续增大。将引起肌肉最大收缩的最小刺激强度的刺激称为最大刺激。不同频率的电脉冲刺激神经时，肌肉会产生不同的收缩反应。若刺激频率较低，每次刺激的时间间隔超过肌肉单次收缩的持续时间，则肌肉的反映应表现为一连串的单收缩；若刺激频率逐渐增加，刺激间隔逐渐缩短，肌肉收缩的反应可以融合，开始表现为不完全强直收缩，以后成为完全强直收缩。

【实验对象】

蟾蜍。

【实验器材】

蛙类解剖手术器材、蛙钉、林格液、铁支架、活动双凹夹或微调固定器、张力换能器、培养皿、ZL-620C虚实结合版生物信号采集系统。

【方法和步骤】

1. 制备在体或离体坐骨神经腓肠肌
2. 实验装置

（1）采用离体坐骨神经腓肠肌标本时，将肌动器固定在铁架台的微调固定器上，且与换能器平行，并把标本中预留的股骨固定在肌动器上（图1）。采用在体坐骨神经腓肠肌标本时，可省略此步骤。

图1 离体坐骨神经腓肠肌标本实验装置

（2）将张力换能器（50g量程）用活动双凹夹或微调固定器固定在支架上，换能器与桌面平行，腓肠肌的跟腱结扎线固定在张力换能器的簧片上，结扎线与桌面垂直。调节微调固定器的上下转钮，使连线不宜太紧或太松，保持有一定的前负荷。

（3）把坐骨神经放在刺激保护电极上，保持神经与刺激电极接触良好。ZL-620B虚实结合版生物信号采集系统的刺激输出连接保护电极，启动虚实结合版生物信号采集系统。

1. 实验观察

（1）不同刺激强度对腓肠肌收缩的影响

1）点击ZL-620B菜单“实验/常用生理学实验”,选择“刺激强度对骨骼肌收缩的影响”，设置放大器、采样和刺激器参数（表1），刺激模式也可采用单刺激或主周期刺激，逐步改变刺激幅度。

2)逐渐增大刺激强度，找出刚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，观察肌肉收缩反应是否也相应增大。继续增强刺激强度，直至肌肉收缩曲线不能继续升高为止。找出刚能引起肌肉出现最大收缩的最小刺激强度，即最大刺激强度。

（2）不同频率对腓肠肌收缩的影响

1）点击ZL-620B菜单“实验/常用生理学实验”，选择“刺激频率对骨骼肌收缩的影响”，设置参数（表2），刺激模式可采用串刺激。

2）选用最大刺激强度刺激，使刺激频率按1、6、11、16、21、26、31 Hz逐渐增加，分别记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率刺激时的肌肉收缩变化，从而引导出单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩（图2）。

图2 骨骼肌单收缩和复合收缩曲线

1单收缩；2不完全强直收缩；3完全强直收缩

【实验结果】

骨骼肌收缩包括收缩和舒张两个时期，测量值主要有：峰值（最大值）、张力增量（发展张力）、收缩新时期和舒张1/2间期（图4）。

1. 统计全班各组的结果，以平均值±标准差表示，绘制不同刺激强度与腓肠肌收缩张力增量的关系曲线。
2. 统计全班各组的结果，以平均值±标准差表示，绘制不同刺激频率与腓肠肌收缩张力增量（最大时）的关系曲线。
3. 将观察到的结果打印输出或描画于实验报告上。

【注意事项】

1. 在制备离体神经肌肉标本及实验操作过程中，要不断滴加林格液，以防标本干燥而丧失正常生理活性。
2. 操作过程中应避免强力牵拉和手捏神经或夹伤神经、肌肉。
3. 每次刺激之后必须让肌肉有一定的休息时间，特别是在观察刺激频率的影响时。
4. 找准最大刺激强度，不能刺激过强而损伤神经。
5. 实验过程中保持换能器与标本连线的张力不变。

【思考题】

1. 为什么在一定范围内增加刺激强度，骨骼肌收缩力增加？
2. 为什么刺激频率增加时，肌肉收缩幅度也增大？
3. 兴奋是如何通过神经肌肉接头处的？如果刺激直接施加在肌肉上会出现什么现象？