【实验报告】骨骼肌的单收缩与复合收缩及神经干动作电位、神经冲动传导速度

动物生理实验报告?了解肌肉收缩过程的时相变化?观察刺激强度和频率对骨骼肌收缩形式的影响 ?掌握离体神经干动作电位的细胞外记录法及其基本波形的判断和测量。?掌握神经干动作电位传导速度及其不应期的测定方法。

实验二：骨骼肌的单收缩与复合收缩及

神经干动作电位、神经冲动传导速度、神经干不应期的测定

实验人： 同组人：

【实验目的】

了解肌肉收缩过程的时相变化

观察刺激强度和频率对骨骼肌收缩形式的影响

掌握离体神经干动作电位的细胞外记录法及其基本波形的判断和测量。 掌握神经干动作电位传导速度及其不应期的测定方法。

【实验原理】

骨骼肌的单收缩与复合收缩

肌肉兴奋的外在表现是收缩。

当其受到一个阈上强度的刺激时，爆发一次动作电位，迅速发生一次收缩反应，叫单收缩。单收缩曲线分为潜伏期、收缩期、舒张期三个时期。

在一定范围内，肌肉收缩的幅度随刺激强度的增加而增大。

当相继受到两个以上同等强度的阈上刺激时，因频率不同，下一次刺激可能落在前一刺激所引起的单收缩的不同时期内，造成：

几个分离的单收缩：频率低于单收缩频率，间隔大于单 收缩时间 收缩的总和（强直收缩）：

不完全强直收缩：后一收缩发生在前一收缩的舒张期

完全强直收缩：后一收缩发生在前一收缩的收缩期内，各收缩不能

分开，肌肉维持稳定的收缩状态。

神经干动作电位、神经冲动传导速度、神经干不应期的测定

神经干是由许多神经纤维组成的，神经兴奋的标志是动作电位。在一定范围内神经

干动作电位的幅度随刺激强度的增加而增大，这是由于各神经纤维兴奋性的不同，虽然每条纤维动作电位产生都遵守“全或无”的方式，但神经干动作电位记录到的是多个兴奋阈值、传导速度和振幅各不相同的动作电位的总和，为一个复合动作电位，所以不存在阈强度，也不表现为“全或无”的特征。根据引导方法的不同（双极引导或单极引导），可分别得到双相、单相动作电位。

动作电位在神经纤维上的传导有一定的速度。不同类型的神经纤维其传导速度各不

相同，主要取决于神经纤维的直径、有无髓鞘、环境温度等因素。蛙类坐骨神经干传导是速度约为35-40 m/S, 神经纤维在一次兴奋过程中，其兴奋性可发生周期性变化，包括绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期。

为了测定神经一次兴奋之后兴奋性的变化，可先给神经施加一个条件性刺激，引起

神经兴奋，然后再用一个检验性刺激在前一兴奋过程的不同时相给予刺激，检查神经对检验性刺激反应的兴奋阈值，以及所引起的动作电位的幅度变化，来判断神经组织兴奋性的变化。

本次实验中所给条件性刺激和检验性刺激系两个参数完全相同的刺激，用在不同时

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间间隔内检查检验性刺激的动作电位的变化，来反映部分神经纤维兴奋性的变化规律。

神经干兴奋后兴奋性的变化

【实验材料及设备】

蟾蜍坐骨神经－腓肠肌标本及相关用品：

蛙类手术器械一套，蛙板，铁支架，肌夹，玻棒，小滤纸片，纱布，培养皿，小烧杯，棉花，秒表，滴管，铜锌弓，纱布，医用缝合线，玻璃分针，眼科剪，解剖针 盐酸（0.2%, 0.5%, 1% 各200 mL），2 % 普鲁卡因，清水，任氏液. 任氏液的配方为：

NaCl 6.5 g

KCl 0.14 g CaCl2 0.12 g NaHCO3 0.2 g

NaH2PO4 0.01 g Glc(可不加) 2.0 g 加 H2O 至1000 mL

RM6240B 生物信号采集处理系统，张力换能器 ，PowerLab 4SP 生物信号采集系

统， 屏蔽盒

【实验步骤】

骨骼肌的单收缩与复合收缩实验部分

1. 制备坐骨神经－腓肠肌标本

2. 将标本股骨固定在肌槽上，结扎肌腱的棉线与换能器相连，神经置于刺激电极上，用任

氏液保持标本湿润，刺激电极与主机刺激输出相连，换能器与放大器相连，放大器相应通道与主机相连。

3. 打开主机、计算机， Powerlab系统在电脑桌面上找到“张力实验”，双击打开。 4. 从零开始逐渐增加刺激强度(V)，找出引起肌肉收缩的最小刺激强度（阈值），增大刺激

强度，观察刺激强度与收缩曲线高度的关系。

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5. 从零开始逐渐增加刺激强度(V)，找出引起肌肉收缩的最小刺激强度（阈值），增大刺激

强度，观察刺激强度与收缩曲线高度的关系继续增大刺激强度，当肌肉收缩曲线不再随刺激强度增大而增高时，记下最大刺激强度。

6. 在域刺激强度和最大刺激强度之间选择一个合适的强度固定不变，逐渐增大刺激频率

（一般不要超过50次 /分），观察记录收缩形式的变化，分别记录可使肌肉出现单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩时的刺激频率及相应曲线。

神经干动作电位、神经冲动传导速度、神经干不应期的测定部分

1. 制备坐骨神经标本 2. 测量双相动作电位

a) 将神经干标本置于标本屏蔽盒内，使神经干与刺激电极、接地电极、引导电极均接

触良好。

b) 神经干需经常用任氏液润湿，取神经干时须用镊子夹持结扎线和脊椎骨，切不可直

接夹持或用手触摸神经干。

c) 打开系统软件，点击开始示波，主菜单中“实验”下拉选择动作电位实验，自动弹

出或在主菜单“set up”中找到stimulator（刺激器），刺激同步，调节刺激为单刺激，调节频率、时间、强度，开始刺激，记录波形，辨别刺激伪迹和动作电位。 d) 调换引导电极的位置，观察动作电位波形有无变化，改变标本放置位置后，波形有

无变化。

3. 测定传导速度：

a) 开始示波，选择实验，刺激同步，刺激，记录波形，记录前一个动作电位起始部位

与后一个动作电位起始部位之间的时间间隔（T）（单位：秒）

b) 测量引导电极1，2之间的坐骨神经干的长度，用“S”表示(单位：米) c) 根据公式 V=S/T 计算神经冲动的传导速度（其中V表示传导速度）。 4. 不应期的测定：

a) 开始示波，选择不应期自动测定试验，刺激同步 自动，每出一个波形都要“记

录当前波形”，至3 ms时停止，page up / page down 看相关波形，记录相对不应期和绝对不应期

b) 相对不应期：检验性刺激引起的动作电位幅度开始减小时两刺激间的时间间隔。 c) 绝对不应期：检验性刺激引起的动作电位刚好消失（且增加刺激强度也不能使之产

生）时两刺激间的时间间隔。

5. 单相动作电位：

用镊子将两引导电极（＋，－）之间的神经夹伤，观察动作电位变化。

【实验结果及相关讨论】

骨骼肌的最小和最大刺激强度

100mV

刺激达到阈强度10mv，轻微收缩

50mV

50mV

120mV

20mv 70mV

110mV

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电刺激从零开始增大到10mv时，骨骼肌发生第一次收缩，增大到50mv时，到达收缩最大量，继续增大电压，收缩强度基本不变。因而该标本的阈强度为v1=0.01V，最大刺激的强度为v2=0.05V。其中50mv时做了两次刺激，第一次收缩幅度没有第二次大，第二次达到了最大幅度，这说明离体神经元的活动不是特别稳定，即使是相同幅度的电刺激也可能会有不同的反应。

横向比较发现，阈强度和最大刺激强度偏小，可能和标本生理活性有所损失有关。 随着刺激强度增大，标本收缩强度增大。这时因为神经干是由许多神经纤维组成的，神经兴奋的标志是动作电位。在一定范围内神经干动作电位的幅度随刺激强度的增加而增大，这是由于各神经纤维兴奋性的不同，虽然每条纤维动作电位产生都遵守“全或无”的方式，但神经干动作电位记录到的是多个兴奋阈值、传导速度和振幅各不相同的动作电位的总和，为一个复合动作电位，所以不存在阈强度，也不表现为“全或无”的特征。因而刺激强度增大，标本收缩强度增大。

另外实验过程中发现，当电压继续增大，会发生收缩反而减小，图中显示120mv刺激的收缩幅度要比110mv的收缩幅度小。同时会出现无规律收缩，这可能和标本疲劳，活性降低有关。立即放入仁氏液，浸泡。

肌肉单收缩、不完全强直收缩、完全强直收缩曲线的测定

同一强度不同频率刺激下肌肉收缩曲线。图中出现的三种波形分别为单收缩（2Hz）、不完全强直收缩（20Hz）和完全强直收缩（50Hz）的波形。

左图为单收缩（1Hz），强度0.05V

紧接着的下一个刺激在上一次肌肉收缩的完全舒张期，收缩不受上一次收缩影响。

右图为不完全强直收缩收缩（4Hz），强度0.05 V，紧接着的下一个刺激在上一次肌肉收缩的舒张期

左图为完全强制收缩（7Hz），强度0.05V 紧接着的下一个刺激在上一次肌肉收缩的收缩期。

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双向动作电位的测量

右图为0.1V下所测得的双向动作电位图形。从图中我们可以看出，在出现第一个峰之前，存在一个伪迹。两个电极上测量到的动作电位是反向的，这很容易理解。假设动作电位给出的电信号为正，因而动作电位到达引导电极正极时，相对于负极电位高，出现正峰，当动作电位到达引导电极负极时，负极相对于正极电位高，因而为出现负峰。

神经传导速度的测量

右图为刺激同步，记录波形后的动作电位与时间间隔图形。分析中选择传导速度测量，输入两电极间的距离1cm，该程序会自动计算出神经干动作电位的传导速度。右下图显示实验所用神经干的传导速度为18.18m/s。

理论上，神经传导速率在35-40m/s，这远大于实验所测值。可能的原因如下： 1． 实验误差

2． 神经至于体外太久，生理条件改变 3． 神经表面结缔组织未除干净

不应期的测定：

选择刺激强度0.2V，刺激间隔0.01s时观察到了相对不应期，在刺激间隔0.02s时观察到了绝对不应期。

单向动作电位的观察

用剪刀将两引导电极（＋，－）之间的神经夹伤，观察动作电位变化。

理论上可使原来的双向动作电位的下相消失，变为单相。然而实验过程，在确保屏蔽盒关闭的条件下，得到干扰很大的杂波。如下图：

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分析如下：

通道一所测的值是实际上是引导电极1的 正负极之间的电位差，由于神经被剪断，正负极之间形不成回路。理论上不应该有信号。然而研究示波器的一般原理可以知道，引导电极，刺激电极负极一般接地（不接地的话会使衡量的电位不等），因而引导电极的正极通过神经与刺激电极相通，再通过接地线与负极形成回路。此时，受到仪器内部的电信号的干扰很大。但还是隐约能看到一个完整的动作电位。

【思考题】

注意事项

剥制神经标本时要仔细，须将神经周围的结缔组织去干净，避免与金属接触和戳伤神经

标本。

神经标本必须与各电极良好接触。

神经干在空气中不可暴露过久，应时常用任氏液润湿，但不可向神经盒内滴加任氏液。 神经干要伸直，防止弯曲、折叠和贴附。

两对引导电极间距离应尽可能大。用刚能使神经干产生最大动作电位的刺激强度刺激神

经。

盖上屏蔽盒的盒盖并接地，防止干扰。

位于刺激电极和记录电极外侧端的神经干及棉线要尽量短，不可与盒底接触，更不要缠

绕在电极上。

肌肉与换能器的连接松紧适当。

给予刺激时，在按刺激器手动开关的同时，按下记录仪的“标记”， 记录刺激标记，用

于计算肌肉收缩的潜伏期。

每改变一次刺激频率后，应休息0.5-1 min, 每次刺激不要超过3-4 秒，以免标本疲劳。 实验过程中应常用任氏液润湿标本，以免影响神经和肌肉活性。

实验改进：

目前使用的屏蔽盒，使得神经标本与电极接触不是特别良好，电极上的神经标本与电

即会悬空又会下垂，还要不断用仁氏液润湿。因而考虑将电极搭载在有机玻璃盒上。中间设一个长标本槽，标本放在标本槽里，里面盛任氏液。同时固定两电极之间的距离，方便测神经传导速度，增加电极数，以适应神经的长度。

另外，生理课上提到，动作电位实际上和神经外的K+，Na+ 浓度有关，因而改变仁氏液的离子浓度，利用

通道阻碍毒素，可以研究神经动作电位的形成。

【参考文献】

魏香 等著.生理学实验指导