肌肉占体重的40-50%.pdf

Lab#7 Human and Animal Physiology Lab College of Life Sciences,BNU 2009,Yingyu Sun 1Lab#7 Skeletal Muscle Physiology I.Introduction.-肌肉占体重的 40-50%。-肌肉收缩时释放能量的 20-30%用于做功，其余都以热量的形式散发。-机体产生的热量主要来自于骨骼肌系统。-骨骼肌系统除运动功能外，还负责维持机体的姿势。-机体内有多种多样的肌肉，其收缩快慢依赖于所执行的功能。眼肌收缩不超过 10ms，而腓肠肌收缩是其 3 倍长，大约 30ms。实验目的：确定肌肉收缩的 A.Threshold Level.Maximal Contraction.Stimulus Strength-Contraction Curve.B.Contraction Duration:(Latent Period,Shortening Period,Relaxation Period).C.Length-Force Curve.D.Relationship between Stimulus Frequency and Contraction.II.Dissection sciatic nerve-gastrocnemius muscle and setting up the acquisition system for stimulating and recording from the nerve-muscle.1.双毁髓处死动物后，剥去皮肤，暴露腰骶丛神经，游离大腿肌肉之间的坐骨神经及小腿的腓肠肌，注意不要将腓神经与腓肠肌分离。神经端结扎后，剪去无关分支后游离至膝关节处；肌肉端结扎在肌腱上，将腓神经也一起结扎，结扎线留长。保留膝关节，剪去腿骨，将标本离体。注意保持神经肌肉湿润。2用大头钉将标本的膝关节固定于标本盒 R2 和 R3 两记录电极之间的石蜡凹槽内，保证神经、肌肉与电极充分接触。神经中枢端接触刺激电极 S1 和 S2，肌肉接触记录电极R3 和 R4，之间接触接地电极。肌肉的结扎线从标本盒中穿出，连接张力换能器。注意连线尽量短，以减小阻力。在实验过程中，注意标本的休息：将神经搭在肌肉上，用浸湿了任氏液的棉花覆盖神经肌肉，保持湿润。但标本盒内避免有过多的液体，防止短路。3换能器插头接 RM6240B 通道 1。刺激输出线两夹子分别连接标本盒的刺激电极 S1 和S2，插头接 RM6240B 刺激输出插口。如果需要记录肌肉的动作电位，则在肌肉所搭置的记录电极上连接输入导线，注意接地，插头接 RM6240B 通道 2。III.Experimental procedures.IIIA.Relationship between stimulus strength and muscle contraction.一块肌肉由许许多多肌纤维组成。骨骼肌的收缩受到运动神经元的支配。单个运动神经元可支配多根肌纤维，一个运动神经元与它支配的所有肌纤维组成一个运动单位。不 Lab#7 Human and Animal Physiology Lab College of Life Sciences,BNU 2009,Yingyu Sun 2同的运动单位兴奋阈值不同。实验步骤：1 打开信号采集软件，从“实验”菜单中选取“刺激强度对骨骼肌收缩的影响”，出现软件自动设置的界面，各项参数已设置好，但需要将“采集频率”修改成“20kHz”，扫描速度仍然是“1.0s/div”界面的采集通道默认为 RM6240B 面板上的通道 1。刺激模式自动设置为强度递增刺激，起始强度为 0.02V，递增强度 0.01V。2 检查装置连接正确后，点击“开始记录”，屏幕出现扫描线，软件处于记录状态。（注意不要点击“开始示波”，在示波状态下，文件不能被保存。）如果此时，扫描线不在零点，需要调零：将换能器与标本盒的棉线放松，旋转换能器的调零钮，使基线恢复零点。3 将换能器连接的棉线拉直，如果基线偏移零位（肌肉被牵拉的程度会影响基线位置），不必去管（不必重新调零，测量时，将偏移量减去即可）。点击“开始刺激”，刺激器按一定时间间隔自动输出单个刺激方波，后一次比前一次强度递增 0.01V。将“刺激标注”激活，显示出每次发放的刺激的强度。屏幕上应该出现一系列由刺激触发的肌肉收缩曲线，同时可以观察到标本盒中肌肉的收缩。注意文件的保存。切记！不要移动标本盒与换能器的位置，即肌肉被牵拉的程度保持固定。（想一想：为什么？）此要求也适用于 IIIB 和 IIID。4 当收缩幅度不再变化时，停止刺激，停止记录。5 应用测量工具，确定收缩的阈水平和最大收缩。并确定最大收缩所对应的最小刺激强度（称为：最大刺激强度）。记录下收缩幅度，刺激和放大器的参数设置。（注意在测量时，需将波形适当展开，确保测量数据更准确。）6绘制刺激强度与肌肉收缩幅度之间的关系曲线（Stimulus/Response Curve）。IIIB.A single muscle twitch analysis.肌肉收缩的潜伏期是指，从刺激发放到肌肉收缩的时间，其中发生了多个生理过程。肌肉的收缩和舒张都需要消耗能量，肌肉相对于神经来说容易疲劳。实验步骤：1在 IIIA 的实验条件和软件界面下，将扫描速度改为 40ms/div，刺激器改用单刺激模式。选用 IIIA 实验中确定的最大刺激强度。2选中“同步触发”，点击“开始刺激”，产生最大的收缩曲线。3应用测量工具确定收缩的三个时期：潜伏期 Latent Period、缩短期 Shortening Period、舒张期 Relaxation Period。4重复步骤 2-3 至少三次。5计算几次重复测量得到的三个时期的平均值和标准误。IIIC.Relationship between muscles initial length and contraction force.肌肉收缩之前受到的拉力称为前负荷 Preload，它决定了肌肉在收缩前的长度，称为初长度 Initial Length。肌肉的初长度影响收缩产生的张力，这与肌小节中粗细肌丝之间的重叠程度有关。肌肉在最适初长度时，收缩产生张力最大。机体内，骨骼肌附着在骨骼上，具有最适初长度。Lab#7 Human and Animal Physiology Lab College of Life SciencesBNU 2009,Yingyu Sun 3实验步骤：1 实验界面及参数设置同 IIIB（注意：刺激强度为最大刺激强度）。2 点击“开始记录”（在取消刺激器的“同步触发”状态下），屏幕出现扫描线，人为调整换能器与标本盒的位置，即改变肌肉被拉伸的程度，使基线逐渐升高，即肌肉被牵拉的力（肌肉收缩的前负荷（单位：g）逐渐增大，肌肉的初长度Initial Length 逐渐增大。（注意：换能器的量程范围为 30g。）3 在一定的前负荷条件下，选择“同步触发”，点击“开始刺激”，出现相应的收缩曲线。4 测量并记录不同前负荷条件肌肉的收缩幅度。5 绘制出前负荷与收缩力之间的关系曲线。IIID.Relationship between stimulus frequency and muscle contraction.肌肉收缩是在兴奋的基础上产生的。骨骼肌动作电位峰电位时程非常短（1-2ms），绝对不应期时间很短，但兴奋引起收缩的时程很长（约 100ms），因此，骨骼肌的收缩可发生叠加（总和 Summation），产生不完全强直收缩（后一次刺激引起的收缩叠加在前一次收缩舒张期，在收缩曲线上仍能观察到每个收缩峰）和完全强直收缩（后一次刺激引起的收缩叠加在前一次收缩的收缩期，各收缩波完全融合）。完全强直收缩对应的最小刺激频率被称为临界融合频率 Critical fusion frequency。机体内，骨骼肌不存在单收缩，皆完全强直收缩。实验步骤：1打开信号采集软件，关闭通道 3 和 4，保留通道 1 和 2，分别对应肌肉收缩信号和肌肉动作电位信号。示波状态下修改参数设置：采集频率 20kHz；通道 1：通道模式为张力，扫描速度 400ms/div，灵敏度 7.5g，放大器时间常数设为直流，滤波频率 100Hz；通道 2：通道模式为生物电，扫描速度 400ms/div，灵敏度 2mv，放大器时间常数 0.001s，滤波频率 1kHz。刺激模式为连续单刺激，波宽 1ms，延时 20ms，阈上刺激强度即可，不必达到最大刺激强度，避免收缩幅度过大，超出换能器量程。2点击“开始记录”，软件进入记录状态，如基线不在零位，需要将换能器调零，方法如 IIIA，注意在棉线放松状态下调零。3记录过程中逐渐提高刺激频率，在一定的刺激频率下，点击“开始刺激”，刺激器按此频率连续发放刺激脉冲（如果不点击“停止刺激”，刺激器将一直发放刺激方波），肌肉出现相应的收缩。注意及时停止刺激，保证每一频率连续发放 10-20个刺激即可，避免让肌肉受到过长时间的刺激。但每次给定的刺激个数应始终保持一致，才能够有效进行收缩幅度的比较。4观察肌肉收缩的总和现象，确定肌肉收缩的最小融合频率，观察肌肉动作电位与收缩的关系。5测量并记录不同频率引起肌肉收缩的幅度。IV.References.生理学实验（第二版），解井田 赵静，高等教育出版社，2002 人体及动物生理学（第三版）王玢 左明雪，高等教育出版社，2009 MCB 404-Packet 1 of 2，Carl Malmgren，Spring 2006 Lab#7 Skeletal Muscle PhysiologyName(s):Section:Date:RT:A.Strength-Contraction RelationStim.Durat.(ms):Stimulus(v)Contraction(g)Notes0.020.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 00.020.040.060.080.10.120.14Contraction(g)Stimulus(V)Strength-Contraction Curve0.13Threshold level(g):Maximal Contraction(g):B.Single Muscle TwitchStimulus Strength(V):NotesContraction(g):To produce a maximal contractionStimulus Duration(ms):Replicate Latent Period(ms)Shortening Period(ms)Relaxation Period(ms)12345MeanSEM C.Length-Force RelationStimulus Strength(V):NotesTo produce a maximal contractionStimulus Duration(ms):Length(g)Contraction(g)0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 00.020.040.060.080.10.120.14Contraction(g)Stimulus(V)Strength-Contraction CurveLength-Force Curve3.004.506.007.509.0010.5012.00 D.Frequency-Contraction RelationStimulus Strength(V):NotesStimulus Duration(ms):Frequency(Hz)Contraction(g)251020300.00 0.50 1.00 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 Force(gLength(g)0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 ContractionFrequency-Contaction Curve