神经干复合动作电位的测定及影响因素.doc

神经干复合动作电位的测定及影响因素
徐策 20418002
浙江大学医学院生理教研室

摘要：目的：测定蟾蜍坐骨神经干复合动作电位参数、刺激强度与动作电位振幅和动作电位的传导速度，观察神经损伤、药物对神经兴奋传导的影响。方法：剥离蟾蜍坐骨神经干，应用微机生物信号采集处理系统测定动作电位。结果：中枢引导、末端引导的动作电位中，负相电位振幅均明显小于正相电位，而时程却明显读研正相电位。单相动作电位振幅与末端引导的动作电位无差异。阴极刺激与阳极刺激动作电位无明显差异。改变引导电极极性，只造成动作电位波形的反转；改变引导电极间距离，动作电位振幅增大。蟾蜍坐骨神经干动作电位阈刺激强度为0.30V最大刺激强度为1.01V，传导速度为20.01m/s。经KCl和Procaine处理后5min，正、负相电位幅度发生明显减小，正相电位时程有一定程度增加，而负相电位时程减少。结论：神经干复合电位受到刺激电压的极性、强度，引导电极的距离，神经细胞本身的阈刺激、最大刺激以及胞内外离子、离子通道等多种因素的影响。
关键词：神经干、复合动作电位

神经干动作电位是神经兴奋的客观表现。动作电位一经产生，即可向外周传播。神经干兴奋部位的膜外电位负于静息部位，二者之间出现一个电位差；当神经冲动通过后，兴奋处的膜外电位又恢复到静息水平。
将两个引导电极置于正常完整的神经干表面，当神经干的一端兴奋后，兴奋波会先后通过两个引导电极，可记录到两个相反方向的电位偏转波形，为双相动作电位。如果两个引导电极之间的神经组织有损伤，兴奋波只能通过一个引导电极，不能传导至第二个引导电极，则只能记录到一个方向的电位偏转波形，为单向动作电位。
坐骨神经干包括多种类型的神经纤维成分，记录到的动作电位是它们电位变化的总和，神经干动作电位是一种复合动作电位。动作电位在神经纤维上的传导也是有一定的速度的。
本实验通过测定蟾蜍神经干复合动作电位，来观察其影响因素，从而深入了解动作电位的产生。

1. 材料和方法
1.1. 动物 成年中华蟾蜍（雌雄不论）
1.2. 药品 任氏液、3mol KCl、4％ Procaine
1.3. 器材 蛙类手术器械、RM6240微机生物信号处理系统（成都仪器厂）、神经干标本盒
1.4. 蟾蜍坐骨神经干制备
捣毁蟾蜍脑及脊髓，去上肢盒内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。
蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。坐骨神经标本置任氏液中备用。
神经干标本盒两对引导电极分别接微机生物信号处理系统1、2通道。“实验”菜单中选择“生理科学实验”中的“神经干动作电位”进入实验状态。仪器参数：1、2通道时间常数0.02s、滤波频率1KHz、灵敏度5mV，采样频率：40KHz，扫描速度：0.5ms/div。单刺激激方式，刺激幅度1.2V，刺激波宽0.1ms，延迟5ms，同步触发。
将神经干标本小心置于神经干标本盒的电极上，神经与电极接触良好，调节刺激电压，记录动作电位。
1.4.1. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，测定中枢端引导的动作电位。
1.4.2. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，测定末梢端引导的动作电位。
1.4.3. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，在第一通道两电极间夹伤神经干，测定其动作电位。
1.4.4. 在最大刺激的条件下，反转刺激电极的极性测定神经干动作电位。
1.4.5. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，调换引导电极极性，观测动作电位的变化。
1.4.6. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，测定引导电极距离为10mm、20mm、30mm时神经干动作电位。
1.4.7. 在第一通道两电极间夹伤神经干，给予不同强度的刺激，测定动作电位的阈刺激强度及最大刺激强度。
1.4.8. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，在完整神经干上用3mol KCl处理，测定神经干动作电位。
1.4.9. 在刺激电压1.2V，刺激波宽0.1ms的条件下，在完整神经干上用4％ Procaine处理，测定神经干动作电位。

2. 结果
2.1. 中枢引导、末端引导的动作电位中，负相电位振幅均明显小于正相电位，但负相电位时程明显大于正相电位；单相动作电位的动作电位振幅与末端引导的动作电位正相振幅无明显差异，但时程明显增加（见表1）。

表1 蟾蜍坐骨神经干复合动作电位参数
Sample
Ac1(mV)
Ac2(mV)
Dc1(ms)
Dc2(ms)
Ap1(mV)
Ap2(mV)
Dp1(ms)
Dp2(ms)
Am(mV)
Dm(ms)
1
2
3
4
5
6
11.8
3.26
2.69
4.29
7.17
3.94
7.33
2.06
1.734
3.29
4.04
2.9
1.1
0.95
0.95
1.1
0.85
0.95
1.6
1.58
1.27
1.83
1.6
1.4
7.08
5.01
9.53
6
8.95
6.89
3.69
2.49
4.7
4.05
5.56
3.69
1.23
0.97
0.875
0.95
0.85
0.9
1.68
1.58
1.98
1.8
1.65
1.6
5.37
5.37
7.79
1.72
9.56
8.9
1.68
2
6
1.38
2.6
1.33
`x±s
5.52±3.44
3.56±2.03*
0.98±0.10
1.55±0.19##
7.24±1.72
4.03±1.04△△
0.96±0.14
1.72±0.15☆
6.45±2.90
2.50±1.78◇◇
*p<0.05 vs Ac1, ＃＃P<0.01 vs Dc1, △△P<0.01 vs Ap1, ☆P<0.05 vs Dp1, ◇◇P<0.01 vs Dp1

2.2. 阴极刺激及阳极刺激，正相电位振幅均大于负相电位；两种刺激未发现有明显差异（见表2）。改变引导电位极性，波形发生反转，但各相参数未发生改变。

表2 刺激极性对坐骨神经干动作电位振幅和的影响
Sample
阴极刺激动作电位振幅(mV)
阳极刺激动作电位振幅(mV)
A1
A2
A1
A2
1
2
3
4
5
6
12.12
9.32
9.53
3.48
7.60
7.38
7.30
5.74
4.70
2.81
4.10
4.07
8.82
9.57
11.80
4.48
9.43
8.30
6.25
5.57
7.06
2.55
5.48
4.70
`x±s
8.24±2.89
4.79±1.56*
8.73±2.40
5.27±1.55#
*P<0.05 vs 阴极A1, #P<0.05 vs 阴极A2

2.3. 改变引导电极间距离，20mm与30mm正相电位振幅均明显大于10mm，20mm和30mm正相电位振幅无明显差距；20mm负相电位较10mm有增大，但无明显差异，30mm负相电位与10mm相较，无明显变化（见表3）。

表3 引导电位间距离对坐骨神经干电位振幅的影响
sample
10mm
20mm
30mm
A1
A2
A1
A2
A1
A2
1
2
3
4
5
6
10.70
9.01
8.04
4.32
7.65
7.35
7.91
4.57
4.45
3.25
4.70
4.35
11.63
9.56
12.71
6.20
10.83
9.57
8.57
3.21
6.09
4.21
9.60
5.64
13.95
9.97
12.13
6.51
11.22
9.79
4.47
2.13
5.04
3.81
8.56
4.75
`x±s
7.84±2.11
4.87±1.58
10.08±2.26**
6.22±2.46
10.59±2.52**
4.79±2.12
**P<0.01 vs 10mm A1

2.4. 蟾蜍坐骨神经干动作电位产生的阈刺激强度为0.30V，最大刺激强度为1.01V(见表4)。刺激达到阈刺激，动作电位迅速增加，在达到最大刺激后，动作电位几乎不再发生变化（见图）。蟾蜍坐骨神经干动作电位传导速度为20.01m/s。

图 刺激强度与动作电位变化关系图

表4 蟾蜍坐骨神经干阈刺激、最大刺激和传导速度
Sample
Uth(V)
Umax(V)
V(m/s)
1
2
3
4
5
6
0.35
0.21
0.27
0.41
0.25
0.32
0.99
0.7
1.3
0.84
0.85
1.4
6.76
12.9
33.3
33.3
16.78
17
`x±s
0.30±0.07
1.01±0.28
20.01±10.94

2.5. 完整坐骨神经干经过KCl处理后5min，正、负相电位幅度发生明显减小，正相电位时程有一定程度增加，而负相电位时程减少（见表5）。

表5 3molKCl对坐骨神经干动作电位振幅和时程的影响
Sample
Ap1(mV)
Ap2(mV)
Dp1(ms)
Dp2(ms)
C
5’
C
5’
C
5’
C
5’
1
2
3
4
5
6
3.15
9.37
11.20
5.57
5.23
4.85
0.65
0.73
0.00
6.84
0.55
5.48
1.58
6.22

9.38
3.81
2.38
2.87
0.00
0.00
0.00
0.40
0.00
1.66
2.00
0.80
0.63
1.00
1.00
1.00
2.08
1.52
0.00
1.30
1.80
1.02
1.33
1.48
16.00
2.02
2.10
2.00

0.00
1.73

1.27
`x±s
6.56±3.06
2.37±2.97*
4.37±2.93
0.34±0.66#
1.07±0.48
1.28±0.73
4.15±5.81
1±0.90
*P<0.05 vs Ap1C, #P<0.05 vs Ap2C

2.6. 完整坐骨神经干经过Procaine处理后5min，正、负相电位幅度发生明显减小，正相电位时程有一定程度增加，而负相电位时程减少（见表5）。

表6 4％Procaine对坐骨神经干动作电位振幅和时程的影响
Sample
Ap1(mV)
Ap2(mV)
Dp1(ms)
Dp2(ms)
C
5’
C
5’
C
5’
C
5’
1
2
3
4
5
6
7.29
5.08
10.9
8.46
6.3
6.73
5.48
1.954
2.65
1.258
1.34
6.99
4.09
2.17
4.87
5.03
2.63
2.98
0
0
0.379
0
1.3
0
0.85
1.13
1.9
0.95
0.95
1
1.9
2.52
1
2
1.5
1.33
2
1.43
1.83
2.4
2.2
2

0.9
0
0
0
`x±s
7.4±2.03
3.2±2.39*
3.63±1.21
0.28±0.52##
1.13±0.39
1.71±0.54
1.98±0.33
0.22±0.45
*P<0.05 vs Ap1C, ##P<0.01 vs Ap2C

3. 讨论
本试验选取的坐骨神经干是由许多条独立的神经纤维组成的神经束，由于各条神经纤维的长度不同以及在神经干剥离的过程中可能造成的损伤，因此有可能是末端引导的动作电位的幅值小于中枢引导的动作电位幅值的原因，但其动作电位时程基本是相同的，可以猜想完整的各神经纤维长度相同的神经干其中枢引导的动作电位与末端引导的动作电位应该是一致的。完整的复合电位其正相电位因为有负相电位的干扰，往往比单独的正相电位要小，而单相动作电位就无负相电位的干扰，本试验在夹伤的神经干上，测得的单相动作电位的振幅与完整的无差别，这可能与夹伤神经干的过程中移动了神经干的位置从而造成其动作电位发生改变有关。
细胞在静息的情况下其膜电位表现为内负外正，如果在细胞外给予阴极刺激，会造成胞外膜电位负值变小，从而造成膜内外电位差减小进而导致细胞膜的去极化，最终产生一次动作电位；如果在细胞外给予阳极刺激，会造成胞外膜电位负值增大，使膜内外电位差增大，最终造成超极化而无法产生动作电位。本实验中阴极刺激与阳极刺激无差别，可能与刺激电压超过最大刺激电压有关，此时神经干表现的已不是动作电位。改变引导电位极性，动作电位仅仅是波形发生反转，其余均未发生改变，说明引导电位极性仅仅影响波形的相对形状，对于动作电位负值和时程的产生和改变无作用。但是改变引导电位之间的距离会造成动作电位幅度的增大，这是因为引导电位间距离小于动作电位，使得各神经细胞动作电位交叠造成抑制从而导致复合动作电位幅值减小，随着引导电位距离的增大，动作电位抑制程度变小，使得复合动作电位幅值逐渐增大，直到引导电位距离达到一个完整的动作电位长度时，复合动作电位幅值不再增加。本实验基本复合这个变化，但在30mm与20mm无差异，有可能是已经达到动作电位长度，也有可能与各条神经纤维的长度不同以及在神经干剥离的过程中可能造成的损伤有关。
本实验中，复合动作电位在达到阈刺激前基本为0，达到阈刺激，复合电位迅速增加，在达到最大刺激后，复合动作电位不再变化。这与动作电位的“全或无”的特性有关，低于阈刺激，没有细胞产生动作电位，所以复合动作电位基本为0；达到最大刺激，所有细胞均产生动作电位，复合电位不再变化，在阈刺激和最大刺激之间，不是所有的细胞都产生动作电位，所以复合动作电位会随着刺激的增加而增加。
KCl和Procaine间接或直接抑制Na+通道的激活，从而造成复极时Na+回复减慢或抑制，直接表现就是负相电位的减小，从而对正相电位的影响减小，最终表现为正相电位幅值的增大极负相电位幅值的减小，正相电位时程增大而负相电位时程减小。本实验中，经KCl或Procaine处理后正相电位幅值明显减小，这可能与药物过量造成神经干兴奋性降低有关。
可见，神经干复合电位受到刺激电压的极性、强度，引导电极的距离，神经细胞本身的阈刺激、最大刺激以及胞内外离子、离子通道等多种因素的影响。

参考文献
[1] 陆源，夏强.生理科学实验教程.杭州：浙江大学出版社，2004
[2] 姚泰.生理学（第五版）.北京：人民卫生出版，2001