电刺激对肌肉收缩强度的影响.doc

实验名称：不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响
人体生理学实验

一、实验目的
1.学习神经—肌肉实验的电刺激方法及肌肉收缩的记录方法。
2.观察刺激强度与肌肉收缩反应的关系。
3.观察不同频率的阈上刺激引起肌肉收缩形式的改变及关系。
二、实验原理
肌肉、神经和腺体组织称为可兴奋组织，它们有较大兴奋性。不同组织、细胞的兴奋表现各不相同，神经组织的兴奋性表现为动作电位，肌肉的兴奋性主要表现为收缩活动。因此观察肌肉是否收缩可以判断它是否产生了兴奋。一个刺激是否能使组织发生兴奋，不仅与刺激形式有关，还与刺激时间、刺激强度有关。
三、实验材料与设备
蛙、任氏液、常用手术器械、粗剪刀、蛙板、蛙钉、棉线、大头针、锌铜弓、张力换能器、双凹夹、三角支架、保护电极、一维位移微调器、RM6240C型多道生理信号采集处理系统。
四、实验方法与步骤
1.实验系统连接和参数设置
换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入通道相连接。启动RM624C型系统软件，进入系统软件窗口，设置仪器参数。
2.蛙坐骨神经腓肠肌的标本制备
（1）毁脑脊髓
（2）剥去蛙一侧下肢自大腿根部起的所有皮肤，然后将标本固定于蛙板上。
（3）从大腿背内侧的股二头肌与半膜肌之间分离出坐骨神经，并用蘸有任氏液的锌铜弓测试坐骨神经与腓肠肌连接的完整性，除去大腿上其他肌肉组织。
（4）分离腓肠肌的跟腱，穿线结扎并连同扎线将跟腱剪下，一直将腓肠肌分离至膝关节。
（5）将腓肠肌跟腱的扎线固定在张力换能器的悬臂梁上，腓肠肌平放在蛙板上，拉线绕过滑轮，调节换能器、三角架的位置，使拉线处于适宜的拉伸状态并垂直于水平面。
（6）将分离的坐骨神经放在刺激电极上，保证神经与刺激电极的良好接触。
五．观察项目
1.刺激强度对骨骼肌收缩的影响
刺激强度从0.1V逐渐增大，强度增量0.05V，连续记录肌肉收缩曲线。记录阈刺激和最大刺激值，测量每一刺激强度所对应的肌肉收缩张力，测量最大刺激时肌肉的收缩期和舒张期时间。
2.刺激频率对骨骼肌收缩的影响
刺激频率按1Hz、2Hz、3Hz、4Hz、……、30Hz逐渐增加，连续记录不同频率时的肌肉收缩形态和张力变化。观察测量各刺激频率所对应的肌肉收缩最大张力。
六、实验数据
（1）刺激强度对骨骼肌收缩的影响

表1 刺激强度与腓肠肌收缩幅度
实验项目 收缩幅度（g）

0.02 0
刺激强度（V）
0.07 0
0.12 0
0.17 0.200
0.22 0.288
0.27 0.290
0.32 0.300
0.37 0.302
0.42 0.302
0.45 0.302
0.52 0.302
0.57 0.302

在本实验中可观察得出，当电刺激从0.02V增大到0.12V时，蛙腓肠肌没有出现明显变化，当到了0.17V的刺激强度时，肌肉出现明显的收缩，逐渐增大刺激强度，可以观察到肌肉的抽搐程度加大，直到强度为0.37V时，肌肉收缩程度达到最大值，再增加刺激强度收缩幅度没有出现明显变化。

由该曲线图可知，当刺激强度未达到阈刺激强度时，肌肉不收缩，当刺激强度达到并超过阈刺激时，在一定强度范围内，随着对坐骨神经刺激强度的增加，腓肠肌的收缩幅度也逐渐增大。本实验中，测出阈刺激为0.17V，使肌肉刚好到达最大收缩幅度的刺激强度为0.37V。

（2）刺激频率对骨骼肌收缩的影响

表2 刺激频率与收缩形态、收缩最大张力

频率（HZ）
收缩形态
收缩最大张力
频率（HZ）
收缩形态
收缩最大张力
1
单收缩
0.22
16
不完全强直收缩
0.375
2
单收缩
0.23
17
不完全强直收缩
0.375
3
单收缩
0.18
18
不完全强直收缩
0.375
4
单收缩
0.17
19
不完全强直收缩
0.38
5
单收缩
0.17
20
强直收缩
0.381
6
单收缩
0.18
21
强直收缩
0.381
7
单收缩
0.20
22
强直收缩
0.383
8
单收缩
0.24
23
强直收缩
0.384
9
单收缩
0.25
24
强直收缩
0.385
10
不完全强直收缩
0.251
25
强直收缩
0.385
11
不完全强直收缩
0.251
26
强直收缩
0.401

12
不完全强直收缩
0.251
27
强直收缩
0.402
13
不完全强直收缩
0.251
28
强直收缩
0.402
14
不完全强直收缩
0.375
29
强直收缩
0.403
15
不完全强直收缩
0.375
30
强直收缩
0.405

由观察可知，当刺激频率较小，即在1Hz~10Hz之间时，肌肉表现为一个个的较明显的单刺激。当刺激频率到11Hz—19Hz时，此时再逐渐增加其频率，腓肠肌表现为不太完全强直收缩，当一次收缩还未完成时就开始另一次收缩。当刺激频率达到20Hz以上时，腓肠肌变为强直收缩，肌肉一直处于紧绷状态。

思考题：
坐骨神经—腓肠肌标本在受到电刺激时是否表现“全或无”的特性，为什么？
答：坐骨神经—腓肠肌标本在受到电刺激时表现“全或无”的特性。当腓肠肌受到大于或等于阈刺激的电刺激时，会在腓肠肌的某一细胞的神经纤维上产生神经冲动和动作电位，动作电位沿着神经纤维传导，使临近部位细胞产生兴奋，从而引起腓肠肌的收缩。但当刺激小于阈刺激时，刺激不能使神经纤维产生冲动和动作电位，那么肌肉就不会收缩。所以腓肠肌在受到电刺激时会表现出“全或无”的特征。