不同强度和频率的刺激对肌肉收缩的影响
摘要：目的 本实验学习观察不同刺激强度对肌肉收缩的影响，从而掌握阈刺激、阈上刺
激和最大刺激等概念。通过观察不同刺激频率对肌肉收缩的影响，从而了解强直收缩的机理。学会观察不应期，测量潜伏期，收缩期和舒张期的时间。学习微机生物信号采集处理系统的适用。 方法 制备离体坐骨神经腓肠肌标本，用不同的刺激强度和刺激频率观察对肌肉
收缩的影响。 结果 在不同刺激强度刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响实验中，刺激
波宽0.1ms 的单刺激，阈刺激强度为0.388±0.095 (V)，最大刺激强度为0.669±0.288 (V),阈强度刺激时的肌肉收缩力1.951±1.156(g)，显著低于最大刺激强度刺激时的肌肉收缩力11.697±9.022 (g)。在不同频率刺激刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响实验中，刺激波宽0.1ms ，最大刺激强度时，单收缩的刺激频率为4.14±0.378 Hz ，不完全强直收缩的刺激频率为5.14±0.378 Hz 至16±5.744 Hz,完全强直收缩的刺激频率为17±5.744 Hz 至20.571±4.429 Hz 。 结论 在阈刺激强度与最大刺激强度之间 ，腓肠肌的收缩力随着刺激强度的增大而增大，刺激强度大于最大刺激强度，腓肠肌的收缩力不再增大。在最大刺激强度下，随着频率刺激的逐渐增大，腓肠肌的收缩力不断增加，到完全强直收缩后，再增加刺激频率，腓肠肌的收缩力增大趋缓。
关键词：强度 频率 肌肉收缩
1. 材料与方法 1.1 实验对象 蟾蜍
1.2 实验器材 蛙类解剖手术器材、蛙钉、铁支架、微调固定器、张力换能器、培养
皿、RM6240生物信号采集处理系统。
1.3 实验药品和试剂 任氏液 1.4 方法
1.4.1 蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本制备。蟾蜍毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上；用剪刀从脊柱正中剪开，向下从耻骨联合剪开分成两个下肢标本，用玻璃分针分离脊柱傍的神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经，从大腿至腘窝分离坐骨神经，将神经干提起剪断分支。去除股骨上的肌肉，距膝关节1cm 剪断股骨，分离腓肠肌跟腱穿线结扎，剪断跟腱，游离腓肠肌，在膝关节剪去小腿其余办法，将坐骨神经－腓肠肌标本标本置任氏液中备用。 1.4.2 实验系统连接和参数设置
1.4.2.1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。
1.4.2.2 将张力换能器（50g 量程）用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。
1.4.2.3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。RM6420生物信号采集处理系统的刺激输出连接保护电极，启动RM6240生物信号采集处理系统。 1.4.2.4 参数设置。 “实验”菜单中选择生理科学实验中的“骨骼肌收缩”进入实验状态。仪器参数：1 通道时间常数直流，灵敏度3.75g ，滤波频率30Hz 、 采样频率：8KHz ，扫描速度：2.5s/div。单刺激激方式，刺激幅度0.05~2V，刺激波宽0.1ms ，延迟1ms 。
1.4.3 动作电位引导和骨骼肌收缩记录。 2. 观察项目
2.1 不同刺激强度对骨骼肌收缩的影响
2.1.1 点击RM6240菜单“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。
2.1.2 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的刺激强度，即最大
刺激强度。
2.2 最大刺激时，不同刺激频率对骨骼肌收缩的影响
2.2.1点击RM6240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. 。
2.2.2 选用最大刺激强度刺激，使刺激频率逐渐增加，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2-2-2）。
图2-2-2 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
3. 实验结果
3.1不同刺激强度刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响
最大刺激时的潜伏期时间为13.75ms 收缩期时间83.75ms, 舒张期时间488.75ms. 刺激波宽0.1ms 的单刺激，阈刺激强度为0.388±0.095 (V)，最大刺激强度为0.669±0.288 (V),阈强度刺激时的肌肉收缩力1.951±1.156(g)，显著低于最大刺激强度刺激时的肌肉收缩力11.697±9.022 (g) ，两者有显性差异（p
表3-1-1 不同刺激强度对腓肠肌收缩的影响 样本 1 2 3 4 5 6 7 x ±s
3.2刺激强度（U ）与肌肉收缩张力（T ）的关系
在阈刺激强度与最大刺激强度之间 ，腓肠肌的收缩力随着刺激强度的增大而增大， 刺激强度大于最大刺激强度，腓肠肌的收缩力不再增大，见图3-2-1。
表3-2-1 不同刺激强度对应的肌肉收缩张力
刺激强度U/v
0.25
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.80
阈刺激
强度（V ） 0.425
0.300 0.260 0.250 0.250 0.480 0.400 0.338±0.095
收缩张力（g ）
1.004 2.100 0.641 3.914 1.951±1.156
0.750 0.430 0.370 1.150 0.420 0.660 0.900
最大刺激
强度（V ）
收缩张力（g ）
28.150 5.350 8.060 2.650 16.460 4.870 15.939 11.697±9.022
0.669±0.288
注：*P=0.0295
肌肉收缩张力T/g 刺激强度U/v
1.004 1.081 1.099 1.165 1.282 1.345 1.381 1.455 1.608 1.678 1.733
0.85 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35
肌肉收缩张力T/g
1.848 2.05 2.23 2.34 2.48 2.65 2.63 2.63 2.63 2.63
图3-2-1
3.3不同频率刺激刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响
刺激波宽0.1ms ，最大刺激强度时，单收缩的刺激频率为4.14±0.378 Hz ，不完全强直收缩的刺激频率为5.14±0.378 Hz 至16±5.744 Hz,完全强直收缩的刺激频率为17±5.744 Hz 至20.571±4.429 Hz 。（*p(不完全强直和单收缩) 、**p（完全强直和单收缩）﹤0.05），见表3-3-1
表3-3-1 不同频率刺激刺激坐骨神经对腓肠肌收缩张力的影响
样本 1 2 3 4 5 6 7
单收缩 4.0 4.0
4.0 4.0 5.0 4.0 4.0
58.370 1.722 16.030 6.050 0.003
不完全强直 8.0 20.0 21.0 10.0 21.0 20.0 12.0 16±5.744
55.450 47.850 29.740 3.520 46.370 71.630 2.600
14.0 25.0 23.0 15.0 24.0 23.0 20.0
完全强直
收缩张力（g ）
88.710 62.070 36.540 4.510 52.220 100.940 6.110 50.157±37.462
频率（HZ ） 收缩张力（g ） 频率（HZ ） 收缩张力（g ） 频率（HZ ）
x ±s 4.14±0.378 14.75±20.022 36.750±26.156 20.571±4.429
注：*P=0.1026>0.05 **p=0.0492
随着频率刺激的逐渐增大，腓肠肌的收缩力不断增加，到完全强直收缩后，再增加刺激频率，腓肠肌的收缩力增大趋缓，见图3-4-1。
表3-4-1 不同刺激频率对应的肌肉收缩张力
刺激频率（HZ ） 收缩张力(g) 刺激频率(Hz) 收缩张力(g)
1 1.392 9 3.48
2 1.429 10 3.52
3 1.575 11 3.88
4 1.722 12 4.14
5 2.05 13 4.32
6 2.6 14 4.43
7 3 15 4.51
8 3.26
图3-4-1 4．讨论
4.1 在本实验中，腓肠肌的收缩运动依赖了以下三个原理：骨骼肌神经－肌接头处兴奋的传递、肌丝滑行原理、兴奋－收缩耦联。单个恒定时间的方波电压刺激坐骨神经干，电压低于阈值的强度刺激，坐骨神经干支配腓肠肌的神经纤维不发生兴奋，其所支配的肌细胞也不会发生兴奋和收缩。刺激电压达到阈强度时，坐骨神经干中阈值最低的神经开始兴奋，其所支配的运动单位的肌纤维兴奋并发生收缩，刺激强度逐渐增大，坐骨神经干中兴奋的神经纤维增加，兴奋和收缩的运动单位增加，收缩张力也增加。刺激电压达到使支配腓肠肌的神经纤维全部兴奋，腓肠肌全部的运动单位增加都兴奋并收缩，收缩张力达单收缩最大值。在最大刺激强度下，随着刺激频率的增高，腓肠肌收缩张力也逐渐增大。在强直收缩时，肌细胞连续兴奋，引起终池中的钙连续释放胞浆内的Ca2+浓度持续升高，使肌肉未完全舒张或未舒张时进一步收缩，使收缩张力逐渐增大，完全强直收缩时收缩张力达到了一个稳定的最大值
[3]
[1]
。
4.2 从各组实验所得的数据分析，可见各组间数据的差异性较大。导致最终的方差也会较大。而我们组所得的数据绘成图后，图3-2-1与理想状况有所差距。而图3-4-1所显示的结论较为理想。具体原因有以下几点。
4.2.1 此次实验为我们第一次生理学实验，因此，对于实验的操作尤其是蟾蜍坐骨神经－腓肠肌制备较为生疏，使得坐骨神经在空气中暴露的时间过长。此外，在实验操作过程中，难免有碰到坐骨神经的可能，这些都影响了实验结果。
4.2.2 在与换能器相连之后，由于没能很好的把握刺激强度等，因此有一定程度上的牵
拉，使得坐骨神经受损。由于实验操作的不熟练，前面几次的记录中没能得出实验数据。因此，不断地重复实验，而且没有让肌肉有一定的休息时间，导致了实验结果的误差及不准确性。
4.2.3 在数据记录过程中，由于腓肠肌不断收缩，因此，在实验过程中很难保持换能
器与标本连线的张力不变。影响了实验结果。
5. 参考文献
[1]. D . J.AIDLEY. 可兴奋细胞的生理学. 科学出版社. 北京.1983.9第1版. [2]. Mary A.B. 勃雷兹尔. 神经系统的电活动. 科学出版社. 北京.1984第1版. [3]. 姚泰. 生理学. 人民卫生出版社. 北京.2002.4第1版.
[4]. 陆源 夏强. 生理科学实验教程. 浙江大学出版社. 杭州.2004.8 第1版