生理實驗報告神經干復合動作電位

1、人體解剖及動物生理學實驗報告實 驗名稱神經干復合動作電位姓名學號系別組別同組姓名實驗室溫度20實驗日期2015年4月24日 一、 實驗題目蟾蜍坐骨神經干復合動作電位（CAP）A蟾蜍坐骨神經干CAP閾值和最大幅度的確定B蟾蜍坐骨神經干CAP傳導速度的確定C蟾蜍坐骨神經干CAP不應期的確定二、 實驗目的確定蟾蜍坐骨神經干復合動作電位（CAP）的（1）臨界值和最大值（2）傳導速度（3）不應期（相對不應期、絕對不應期）三、實驗原理神經系統(tǒng)對維持機體穩(wěn)態(tài)起著重要作用，動作電位（AP）是神經系統(tǒng)進行通信聯(lián)系所采用的信號，多個神經元的軸突集結成束形成神經，APs沿感覺神經有外周傳向中樞或沿運動神經由中樞傳向

2、外周。坐骨神經干由上百根感覺神經和運動神經組成，分別聯(lián)系腿部的感受器和效應器（骨骼?。?。如果電刺激一根離體的坐骨神經干，通過細胞外引導方式，就能記錄到神經干復合動作電位（CAP）。一個CAP是一系列具有不同興奮性的神經纖維產生的多個AP的總和。刺激強度越愛，興奮的神經纖維數目就越多，CAP的幅度也就越大。與胞內引導得到的單細胞AP相比，CAP是雙相電位，逐級遞增（非全或無），并且幅度較小。閾電位是指一個剛剛能觀測到的CAP，所對應的刺激為閾刺激。在一定范圍內增加刺激強度，CAP幅度相應增大。最大CAP所對應的最小刺激電位即最大刺激。動作電位可以沿神經以一定的速度不衰減地傳導，傳導速度的快慢基于

3、多種因素，這些因素決定了生物體對其壞境的適應性。它們包括神經的直徑、有無髓鞘、溫度等等。神經在一次興奮過程中，其興奮性將發(fā)生一個周期性的變化，最終恢復正常。興奮的周期性變化，依次包括絕對不應期、相對不應期等等。絕對不應期內，無論多么強大的刺激都不能引起神經再一次興奮；相對不應期內，神經興奮性較低，較大的刺激能夠引起興奮。絕對不應期決定了神經發(fā)放沖動（動作電位）的最高頻率，保證了動作電位不能疊加（區(qū)別于局部電位），以及單向傳導（只能有受刺激部位向遠端傳導，不能返回）的特性。不應期的產生依賴于細胞膜上特定離子通道的特點，如鈉、鉀離子通道。四、實驗方法蟾蜍坐骨神經標本的制作1. 雙毀髓處死蟾蜍后，剝

4、去皮膚，暴露腰骶叢神經，游離大腿肌肉之間的坐骨神經干及其下行到小腿的兩個分支：脛神經和腓神經，三段結扎，剪去無關分支后離體。注意保持神經濕潤。2. 將神經搭于標本盒內，保證神經與電極充分接觸，中樞端接觸刺激電極S1和S2，外周端接觸記錄電極R1-R2，之間接觸接地電極。3. 刺激輸出線兩夾子分別連接標本盒的刺激電極S1和S2，插頭接生物信號采集系統(tǒng)RM6240的刺激輸出插口；信號輸入倒顯得紅色和綠色夾子分別連接記錄電極（綠色夾子在前，引導出正向波形，即出現(xiàn)的第一個波峰向上），黑色夾子連接接地電極，插頭接通道1.A. 蟾蜍坐骨神經干復合動作電位（CAP）臨界和最大幅度的確定（1） 打開信號采集軟

5、件，從“實驗”菜單中選取“神經干動作電位”，出現(xiàn)自動設置的界面，各項參數已設置好，界面中只有一個采集通道，對應儀器面板上的通道1（因此信號輸入線應連接在通道1）。（2） 確定裝置是否正常工作，以及神經是否具有活性。采用較大的刺激強度，1V，刺激時程0.2ms，延時5ms，刺激模式為但刺激。選擇“同步觸發(fā)”，按下“開始刺激”后，正常情況下屏幕上會出現(xiàn)一個雙相電位即CAP。（3） 快速降低刺激強度，確定CAP的閾電位。記錄刺激閾值及CAP幅度（波峰與波谷之間的差值）。（4） 以0.05V或更小的間隔，逐漸增大刺激強度，觀察CAP幅度的變化，同時，記錄刺激電位及對應的CAP幅度，直到CAP達到穩(wěn)定，

6、即最大值（神經標本在正常生理活性時，1V以內的刺激強度即可引起最大的CAP）。B. 蟾蜍坐骨神經干復合動作電位（CAP）傳導速度的確定（1） 從“實驗”菜單中選取“動作電位傳導速度”，界面出現(xiàn)兩個采集通道，對應通道1和通道2，因此采用兩對引導電極R1-R2和R3-R4，同時輸入兩道信號。（2） 使用單刺激模式，調整刺激強度，使產生最大CAP。（3） 測量兩個通道顯示的動作電位起點的時間差。（4） 測量R1和R3之間神經的長度。（5） 重復步驟1-4至少三次。（6） 計算傳導速度：傳導速度=D（mm）/T（ms）（7） 計算幾次重復測量得到的傳導速度的平均值（Mean）和標準誤（SEM）。C.

7、蟾蜍坐骨神經干復合動作電位（CAP）不應期的確定（1） 采用雙刺激模式，刺激條件相同，產生一對幅度相同的最大的CAP。（2） 逐漸減小兩刺激間隔，直到第二個CAP幅度剛剛開始減小，即進入相對不應期。此波間隔與絕對不應期之差即為相對不應期。（3） 繼續(xù)減小間隔，直到第二個CAP剛剛完全消失，此間隔即為絕對不應期。（4） 重復步驟1-3至少三次。（5） 計算絕對不應期和相對不應期的均值（Mean）及標準誤（SEM）。五、實驗結果A蟾蜍坐骨神經干CAP閾值和最大幅度的確定圖1. 蟾蜍坐骨神經干CAP的閾電位（當前刺激強度為0.16V）圖2. 蟾蜍坐骨神經干CAP的最大幅度2.28mV（當前刺激強度為

8、0.70V）表1.蟾蜍坐骨神經干CAP隨刺激強度的變化數據實驗次數刺激強度（V）CAP（mV）實驗次數刺激強度（V）CAP（mV）10.912.08070.492.03020.842.07080.421.84230.772.04090.351.72040.702.280100.281.20050.632.080110.210.57060.562.013120.140.000根據上表可繪制下圖，曲線圖能更加直觀的顯示蟾蜍坐骨神經干CAP隨刺激強度增加的變化趨勢。圖3 蟾蜍坐骨神經干CAP隨刺激強度的變化曲線圖由以上圖表可知，當刺激強度為0.16V時，剛好能觀察到一個CAP；之后隨著刺激強度增大，

9、動作電位的幅度也就越來越大；當刺激強度達到0.70V時，CAP達到最大，為2.280mV；繼續(xù)增大刺激強度，動作電位的幅度就不會增大了，而是略微降低。由此可得在一定范圍內，坐骨神經干復合動作電位的幅度隨著刺激強度增大而增大。但當刺激強度超過一定范圍后，坐骨神經干復合動作電位就不再增大了。神經干是混合纖維，包含著多種興奮性不同的神經。閾強度的刺激剛剛可以引起其中一些興奮性較高的纖維產生動作電位，隨著刺激強度的增加，其余興奮性較低的纖維陸續(xù)產生動作電位。當刺激超過頂強度時，全部神經纖維產生動作電位。所以神經干的動作電位會隨著刺激的增大而增大，直到產生最大動作電位。 B蟾蜍坐骨神經干CAP傳導速度的

10、確定圖4. 某次神經干興奮傳導速度的測定圖表2. 蟾蜍坐骨神經干傳導時間記錄數據R1、R3電極間距離傳導時間差t（ms）傳導速度（mm/ms）平均值（mm/ms）標準誤120mm0.9521.0524.3351.935220mm0.9521.05320mm0.7526.67420mm0.728.57 由上表數據可計算出標準差為3.87，標準誤為1.935，證明各組平行實驗間誤差并不大，得到的實驗結果較為準確。C蟾蜍坐骨神經干CAP不應期的確定圖5.雙刺激下剛剛進入相對不應期內的神經干CAP圖圖6. 雙刺激下剛剛進入絕對不應期內的神經干CAP圖表3.蟾蜍坐骨神經干相對不應期和絕對不應期的測量數據

11、相對不應期（ms）絕對不應期（ms）18.11.127.20.534.80.5Mean6.70.7SEM1.590.20 減小刺激間隔，直到第二個CAP開始減小，表明第二個刺激進入了前一次興奮的相對不應期，可得當第二個CAP剛剛開始減小時的刺激間隔平均值為6.7ms，所以相對不應期為6.7ms，但其標準誤為1.59，表明各組平行實驗間差距較小，實驗效果較好。蟾蜍坐骨神經干CAP的絕對不應期其平均值為0.7ms，且三組平行實驗的標準誤為0.20，表明各組平行實驗間差距很小。本次實驗誤差可能原因為實驗時間較長，未及時將神經標本浸泡在任氏液中，導致神經失活。三、 分析與討論1、對比動作電位，分析神經

12、干復合動作電位（CAP）的特點，并解釋其隨刺激幅度變化而變化的現(xiàn)象。神經干動作電位振幅隨刺激電壓增加而增高,不具有“全或無”性質。神經干動作電位是由許多這種興奮性不同的單根神經纖維的動作電位綜合成的復合性電位變化。一根神經纖維在受到閾值以上刺激產生動作電位不隨著刺激強度增大而增大，但是坐骨神經干是有許多神經纖維組成的，在受到閾值以上刺激時，由于引起不同數目神經纖維產生動作電位，隨著刺激強度增大，神經纖維產生動作電位的數目也越多，動作電位的幅度也就越大，當全部神經纖維都產生動作電位時，動作電位的幅度就不會增大了。故在一定范圍內，坐骨神經干動作電位的幅度隨著刺激強度增大而增大。2、分析解釋測量神經

13、傳導速度的實驗中通道2和1所記錄的CAP的不同之處；分析蟾蜍坐骨神經干中所包含的神經纖維種類及其傳導速度，判斷所測定的纖維類型，分析實驗中可影響傳導速度數值的因素。（1）通道2記錄的CAP的幅度小于通道1記錄的CAP幅度。坐骨神經中樞端的神經纖維多，越向外周端神經纖維越少，而通道2電極位于外周端，通道1電極位于中樞端。所以通道2處發(fā)生興奮的神經纖維比通道1興奮的神經纖維少，所以幅度比通道1小。（2）不同類型的神經纖維傳導速度不同，其傳導速度主要受神經纖維的直徑、內阻及有無髓鞘的影響。蛙類的坐骨神經干屬于混合性神經，其中包含有粗細不等的各種纖維，其直徑一般為3-29m，其中直徑最粗的有髓纖維為A

14、類纖維，它是蛙神經的主要組成部分，傳導速度在正常室溫下為35-40m/s。蟾蜍的坐骨神經是混合神經，由實驗測得神經纖維的傳導速度是24.335m/s，可知其神經纖維主要類型是A類神經纖維。（3）實驗中可影響傳導速度數值的因素：a) 分離坐骨神經時不小心使用了鐵質的解剖針、鑷子等，而不是玻璃分針，導致分離出來的神經的活性不是很好，受到了損傷；b) 離體的神經暴露在空氣中很容易干燥，生物活性受到影響；c) 神經由于受到連續(xù)刺激，活性下降。d) 實驗中神經是否剝離干凈以及完整會影響其興奮傳導速度e) 環(huán)境溫度等也會影響神經活性，從而影響其興奮傳導速度。3、分析不應期之內 CAP變化的原因； 不應期可

15、分為絕對不應期和相對不應期，在絕對不應期內，無論給以多大的刺激，CAP都不會改變，而在相對不應期內， CAP仍然會改變，只是所需的刺激強度更大。 絕對不應期產生的原因：鈉通道激活后必須首先進入失活狀態(tài)，然后才逐漸由失活狀態(tài)恢復到關閉狀態(tài)，以備下一次激活。它不能由激活狀態(tài)直接進人關閉狀態(tài)。動作電位產生過程中是由鈉通道激活導致鈉離子內流，所以第一次興奮后，鈉通道由激活狀態(tài)進人失活狀態(tài)后，這時無論給予其多么強大的刺激，均不能引起其再次開放，即引起新的動作電位。 相對不應期產生的原因：在絕對不應期之后， Na離子通道部分開放，Na離子內流，細胞的興奮性逐漸恢復，但仍低于原水平，受刺激后可發(fā)生興奮，但刺

16、激強度必須大于原來的閾強度。而且由于通道活性未達到正常水平，所以第二個動作電位幅度小于會正常值。4、分析電生理實驗中細胞外記錄和細胞內記錄在方法學、所獲信號以及應用方面的不同之處。細胞外記錄是指不用刺入細胞，只放在細胞表面或附近組織即可記錄的技術；細胞內記錄則是要刺入細胞內部進行記錄。由于電極不刺入細胞，細胞外記錄不會對細胞造成傷害，對于非常小的細胞以及血壓、呼吸活動引起震動較大的在體情況下，難以用細胞內記錄時使用細胞外記錄是非常實用的。而細胞內記錄對儀器要求更加精準，可準確測定膜電位以及記錄突觸等微觀結構的活動。所以細胞外記錄主要利用可興奮組織如神經、肌肉等的生物點現(xiàn)象，觀察組織細胞的正常功能、病理及藥物變化，如腦電圖等就是細胞外記錄的重要應用。而細胞內記錄是生理學發(fā)展到細胞水平后，研究神經、肌肉等細胞基本生物特性的有利手段，如利用微電極技術將電極插入細胞膜內，用于測量膜電位、EPSP 、IPSP等。5、分析實驗中出現(xiàn)和應該注意的問題（1） 分離坐骨神經時，避免過度牽拉神經，且需將周圍的結締組織去除干凈。（2） 用棉線結扎神經時，棉線不要留的太長，以免干擾信號；（3） 分離后的神經和肌肉要隨時保持濕潤，避免用手或鑷子觸碰神經，肌肉如果太干 燥，又在強烈電刺激下， 很可能痙攣，這樣不僅損傷了神經和肌肉，也導致實驗很難進行下去。（4） 實驗過程中要經常用任氏液濕潤標本，每