骨骼肌單收縮 刺激強(qiáng)度與反應(yīng)

1、實驗內(nèi)容 實驗要求進(jìn)一步學(xué)習(xí)、掌握刺激器的使用；熟習(xí)張力傳感器的使用。 實驗的背景知識與實驗原理 1. 肌肉標(biāo)本收縮現(xiàn)象的描記 利用刺激器可誘發(fā)蛙的離體神經(jīng)肌肉標(biāo)本發(fā)生興奮收縮現(xiàn)象，可利用適當(dāng)?shù)膮?shù)和圖形，客觀、詳細(xì)、準(zhǔn)確地描述肌收縮的生理現(xiàn)象與隨時間變化的過程。 骨骼肌受到一次短促的閾上刺激時，先是產(chǎn)生一次動作電位，緊接著出現(xiàn)一次機(jī)械收縮，稱為。收縮的全過程可分為潛伏期、收縮期和舒張期。在一次單收縮中，肌峰電位的時程（相當(dāng)于絕對不應(yīng)期）僅12毫秒，而收縮過程可達(dá)幾十甚至上百毫秒（蛙的腓腸肌可達(dá)100毫秒以上）。 2. 張力換能器 換能器是一種能將機(jī)械能、化學(xué)能、光能等非電量形式的能量轉(zhuǎn)換為電

2、能的器件或裝置，并線性相關(guān)。利用理化性質(zhì)和理化效應(yīng)制成的換能器種類繁多，原理各異。 張力換能器是一種能把非電量的生理參數(shù)如力、位移等轉(zhuǎn)換為電阻變化的間接型傳感器，屬于電阻應(yīng)變式傳感器。通常由彈性元件、電阻應(yīng)變片和其他附件組成。張力換能器 彈性元件采用金屬彈性懸梁，可根據(jù)機(jī)械力的大小選用不同厚度的彈性金屬。彈性懸梁的厚度不同，張力換能器的量程亦不同。兩組應(yīng)變片R1、R4及R2、R3分別貼于梁的兩面。兩組應(yīng)變片中間接一只調(diào)零電位器，并用56V直流電源供電，組成差動式的惠斯登橋式電路（非平衡式電橋），如圖所示。圖. JZ100型張力換能器結(jié)構(gòu)示意圖 惠斯登橋式電路圖. 張力換能器應(yīng)變片粘貼示意圖 輸

3、出電壓值與應(yīng)變片所受力的大小成正比，即力的變化轉(zhuǎn)換成電橋輸出電壓的變化。此電信號經(jīng)過記錄儀器的放大處理，就能描記出肌肉收縮變化的過程。 實驗時，根據(jù)測量方向?qū)Q能器用“雙凹夾”固定在合適的支架上。但由于雙凹夾在支架上移位不方便，很難在小范圍內(nèi)做出精細(xì)的移位；移位不當(dāng)，可能引起標(biāo)本的損傷和換能器的損壞。 故現(xiàn)多采用“一維微調(diào)固定器”，由上下位置調(diào)節(jié)鈕控制，可在小范圍內(nèi)（上下）精細(xì)的移位。這不僅方便了實驗操作，也有利于前負(fù)荷的控制。 測量的方向，即力與位移的方向，要與張力換能器彈性懸梁的前端上下移動的方向保持一致（即與橫梁成90度）。使能量轉(zhuǎn)換和線性關(guān)系良好，符合張力換能器設(shè)計與使用上的要求。 張

4、力換能器在使用中要注意 ： （1）記錄肌肉收縮類實驗指標(biāo)時，張力換能器金屬彈性懸梁外露的前端向下移位（下拉），收縮曲線為正立的，即肌收縮時，基線上移，舒張時下移，較為符合一般描記觀察的習(xí)慣。 一般張力換能器的調(diào)零電位器設(shè)計為暗調(diào)節(jié)，為了方便使用，其暗一般張力換能器的調(diào)零電位器設(shè)計為暗調(diào)節(jié)，為了方便使用，其暗調(diào)節(jié)孔朝上，故張力換能器有暗調(diào)節(jié)孔的一面為上調(diào)節(jié)孔朝上，故張力換能器有暗調(diào)節(jié)孔的一面為上 。 （2）在使用時，彈性梁和超量加載。張力換能器的彈性梁屈服極限為規(guī)定量程的23倍，如50g量程的張力換能器，在施加了150g力后，彈性懸臂梁將不能恢復(fù)其形變，換能器被損壞。 （3）換能器內(nèi)部。張力換能

5、器內(nèi)部沒有經(jīng)過防水處理，水滴入或滲入換能器內(nèi)部會造成電路短路，損壞換能器。 （4）換能器與記錄儀或生理信號采集處理系統(tǒng)配合使用時，為了精確測量，需要和定標(biāo)（自動平衡類產(chǎn)品不需換能器調(diào)零）。 3. 影響骨骼肌收縮效能的因素 肌細(xì)胞最本質(zhì)的功能是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，產(chǎn)生張力和縮短。肌肉收縮效能（performance contraction）表現(xiàn)為收縮時產(chǎn)生的張力和/或縮短程度（shortening），以及產(chǎn)生張力或縮短的速度（velocity）。 橫紋肌的收縮效能由收縮前或收縮時承受的、自身的和效應(yīng)等因素決定的。（所謂總和指骨骼肌收縮的疊加效應(yīng)） 通過收縮的總和，骨骼肌可快速調(diào)節(jié)其收縮強(qiáng)度，而

6、心肌則不會發(fā)生總和。由于在體的骨骼肌的收縮是受神經(jīng)控制的，故收縮的總和是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下完成的。它有兩種形式，即運動單位數(shù)量的總和與頻率效應(yīng)的總和。 4. 刺激強(qiáng)度與骨骼肌收縮反應(yīng) 利用電脈沖刺激離體的神經(jīng)肌肉標(biāo)本，可觀察到收縮總和的現(xiàn)象。實驗證明刺激增加，參與收縮的運動單位增加，收縮的強(qiáng)度亦增加。刺激支配腓腸肌的坐骨神經(jīng)或直接刺激腓腸肌時，不同的刺激強(qiáng)度會引起肌肉的不同反應(yīng)。當(dāng)全部肌纖維同時收縮時，則出現(xiàn)最大的收縮反應(yīng)。這時，即使再增大刺激強(qiáng)度，肌肉收縮的力量也不再隨之加大。可以引起肌肉發(fā)生最大收縮反應(yīng)的最小刺激強(qiáng)度為最適刺激強(qiáng)度。實驗操作一、制備標(biāo)本二、實驗裝置三、實驗觀察與記錄 1

7、. 單收縮的分析記錄 2. 刺激強(qiáng)度與收縮反應(yīng)一、剝制坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本二、連接裝置和儀器設(shè)備肌動器雙凹夾生理信號采集系統(tǒng)刺激輸出換能器腓腸肌肌槽（板） 刺激與骨骼肌收縮實驗裝置示意圖換能器正面（貼標(biāo)簽面或有平衡暗調(diào)節(jié)孔的一面）向上。一維微調(diào)器實實驗驗裝裝置置圖圖一維微調(diào)器，可將夾持的換能器上下輕微移位。張力換能器結(jié)扎跟腱的線與換結(jié)扎跟腱的線與換能器的懸梁端相連，能器的懸梁端相連，并保持垂直。并保持垂直。 此線的延展性應(yīng)小，盡量短些（15cm以內(nèi)），并適當(dāng)繃緊。松緊程度視零點偏移而定，即不可偏離太大，且注意記錄前調(diào)零（快速歸零）。 張力傳感器與輸入通道相聯(lián)，輸入信號類別選“張力”；調(diào)快掃描（

8、走紙）速度；打開刺激菜單，采用閾上刺激參數(shù)作單刺激，對骨骼肌單收縮進(jìn)行記錄。放大器的放大倍數(shù)（靈敏度）應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止波形出現(xiàn)“削頂”。若記錄曲線的基線嚴(yán)重偏離，應(yīng)對記錄系統(tǒng)“調(diào)零”（傳感器）。 1. 1. 單收縮的分析記錄單收縮的分析記錄三、實驗觀察與記錄 2. 刺激強(qiáng)度與反應(yīng)的關(guān)系 打開儀器系統(tǒng)的電源開關(guān)后，啟動儀器的計算機(jī)軟件界面，選擇實驗項目“刺激強(qiáng)度對骨骼肌收縮的影響”。調(diào)節(jié)延時至最小，波寬1ms，選擇“強(qiáng)度遞增單刺激方式”進(jìn)行刺激。放大倍數(shù)一般設(shè)為1020倍或靈敏度30g/div，濾波頻率為100Hz，掃描速度為1.0s/div。放大倍數(shù)、濾波頻率及掃描速度可根據(jù)實驗的具體情況

9、，在實驗?zāi)K默認(rèn)設(shè)置的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)。 極慢掃描速度下，大致相等時間間隔后，給以強(qiáng)度逐漸增加的單刺激 。直到確定出最適刺激強(qiáng)度后，停止刺激。每一單刺激的方波，波寬不變，調(diào)節(jié)其電壓幅度來改變刺激的強(qiáng)度。 啟動刺激，觀察到出現(xiàn)肌肉的最小收縮。測量收縮幅度并記下刺激強(qiáng)度，此時的刺激強(qiáng)度為閾強(qiáng)度。 按相同間隔逐漸增加刺激強(qiáng)度，觀察刺激強(qiáng)度與肌肉收縮反應(yīng)的關(guān)系。 當(dāng)刺激強(qiáng)度達(dá)到某一數(shù)值后，肌肉收縮幅度不再隨刺激增加而升高。記錄此時的收縮曲線和刺激強(qiáng)度。 起始刺激強(qiáng)度需要進(jìn)行調(diào)節(jié)步幅需要進(jìn)行調(diào)節(jié) 強(qiáng)度遞增刺激（單刺激）方式：儀器系統(tǒng)以程控方式設(shè)置的一種刺激方式，可在點擊“開始刺激”后，按基本設(shè)置參數(shù)自動以

10、強(qiáng)度遞增方式發(fā)出刺激脈沖。即自動的每刺激一次，強(qiáng)度遞增一次。刺激前，需確定初始刺激強(qiáng)度、組間延時，以及各組（次）刺激之間的強(qiáng)度增量。參數(shù)確定后，用鼠標(biāo)單擊刺激命令，系統(tǒng)即從初始刺激開始，按強(qiáng)度遞增方式發(fā)出一組組刺激，各組刺激之間的周期由組間延時參數(shù)確定。 由“默認(rèn)”改為“偏下” 腓腸肌刺激強(qiáng)度與骨骼肌收縮反應(yīng)的關(guān)系 閾刺激最適刺激1-1. 實驗結(jié)果的紀(jì)錄與分析 選定實驗項目后，在彈出的刺激器參數(shù)設(shè)置菜單中，首先將“強(qiáng)度遞增刺激”模式改為“單刺激”，刺激波寬設(shè)為1ms，并將默認(rèn)的刺激幅度適當(dāng)調(diào)高。 點“開始采集”快捷鍵，查看顯示屏上是否出現(xiàn)掃描線，進(jìn)一步“調(diào)零”和調(diào)節(jié)“掃描速度”。 在連線掃描的

11、基礎(chǔ)上，點“刺激”鍵，給予標(biāo)本單刺激，觀察標(biāo)本有無反應(yīng)，顯示屏上是否有收縮波出現(xiàn)。如果標(biāo)本沒有收縮反應(yīng)，在確定標(biāo)本活性正常的情況下，這時應(yīng)一邊增強(qiáng)刺激方波的電壓（刺激強(qiáng)度），一邊再刺激觀察，同時要注意，儀器有無正常的刺激輸出，刺激電極是否與標(biāo)本接觸良好。如果有收縮反應(yīng)，卻記錄不出收縮波形，則應(yīng)檢查換能器、采集系統(tǒng)、信號輸入連線等，并調(diào)節(jié)儀器靈敏度等參數(shù)，直到顯示出收縮波形。 在確定儀器、標(biāo)本、裝置等均無問題，能記錄到肌收縮波形的前提下，實驗條件不變，進(jìn)一步改變（減小）刺激電壓，測出刺激的“閾值”。 將刺激參數(shù)調(diào)回“強(qiáng)度遞增單刺激”的模式（組內(nèi)刺激脈沖數(shù)為1），以稍低于“閾值”的刺激電壓，作為起始刺激強(qiáng)度，再視標(biāo)本活性的高低，調(diào)整好刺激遞增的電壓值（步幅），可調(diào)小一些，反之，可將“步幅”調(diào)大一些。實驗觀察記錄前，按以下步驟進(jìn)行預(yù)試： 注意事項 1. 標(biāo)本興奮性必須良好，經(jīng)常