骨骼肌收缩特性和收缩形式的观测
一实验目的
1 学习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 观察骨骼肌单收缩过程
4 观察肌肉收缩的总和以及强直收缩现象
二实验原理
1刺激腓肠肌时，不同的刺激强度会引起肌肉的不同反应。
能引起肌肉发生反应的最小刺激强度，为阈刺激。
随着刺激强度的增大，肌肉的收缩张力也相应增大，能引起肌肉产生最大收缩反应的最小刺激称为最适刺激强度。
2 当同等强度的连续阈上刺激作用于标本时，则出现多个收缩反应的叠加。
当新刺激落在前一次收缩的舒张期,即发生不完全强直收缩；当新刺激落在前一次收缩的收缩期, 即发生完全强直收缩。
三实验步骤
1 制备蛙的坐骨神经——腓肠肌标本
2 把标本通过张力传感器与生理信号采集系统相连
3 观察刺激强度与肌肉收缩反应的关系，确定阈值
4 观察骨骼肌单收缩的时程、总和的过程以及强直收缩现象
四实验结果及分析
本次实验所用的量程恒为10mv ，波宽恒为1ms
1阈值的确定
频率：1Hz
当初始刺激强度设为20mv时，没有引起肌肉收缩，此刺激为阈下刺激，如图1所示。
因此，20mv的基础上，每次逐渐增加0.5mv的强度去刺激肌肉，当刺激强度达到22.5mv 时，肌肉开始收缩，如图2所示，22.5mv为在此条件下引起该肌肉发生收缩反应的最小刺激强度，即阈值。
阈值并不是一个固定的参数，不同的细胞或同一细胞处于不同的功能状态，引起兴奋所需的阈值可能也有很大的不同。
阈值可作为衡量细胞或组织兴奋性的指标。
阈值越低则表明组织越易被兴奋，即兴奋性越高；反之，阈值越高，意味着兴奋性越低。
图1阈下刺激对骨骼肌收缩产生的影响
图2 阈刺激对骨骼肌收缩产生的影响
2 观察肌肉单收缩时程及最适刺激强度的确定（频率：1Hz ）
1）肌肉组织对于一个阈上强度的刺激，发生一次迅速的收缩反应，即单收缩。
单收缩的过程可分为三个时期：潜伏期、收缩期和舒张期。
分析80mv 的刺激引起的单收缩曲线，如图4，可见，该肌肉的潜伏期约35ms ，收缩期约占50ms ，舒张期约占65ms ，整个单收缩历时约0.115s 。
不同的肌肉的收缩时间长短不同，这主要由肌质网中ATP 酶的活性及胞质中Ca 2+的浓度决定。
2）先后以60mv 、80mv 、100mv 的强度刺激肌肉，分别得到如图3、图4、图5所示的收
缩曲线。
由图可知，在这三个数据中，80mv 引起的肌肉收缩反应是最大的。
因此，为了确定80mv 是否为最适刺激强度，在80mv 的左右邻近以5mv 为增量取若干个数据，当刺激强度小于80mv 时，肌肉的收缩力就随之下降，但当刺激强度大于80mv 时，肌肉的收缩力也小于80mv 时肌肉的收缩力，因此，可得出结论，80mv 为肌肉的最适刺激强度。
理论上，若80mv 为肌肉的最适刺激强度，则当刺激强度大于80mv 时，应出现3-4次同等高度的收缩曲线，本次实验看不到这种现象，可能是由于之前100mv 的刺激强度过大了，对神经有一定的损伤。
文件1
通道1 (V) -5
5
通道2 (mV)
-4
-2
0 2
4
9.5 10 10.5 11 11.5 2011-10-31 1:33:41.765 文件1
通道1 (V) -10
-5
5
通道2 (mV)
-4
-2
0 2
4
9.6 9.8 10 10.2 10.4 10.6 10.8 11 11.2 11.4 11.6 11.8 2011-10-31 1:28:23.890
文件1
通道1 (V )
通道2 (m V )图3 60mv 的刺激强度下肌肉产生的单收缩
图4 80mv 的刺激强度下肌肉产生的单收缩
图5 100 mv 的刺激强度下肌肉产生的单收缩
由此组实验可知，在刺激频率不变的条件下，改变刺激强度会对肌肉的收缩反应产生不同的影响。
随着刺激强度的增加，肌肉的收缩张力也相应增大，但当刺激强度增大到为最适刺激强度时，肌肉的全部肌纤维同时收缩，这时，再增大刺激，肌肉的收缩张力也不会随之加大。
文件1
通道1 (V) -5
5
通道2 (mV)
-5
0 5
9 9.5 10 10.5 11 2011-10-31 1:44:51.203
文件1
通道1 (V) -6
-4 -2 0 2 4
6 通道2 (mV)
-5
0 5
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2011-10-31 2:00:27.359
3 观察肌肉收缩的总和及强直收缩现象
1）如果给肌肉以连续的脉冲刺激，则肌肉的收缩形式将随刺激频率的高低而不同，当刺激间隔大于单收缩时程，因为每一个新刺激到来之时，由前一次刺激引起的单收缩过程已经结束，于是每次刺激只引起一次独立的单收缩。
设刺激强度为80mv，频率0.5Hz，波宽1ms 脉冲数5个，结果如图6所示，出现了5个分离的单收缩。
文件1
图6 蛙腓肠肌的连续单收缩曲线
由图6可见，在同一最适强度80mv的连续刺激下，肌肉的每个单收缩产生的张力并不完全相同，这主要是由于同一标本的最适刺激强度也会发生变化，可能肌肉发生每一次单收缩时所处的生理状态有微小差异，导致其最大收缩力的变化。
2）当刺激间隔小于单收缩时程而大于不应期，则出现两个两个收缩反应的重叠，即收缩的总和。
增大刺激频率，使刺激间隔大于一次肌肉收缩的收缩时间、小于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉产生不完全强直收缩；设刺激强度为80mv，频率5Hz，波宽1ms 脉冲数5个，结果如图7所示，肌肉不完全强直收缩，产生了锯齿形的收缩曲线。
文件1
图7 蛙腓肠肌的不完全强直收缩曲线
继续增加刺激频率，使刺激间隔小于一次肌肉收缩的收缩时间，则肌肉产生完全强直收缩。
在15Hz的刺激频率下，肌肉产生如图8所示的收缩曲线。
文件1
图8蛙腓肠肌的完全强直收缩曲线
在15Hz频率的刺激下，该肌肉应当产生完全强直收缩，理论上肌肉会出现持续的收缩状态，其收缩曲线上不会出现锯齿状的波动，但由于本次实验时间长达一个多小时，肌肉已经非常疲劳，坐骨神经也有所损伤，尽管我们给予肌肉足够的休息时间，它的机能也很难恢复到稳态，这从实验的最后阶段肌肉在没有受到电刺激的情况下依然有收缩现象（呈不断颤抖状）可以判断出来。
因此，在图8所示的完全强直收缩曲线上出现的锯齿形波，很可能是由于肌肉自己在没有电刺激的条件下发生了一次收缩，且其收缩发生在前一收缩的舒张期而导致的。
此组实验表明，在刺激强度相同时，肌肉收缩的形式与刺激频率有关。
当刺激频率较小，使刺激间隔大于一次肌肉收缩舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩；随着刺激频率的增大，会相继出现不完全强直收缩和完全强直收缩。
五注意事项
1.刺激之后必须让标本休息一段时间，约0.5～1 min。
实验过程中标本的兴奋性会发生改变，因此还要抓紧时间进行实验。
2.整个实验过程中要不断给标本滴加任氏液,防止标本干燥，保持其兴奋性。