实验一：不同频率的刺激对肌肉收缩的影响
浙江中医药大学第三临床医学院
关键词：刺激；强度；频率；腓肠肌
一．实验目的：
本实验在保持足够的刺激时间（脉冲波宽）和刺激强度（脉冲振幅）不变的条件下，通过不同频率电脉冲刺激蟾蜍离体坐骨神经，观察腓肠肌收缩活动的改变。
二．实验材料：
（1）实验对象：蟾蜍
（2）实验工具：蛙板、锌铜弓，探针，粗剪刀、尖镊子、玻璃分针、瓷碗、培养皿
（3）实验试剂：任氏液
（4）实验仪器：铁支架、微调固定器、刺激输出线、肌动槽、张力换能器、RM6240微机生物信号采集系统。
三．实验方法：
（1）离体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。
（2）实验系统连接和参数设置：
1）仪器连接和参数换能器接第1通道。
1通道时间常数直流、滤波频率30Hz、灵敏度7.5g、，采样频率：800Hz，扫描速度：2.5s/div。
2）坐骨神经腓肠肌的股骨插入固定孔固定，神经干标本盒的电极上，神经与电极接触良好，调节刺激电压，记录肌肉收缩曲线。
3) 实验菜单中选择“刺激频率对骨骼肌收缩的影响”
4）选择菜单中选择“强度/频率显示刺激参数”
（3）调整刺激器的数据。
选择方式为正电压刺激，模式为频率递增刺激，波宽5ms.延时20ms，频率增量2 Hz,组间延时2s.，强度0.3V，记录，打标，开始刺激。
(4)实验观察：刺激频率按1HZ,2HZ,3HZ,4HZ,5HZ…30HZ,逐渐增加，连续记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察肌肉收缩形态和张力的改变
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四．.注意事项
1.肌肉在未给刺激时即出现挛缩，是漏电等原因引起的，需检查接地是否良好。
2.做肌肉最大收缩时，刺激强度不宜太大，否则会损伤神经。
3．离体坐骨神经腓肠肌标本制备好需在任氏液中先浸泡一定时间。
4.在肌肉收缩后，应让肌肉休息一定时间再作下一次刺激，特别是高频连续刺激时。
5.实验过程中保持换能器与标本连线的张力保持不变。
五．实验结果：
刺激频率与肌肉收缩张力曲线
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曲线
刺激波宽0.1ms的单刺激，阈刺激强度为U th V，最大刺激强度为U max V，阈强度刺激时的
肌肉收缩力x1 g，最大刺激强度刺激时的肌肉收缩力x2g 。
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，
单收缩的最大收缩力为T t g、不完全强直最大收缩力T ict g和完全强直最大收缩力T ct g)
六．实验分析：
当刺激频率较小，刺激的间隔大于一次肌肉舒张的持续时间，则肌肉收缩表现为一连串的单收缩，即图中第一个收缩曲线；增大刺激频率，使刺激的间隔大于一次肌肉收缩的收缩时间、小于一次肌肉收缩的时续时间，即当后一收缩发生在前一收缩的舒张期时，则肌肉产生不完全强直收缩，如图所示；继续增加刺激频率，使刺激的间隔小于一次肌肉收缩的收缩时间，即后一收缩发生在前一收缩的收缩期时，各自的收缩则完全融合，肌肉出现持续的收缩状态，则产生完全强直收缩，如图所示。
图中最后一段出现肌肉疲劳现象。
七．讨论：
(1) 腓肠肌大多数是快颤搐型肌纤维[1] ，支配腓肠肌收缩的神经是A 纤维， A 纤维的直径有很大差异，其阈值也有较大差异[1，2]。
单干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，其所募集的收缩张力也增加。
刺激电压达到使支配腓肠肌的A 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。
(2) 以最大刺激电压的连续脉冲刺激坐骨神经干，剌激波的间隔时间大于单收缩的持续时间，肌肉收缩波呈现与刺激频率相同的单收缩波；刺激波间隔小于单收缩的持续时间，肌肉收缩波发生融合(总和），融合发生于舒张期，出现不完全强直收缩；融合发生于收缩期，出现完全强直收缩波，但神经干动作电位不发生融合。
随着刺激波间隔的减小，腓肠肌收缩张力也逐渐增大，强直收缩产生的张力显著大于单收缩。
肌肉单收缩时，胞浆内Ca2+浓度升高的持续时间太短，被激活的收缩蛋白尚未产生最大张力时，胞浆Ca2+浓度即已开始下降，单收缩产生的张力不能达到胞浆内Ca2+浓度相应的最大张力。
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]。
八．参考文献
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. P275、P61
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. P45
3.姚泰.生理学.人民卫生出版社.北京.2002.4第1版.P62。