生理实验报告蟾蜍骨骼肌生理.docx
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生理实验报告蟾蜍骨骼肌生理
人体解剖及动物生理学实验报告
实验 名 称
蟾蜍骨骼肌生理
学号
系别
组别
同组
实验室温度
实验日期
2015年5月7日
一、实验题目
蟾蜍骨骼肌生理
A蟾蜍腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩反应的关系
B蟾蜍骨骼肌单个肌肉收缩分析（潜伏期、收缩期和舒期的确定）
C蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系
二、实验目的
确定蟾蜍骨骼肌收缩的
（1）阈水平和最大收缩以及刺激强度与肌肉收缩之间的关系曲线
（2）收缩的三个时期：
潜伏期、缩短期、舒期
（3）刺激频度与肌肉收缩的关系
三、实验方法
1、蟾蜍坐骨神经-骨骼肌标本的制作及电路连接
1）双毁髓处死蟾蜍后，剥去皮肤，暴露腰骶丛神经，游离大腿肌肉之间的做个神经及小腿的腓肠肌，注意不要将胫神经与腓神经分离。
神经端结扎后，剪去无关分支后游离至膝关节处；肌肉端结扎在肌腱上，将腓神经也一起结扎，结扎线留长。
保留膝关节，剪去腿骨，将标本离体。
注意保持神经肌肉湿润。
2）用大头钉将标本的膝关节固定于标本盒R2和R3两记录电极之间的石蜡凹槽，保证神经、肌肉与电极充分接触。
神经中枢端接触刺激电极S1和S2，肌肉接触记录电极R3和R4，之间接触接地电极。
3）肌肉的结扎线从标本盒中穿出，连接力换能器。
注意连线尽量短，以减小阻力。
在实验过程中，注意标本的休息：
将神经搭在肌肉上，用浸湿了任氏液的棉花覆盖神经肌肉，保持湿润。
但标本盒避免有过多的液体，防止短路。
4）换能器插头接RM6240通道1。
刺激输出线两夹子分别连接标本盒的刺激电极S1和S2，插头接刺激输出插口。
如果需要记录肌肉的动作电位，则在肌肉所搭置的记录电极上连接输入导线，注意接地，插头接通道2。
2、蟾蜍骨骼肌生理各项数据测定
A蟾蜍腓肠肌刺激强度和骨骼肌收缩反应的关系
1）打开信号采集软件，从“实验”菜单中选取“刺激强度对骨骼肌收缩的影响”，出现软件自动设置界面，各项参数已设置好，但需要将“采集频率”修改成“20kHz”，扫描速度仍然是“1.0s/div”。
界面的采集通道默认为RM6240B面板上的通道1.刺激模式自动设置为强度递增刺激，起始强度为0.02V（可根据标本特性灵活选择）
2）检查装置连接正确后，点击“开始记录”，屏幕下出现扫描线，软件处于记录状态。
（主义不要点击“开始示波”，在示波状态下，文件不能保存。
）扫描线如偏离零点较远，需要调零：
将换能器与标本盒的棉线放松，旋转换能器的调零钮，使基线恢复零点。
3）将换能器连接的棉线拉直，如果基线偏移零位（肌肉被牵拉的程度会影响基线位置），不必去管（不必重新调零，测量时，将偏移量减去即可）。
点击“开始刺激”，刺激器按一定时间间隔自动输出单个刺激方波，后一次比前一次强度递增。
将“刺激标注”激活，显示出每次发放的刺激的强度。
屏幕上应出现一系列由刺激触发的肌肉收缩曲线，同时可以观察到标本盒中肌肉的收缩。
注意文件的保存（不要移动标本盒与换能器的位置，即肌肉被牵拉的程度保持固定。
此要求也适用于ⅡB和ⅡC。
）
4）当收缩幅度不再变化时，停止刺激，停止记录。
5）应用测量工具，确定收缩的阈水平和最大收缩。
并确定最大收缩所对应的最小刺激强度（即最适刺激强度）。
记录下收缩幅度，刺激和放大器的参数设置。
（注意在测量时。
需将波形适当展开，确保测量数据更准确。
）
6）绘制刺激强度与肌肉收缩幅度之间的关系曲线。
B单个肌肉收缩分析（确定潜伏期、缩短期、舒期）
1）将ⅡA实验得到的最大刺激强度对应的收缩曲线展开，应用测量工具确定收缩的三个时期：
潜伏期、缩短期、舒期。
2）至少测量三次。
计算几次重复测量得到的三个时期的平均值和标准差。
C蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系
1）打开信号采集软件，关闭通道3和4，保留通道1和2，分别对应肌肉收缩信号和肌肉动作电位信号。
示波状态下修改参数设置：
采集频率20kHz；通道1：
通道模式为力，扫描速度400ms/div，灵敏度7.5g（可根据收缩幅度合理选择），放大器时间常数设为直流，滤波频率100Hz；通道2：
通道模式为生物电，扫描速度400ms/div，灵活度2mv，放大器时间常数0.001s，滤波频率1kHz。
刺激模式为串单单刺激，波宽1ms，延时20ms，选择一定的刺激脉冲个数（10-60个，避免让肌肉受到过多刺激）和刺激强度（阈上刺激强度即可，不必达到最大刺激强度，避免收缩幅度过大，超出换能器量程）。
2）点击“开始记录”，软件进入记录状态。
3）记录过程中逐渐提高刺激频率，在一定的刺激频率下，点击“开始刺激”，刺激器按此频率连续发放设定的刺激脉冲个数，肌肉出现相应的收缩。
4）观察肌肉收缩的总和现象，确定肌肉收缩的最小融合频率，观察肌肉动作电位与收缩的关系。
5）观察不同频率引起肌肉收缩的幅度变化。
四、实验结果
A蟾蜍腓肠肌刺激强度和骨骼肌收缩反应的关系
图1.蟾蜍腓肠肌刺激强度和骨骼肌收缩反应的关系图
表1蟾蜍腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩强度的关系表
刺激强度（V）
收缩强度（g）
刺激强度（V）
收缩强度（g）
0.18
0.19
0.00
1.49
0.24
0.25
6.96
7.35
0.20
3.31
0.26
7.45
0.21
4.79
0.27
7.59
0.22
6.07
0.28
7.69
0.23
7.46
0.29
7.51
根据上表可绘制下图，曲线图能更加直观的显示蟾蜍骨骼肌收缩强度随对腓肠肌刺激强度增加的变化趋势。
图2.蟾蜍腓肠肌刺激强度与骨骼肌收缩强度的曲线图
结果分析：
由上述图表可以看出，刚开始以较低强度刺激时，骨骼肌并没有收缩，直到达到阈刺激强度时（阈刺激强度在0.18-0.19V之间），骨骼肌开始收缩；随着刺激强度的增大，骨骼肌收缩强度逐渐增大；刺激强度约为0.23V时，骨骼肌收缩强度达到最大值，最大值在7.5g左右；在这之后，随着刺激强度的增大，骨骼肌收缩强度不再明显增加，而是在最大收缩强度附近波动。
产生此现象的原因分析：
由于一块肌肉由许许多多肌纤维组成，骨骼肌的收缩受运动神经元的支配。
单个运动神经元可支配多根肌纤维，一个运动神经元与它所支配的肌纤维组成一个运动单位。
而不同的运动单位兴奋阈值不同。
低于阈刺激的刺激强度，神经纤维不发生兴奋，其所支配的肌细胞也不发生反应；当刺激电压达到阈强度时，神经干中阈值最低的神经开始兴奋，其所支配的运动单位也兴奋并发生收缩。
刺激强度逐渐增大，神经干中兴奋的神经纤维增加，收缩的运动单位也增加，于是骨骼肌收缩力增加。
当刺激电压达到最大刺激强度后，所有的神经纤维都兴奋，其所支配的所有的运动单位也收缩，所有刺激强度再增大。
骨骼肌收缩力也不再增加。
B蟾蜍骨骼肌单个肌肉收缩分析（潜伏期、收缩期和舒期的确定）
图3单个肌肉收缩分析图（潜伏期、收缩期和舒期的确定）
从上图可看出，当肌肉受到一个单刺激时，产生一次收缩，称为单收缩。
从刺激开始到收缩开始这一段无明显外部表现的时间，称为潜伏期。
自肌肉开始收缩至收缩达到高峰，是长度缩短或力增高的时间，称为缩短期。
自收缩高峰开始，曲线较缓慢地下降至基线，为长度或力恢复过程的时间，称为舒期。
表2蟾蜍骨骼肌单收缩潜伏期、缩短期及舒期数据测量表
刺激强度（V）
潜伏期（ms）
缩短期（ms）
舒期（ms）
1
0.27
7
57
235
2
0.28
8
64
250
3
0.29
10
63
247
Mean
0.28
8.33
61.33
244
SD
0.01
1.53
3.79
7.94
由上表可得到蟾蜍骨骼肌单收缩潜伏期、缩短期及舒期的数据，且每组数据间方差较小，由此可证明实验误差较小，得到的数据也较为准确。
C蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系
图4蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系图（当前波间隔为500ms）
上图（图4）显示的为几个分离的单收缩，实验显示，直到波间隔降低到200ms，蟾蜍的骨骼肌均为分离的单收缩。
图5蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系图（当前波间隔为50ms）
图6蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系图（当前波间隔为25ms）
以上两图（图5、图6）显示的为几个收缩反应的重叠，即发生收缩总和。
实验显示，波间隔在150ms—25ms，骨骼肌均发生不完全强直收缩现象。
图7蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌收缩的关系图（当前波间隔为20ms）
上图（图7）显示的为肌肉发生强直收缩的现象，可得到一条光滑的曲线。
实验显示，当波间隔降低到20ms，蟾蜍的骨骼肌会发生强直收缩现象。
实验次数
波间隔（ms）
刺激频度（Hz）
最大收缩幅度（g）
现象
1
500
2.00
2.50
单收缩
2
300
3.33
2.90
单收缩
3
200
5.00
4.06
单收缩
4
150
6.67
17.70
不完全强直收缩
5
50
20.0
28.33
不完全强直收缩
6
25
40.0
27.14
不完全强直收缩
7
20
50.0
29.20
完全强直收缩
表3蟾蜍腓肠肌刺激频度与骨骼肌最大收缩幅度数据记录表
实验结果分析：
上述图为不同刺激频率下肌肉收缩的曲线，通过测量可以发现在一定围，最大收缩幅度随波间隔的减小而增加，即最大收缩幅度随刺激频率的增加而增加。
但当波间隔减小到一定值（50ms），即刺激频率增大到一定值（20Hz）后，骨骼肌最大收缩幅度便不再增强，而是在最大值上下波动。
若给肌肉不同的有效地频率刺激，实验也可以分别观察到单收缩（2—5Hz）、收缩总和/不完全强直收缩（6.7—40Hz）和强直收缩现象（50Hz）。
如果后一次刺激落在前一收缩的舒期，肌肉出现不完全强直收缩；继续增大频率，后一刺激落在前一收缩的收缩期，出现完全强直收缩。
由上述图像也可看出，肌肉动作电位的发生要先于肌肉的收缩。
这是因为神经的兴奋支配着肌肉的收缩，但二者并不是完全同步的，从神经兴奋到肌肉的收缩需要一系列的生理生化反应及信息的传递，而这一系列生理过程需要耗费一定的时间。
所以神经动作电位的发生要先于肌肉的收缩。
刺激频率低时，肌肉发生一连串互不相连的单收缩，这是因为每个新刺激到来时，前一次刺激引起的单收缩已经结束。
于是，每个刺激都引起一次独立的收缩。
发生不完全强直收缩时，每次新的收缩都发生在前次收缩的舒期中，肌肉则在自身尚处于一定程度的缩短或力存在的情况下进行新的收缩，即发生了收缩总和。
当刺激频率增大到一定的较高程度时，出现完全强直收缩，这是因为连续刺激时，后来的每个刺激都可能总是落在前一次收缩的收缩期结束之前，各次收缩的力或长度变化发生融合而叠加起来。
五、分析与讨论
1、刺激强度与收缩幅度的关系是怎样的？
为什么？
（1）刺激强度到达阈刺激时腓肠肌开始收缩，在最大刺激前收缩幅度随刺激强度增大而增大，到达最大刺激强度后，再增大刺激强度，收缩强度也不会再增大，而是在最大值附近波动。
（2）由于一块肌肉由许许多多肌纤维组成，骨骼肌的收缩受运动神经元的支配。
单个运动神经元可支配多根肌纤维，一个运动神经元与它所支配的肌纤维组成一个运动单位。
而不同的运动单位兴奋阈值不同。
低于阈刺激的刺激强度，神经纤维不发生兴奋，其所支配的肌细胞也不发生反应；当刺激电压达到阈强度时，神经干中阈值最低的神经开始兴奋，其所支配的运动单位也兴奋并发生收缩。
刺激强度逐渐增大，神经干中兴奋的神经纤维增加，收缩的运动单位也增加，于是骨骼肌收缩力增加。
当刺激电压达到最大刺激强度后，所有的神经纤维都兴奋，其所支配的所有的运动单位也收缩，所有刺激强度再增大。
骨骼肌收缩力也不再增加。
2、什么是潜伏期？
你认为本实验所测的潜伏期发生了怎样的生理过程？
（1）从刺激开始到到肌肉机械收缩之前这一段无明显外部表现的时间，称为潜伏期。
（2）潜伏期发生了很多生理过程，包括刺激产生的动作电位以局部电流的在神经纤维上传导；兴奋在神经-肌肉接头处传导；动作电位在骨骼肌细胞上的传导；骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联等过程。
其与舒期显著相关,机械收缩之前肌纤维的生物化学活动对肌肉的舒机制有调制作用。
3、肌肉的收缩期和舒期分别发生了怎样的生理过程？
肌肉的收缩和舒是否都需要能量？
（1）动作发生开始到收缩幅度最大点是收缩期，之后到恢复常态是舒期。
收缩期和舒期主要过程：
骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联。
横桥周期中骨骼肌的粗细肌丝相对滑行，使力增大或减小。
（2）肌肉的收缩和舒都需要能量。
4、刺激频率和肌肉动作电位及收缩的关系分别是怎样的？
（1）刺激频率和肌肉动作电位：
肌肉动作电位不会随着刺激频率的增大而发生叠加，刺激频率只会改变肌肉动作电位的峰值及时程。
（2）刺激频率和肌肉收缩：
当刺激频率较小时，肌肉表现为连串的单收缩；增大刺激频率，使刺激的间隔大于一次肌肉收缩的持续时间兵小于一次肌肉收缩舒的持续时间时，动作电位发生部分叠加，肌肉则呈现锯齿状的收缩波形，产生不完全强直收缩；继续增大刺激频率，使刺激的间隔小于一次肌肉收缩的时间时，动作电位叠加程度增大，在每次收缩后不能舒而是继续受到下一个刺激继续收缩，肌肉产生完全强直收缩。
5、动作电位会发生叠加么？
为什么？
（1）肌肉动作电位不会随着刺激频率的增大而发生叠加。
（2）因为动作电位具有“全或无”的特点，只要刺激达到动作电位阈值，就会产生动作电位，且由于不应期的存在动作电位不会发生叠加，只能单独存在。
6、骨骼肌为什么可发生强直收缩？
强直收缩在幅度上与单收缩有何差别？
有何生理
意义？
（1）骨骼肌发生强直收缩的原因：
连续刺激时，后来的每个刺激都可能总是落在前一次收缩的收缩期结束之前，各次收缩的力或长度变化发生融合而叠加起来就会产生完全强直收缩。
（2）完全强直收缩是在上一次收缩的基础上收缩，因此比单收缩效率高，幅度也明显要比单收缩幅度大。
（3）生理意义：
强直收缩比单收缩效率高，幅度也明显要比单收缩幅度大。
故强直收缩能产生比单收缩更大的力量，单收缩时一部分能量消耗在反复克服肌肉结缔组织和肌肉中其它成分的长度变化上，而在强直收缩时，则不需要消耗这些能量，节省下的能量能更多地用于肌肉做功。
骨骼肌会发生强直收缩，使效率高，力大。
而心肌的不应期长，不会发生强直收缩。
这适应于心肌和骨骼肌的功能。
7、分析实验中出现和应该注意的问题。
（1）分离神经和肌肉时应该小心不要破坏神经和肌肉。
（2）分离后的神经和肌肉要随时保持湿润，尽量不要用手指和镊子去触碰，肌肉如果太干燥，又在强烈电刺激下，很可能痉挛，这样不仅损伤了神经和肌肉，也导致实验很难进行下去。
（3）实验过程中要经常用任氏液湿润棉球覆盖在标本上，每次刺激后应使肌肉休息一段时间。
（4）在测量骨骼肌单收缩时，刺激频率不要太高，以免肌肉疲劳。
（5）神经要伸直放置，另外，牵连在肌肉上的线一定要绷直，不然会影响实验结果。
（6）在移动标本时，不要用力拉扯神经端，应该拉扯肌肉端。
防止避免过度牵拉神经使其断裂。
六、参考文献
生理学实验（第三版），解井田静，高等教育，2009
人体及动物生理学（第三版）王玢左明雪，高等教育，2009
人体解剖学及动物生理学实验讲义，生理学实验教学团队，2015年3月
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