医学机能刺激强度、刺激频率与收缩反应的关系

刺激强度和刺激频率与骨骼肌收缩的关系【实验目的】观察不同刺激强度和刺激频率对骨骼肌收缩的影响。

【实验原理】骨骼肌受运动神经纤维的支配。

由一根运动神经纤维及其所支配的骨骼肌纤维组成的功能单位称为运动单位（图1）。

坐骨神经所支配的腓肠肌是由很多运动单位构成，而且所含神经纤维和骨骼肌纤维兴奋性高低不同。

足够的刺激时间保持不变时，刺激坐骨神经，若刺激强度过小，不能引起神经纤维兴奋，从而引起它们所支配的骨骼肌纤维收缩。

随着刺激强度的增加，可引起少数兴奋性较高的神经纤维兴奋，从而引起它们所支配的骨骼肌纤维收缩，该刺激强度为阈强度，具有阈强度的刺激叫阈刺激。

此后，随着刺激强度的继续增加，有更多的运动单位兴奋，肌肉收缩幅度、产生的张力也不断增加，此时的刺激均称为阈上刺激。

但当刺激强度增大到某一值时，所有的运动单位都被兴奋，肌肉收缩的幅度达到最大，产生最大张力，此后，再增加刺激强度，骨骼肌收缩的幅度不会继续增加。

因此，引起神经、肌肉最大反应的最小刺激强度为最适刺激强度，该刺激叫最大刺激(或最适刺激)。

肌肉受到一次短促的刺激，产生的一次机械性收缩和舒张过程称为单收缩。

若给予肌肉连续的有效刺激，且刺激间隔时间大于单收缩的总时程，则肌肉将发生一连串彼此分开的单收缩；若增大刺激频率，使后一刺激落在前一收缩的舒张期内，将记录到锯齿状的收缩曲线，称为不完全强直收缩；若刺激频率继续增大，使后一刺激落在前一收缩的收缩期内，肌肉收缩曲线叠加融合，形成持续收缩状态，其收缩幅度较单收缩大得多，图1 运动单位示意图称为完全强直收缩。

【实验对象】蛙【实验器材和药品】铁架台、粗剪刀、手术剪、手术镊、眼科镊、玻璃分针、蛙钉、蛙板、探针、细线、纱布、任氏液，电刺激器，生物机能实验系统，张力换能器。

【实验步骤与观察项目】1.破坏脑和脊髓取蛙一只，用自来水冲洗干净，左手握蛙，以食指按压头部前端呈前俯位(图2)，右手持探针从枕骨大孔处垂直刺入，再向前刺入颅腔,左右搅动彻底捣毁脑组织．然后将探针原路退回，向后刺入椎管彻底捣毁脊髓。

实验报告实验人员：孙芳班次：7年制2班组别：2 日期：2014/9/24 指导老师：沈建新小组成员：XXX，YYY，ZZ试验号和题目：一、刺激强度、刺激频率对骨骼肌收缩的影响实验目的：1、了解并熟悉计算机生物机能实验系统的组成和基本使用方法2、制备具有生理活性的坐骨神经-腓肠肌标本3、观察记录刺激强度、刺激频率对骨骼肌收缩的影响实验对象：蛙实验药品与器材：任氏液；生物信号采集系统，蛙类手术器械，蛙捣毁针，保护电极，张力换能器，万能支架、连接导线等。

实验方法：1、坐骨神经-腓肠肌标本的制备：1) 洗干净实验动物 2) 双毁髓：：找到枕骨大孔处将刺蛙针刺入1-2mm，分别捣损脑组织和脊髓。

3)剥制后肢，分离一侧后肢 4) 分离坐骨神经，穿线备用 5) 游离腓肠肌，肌腱结扎备用 6) 标本检验。

2、连接实验装置：将换能器的输出线接至BL-420F生理记录装置的1通道，保护电极接至电脉冲输出通道。

然后把制备好的坐骨神经-腓肠肌标本棉线的另一端接在张力换能器上，将坐骨神经通过保护电极接至电脉冲刺激输出通道，而腓肠肌肌腱端的棉线与张力换能器簧片相连，保持适度松紧并与桌面垂直。

3、2、实验记录：开机后进入实验先用单刺激，找出阈强度、最适刺激强度；然后固定最适刺激强度，用连续单刺激，找出出现完全强直收缩时的最小刺激频率。

实验结果：1、刺激强度与肌肉的收缩关系实验8.0g4.0sAB图1 刺激强度与骨骼肌收缩的关系（蛙坐骨神经-腓肠肌标本）A.肌肉收缩强度（右侧为标尺）；B.刺激标记（单位为V ）图片中，在低于0.090V 的电压刺激时，肌肉不发生收缩，说明在较低的电位刺激时，并不能引起肌肉发生收缩反应。

而随着刺激强度的增大,用0.095V 电压刺激的时候，蛙的腓肠肌收缩一次，表明神经接受刺激，兴奋沿神经传导至腓肠肌，引起腓肠肌肌膜电位发生变化，同时兴奋收缩，这说明蛙坐骨神经-腓肠肌标本的阈电位为0.090-0.095V 之间接近0.095V 。

阈刺激最大刺激电刺激与骨骼肌收缩反应的关系【实验名称】电刺激与骨骼肌收缩反应的关系【实验目的】１.掌握蟾蜍坐骨神经－腓肠肌标本的制备。

２.通过电刺激蟾蜍的腓肠肌标本，观察电刺激强度与肌肉收缩反应的关系。

３.观察电刺激频率的变化对骨骼肌收缩形式的影响。

【实验对象】蟾蜍【实验药品和器材】任氏液、蛙类手术器械、张力换能器、刺激电极、生物信号记录分析系统、铁支架、肌槽等。

【实验步骤及方法】（详见书P.59.）１.坐骨神经－腓肠肌标本制备。

２.固定标本。

３.仪器连接。

４.BL-410的操作。

【实验结果】刺激强度与肌肉收缩之间的关系分隔的单收缩不完全强直收缩完全强直收缩刺激频率与肌肉收缩之间的关系【讨论与分析】一、实验过程中的兴奋阈值是否会改变？为什么？组员看法：１.不会改变。

组织里的各个细胞都是定的，都有各自的阈值，当刺激强度使得组织里的每个细胞都产生兴奋时的最小刺激强度就是组织的阈值，所以组织的阈值就是这个最小刺激强度值，所以是不会变的。

２.在实验过程中当标本没有失活时标本的兴奋阈值不会改变，兴奋阈值是标本本身的钠离子通道活性决定的，在标本保持活性时，它的钠离子通道活性是不会改变的。

所以我认为当标本保持活性时，标本的兴奋阈值是不会改变的。

３.会改变。

因为细胞没发生一次兴奋后，会有一个绝对不应期，在此期间无论多强的刺激也不能使细胞再次兴奋，即兴奋阈值无限大，故实验过程中兴奋阈值发生改变。

二、为什么在一定范围内肌肉收缩的幅度会随刺激强度增大而增大？蟾蜍腓肠肌是由很多肌纤维组成的，它们的兴奋性高低不一，在一定范围内，较弱的刺激仅引起部分兴奋性高的肌纤维发生收缩，肌肉收缩幅度较小，而较强的刺激则引起更多的肌纤维发生收缩，肌肉收缩幅度较大。

故在不超过肌肉最大收缩幅度的范围内，肌肉收缩的幅度会随刺激强度增大而增大。

三、肌肉收缩张力曲线融合时，神经干和骨骼肌细胞的动作电位是否融合？为什么？肌肉收缩张力曲线融合，说明这是一个强直收缩，强直收缩只能说明此时出现动作电位的频率很高，但是动作电位是不可能融合的，只能是在一个很小的区域一个动作电位结束后产生另一个动作电位，并且神经传导都有一个绝对不应期，这更能说明动作点位不能融合。

实验一刺激频率、刺激强度与骨骼肌收缩形式的关系【目的】1.掌握坐骨神经干标本的制备方法。

2.观察不同刺激强度与肌肉收缩力量的关系。

3.观察不同刺激频率的改变与肌肉形式的关系。

【原理】由一根运动神经纤维及其他所支配的骨骼肌细胞组成的功能单位称为运动单位。

坐骨神经一腓肠肌标本是由很多运动单位构成。

在保持足够的刺激时间（脉冲波宽)不变时，刺激强度过小，不能引起任何反应；随着刺激强度增加到某一定值，可引起少数兴奋性较高的神经纤维兴奋，从而引起它们所支配的骨骼肌细胞收缩，该刺激强度为阈强度，具有阈强度的刺激叫阈刺激。

此后，随着刺激强度的继续增加，有更多的运动单位兴奋，肌肉收缩幅度、产生的张力也不断增加，此时的刺激均称为阈上刺激。

但当刺激强度增大到某一临界值时，所有的运动单位都被兴奋，肌肉收缩的幅度达到最大，产生最大张力，此后，再增加刺激强度，骨骼肌收缩的幅度不会继续增加。

因此，引起神经、肌肉最大反应的最小刺激强度为最适刺激强度，该刺激叫最大刺激(或最适刺激)。

肌肉受到一次短促的刺激时，引起的一次机械性收缩和舒张过程称为单收缩。

当给肌肉适当强度的连续电刺激时，如在前一次收缩的舒张期结束前又开始新的收缩，发生单收缩的复合，收缩曲线呈锯齿状，称为不完全强直收缩。

若刺激频率增加到临界融合频率，使肌肉在前一次收缩期内就开始了新的收缩，肌肉收缩完全融合，形成持续收缩状态，其收缩幅度较单收缩大得多，称为完全强直收缩。

【实验对象】蟾蜍或蛙【实验器材和药品】蛙手术器械，电刺激器，生物医学信号采集系统，张力换能器，任氏液等【实验步骤与观察项目】1、坐骨神经干标本的制作（1）破坏脑脊髓取蛙一只，用自来水冲洗干净。

左手握住蛙，用食指压住其头部前端使头前俯(图l)，右手持探针从相当于枕骨大孔处垂直刺入，将探针向前刺入颅腔。

左右搅动捣毁脑组织．然后将探针抽回原处，再向后刺入脊椎管捣毁脊髓。

脑脊髓完全破坏的标志是蛙的四肢松软，呼吸消失?否则要依上法再行捣毁．图l 破坏蟾蜍脑脊髓的方法图2 剪除躯干上部及内脏（2）剪除躯干上部及内脏在骶髂关节水平以上O.5—1.Ocm处横断脊柱，然后左手握蛙后肢，用拇指压住骶骨．使其头与前肢自然下垂，右手持粗剪刀，沿脊往两侧剪除蛙的一切内脏及头部，注意不要伤及坐骨神经干。

实验2 刺激强度、频率与骨骼肌收缩的关系【实验目的】1．通过观察刺激强度与腓肠肌收缩力之间的关系，明确阈下刺激、阈刺激、阈上刺激及最大刺激的概念。

2．通过改变刺激的频率，观察肌肉收缩形式，并观察刺激频率与肌肉收缩形式之间的关系。

【实验原理】肌肉组织具有兴奋性与收缩性，肌肉收缩是其兴奋的外在表现。

本实验选用的腓肠肌标本内含许多骨骼肌纤维，由于不同肌纤维兴奋性高低亦不相同，因而就整个腓肠肌标本而言，其收缩力在一定的范围内与刺激强度成正比。

给骨骼肌一次有效的刺激，肌肉将发生一次收缩，这称为单收缩。

其全过程可分为三个时期：潜伏期、收缩期和舒张期。

若给肌肉连续的有效刺激，使两次刺激之间的间隔时间小于该肌肉单收缩的总时程，出现持续的收缩，这称为复合收缩。

因刺激频率不同，肌肉会出现不同的复合收缩形式。

若连续有效刺激后一刺激落在前一次刺激引起的肌肉收缩的舒张期，则出现舒张不完全的锯齿状的收缩波形，这称为不完全强直收缩。

若再增加刺激频率，使后一刺激落在前一次刺激引起收缩的收缩期，肌肉将出现完全的持续收缩状态，看不出舒张期的痕迹，这称为完全强直收缩。

强直收缩的高度大于单收缩波的高度，并在一定范围内，当刺激强度和作用时间不变时，强直收缩波的高度随刺激频率的增加而增高。

【实验对象】蛙或蟾蜍【实验器材与药品】微机生物信号采集处理系统、蛙类手术器械1套、肌槽、双凹夹、铁支架、张力换能器、丝线、绘图仪或打印机。

【实验方法和步骤】一、蟾蜍坐骨神经一腓肠肌标本的制备（同实验1）二、仪器准备连接张力换能器与微机上，而后将换能器固定于铁支架上，换能器与桌面垂直。

打开计算机，启动生物信号采集处理系统。

三、标本固定把肌槽固定于铁支架上，将标本的股骨断端固定在肌槽插孔中，神经干平搭在肌槽的两个电极上，保持神经与刺激电极接触良好，电极与刺激输出相连。

腓肠肌上系的线连于换能器上，调整位置使肌肉处于自然拉长的长度，并使换能器能灵敏地感受肌肉收缩产生的位移（图2-1）。

刺激频率与骨骼肌肌收缩的关系摘要：目的：本实验在保持刺激时间（脉冲波宽）和对蟾蜍坐骨神经的刺激强度(脉冲振幅)恒定的条件下，逐步增加或减小电脉冲刺激频率，观察记录腓肠肌收缩的收缩张力，分析探讨刺激频率与骨骼肌收缩张力的关系。

学习微机生物信号采集处理系统的使用。

方法：用2V刺激强度，每隔10秒刺激一次，使刺激频率逐渐增加，记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩变化。

结果：刺激频率较小时，肌肉为单收缩；随着刺激频率变大，肌肉收缩逐渐变为不完全强直收缩，继而为完全强直收缩。

结论：随着刺激频率的增加肌肉的反应依次表现为单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩。

肌肉收缩的幅度也增大。

关键词：骨骼肌刺激频率肌肉收缩一、实验材料蟾蜍或蛙，蛙板，玻璃棒，探针，粗剪刀，细剪刀，尖镊子，玻璃分针，大头针，任氏液，铁支架，张力换能器，瓷碗，培养皿，微机生物信号采集处理仪。

二、实验方法1、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、刺激及记录装置连接：（1）将腓肠肌跟腱的扎线固定在机械换能器弹簧片上，不宜太紧，此连线应与桌面垂直。

（2）把穿好线的坐骨神经轻轻提起，放在刺激电极上，应保证神经与刺激电极接触良好。

（3）换能器的输出端与PcLab 生物信号采集处理系统的输入通道3相连。

3、PcLab参数设置：波宽0.1ms，频率依次递增10Hz，组间隔10s，刺激频率2V，记录，打标，开始刺激。

4、实验方法：用2V刺激强度，使刺激频率依次增加10Hz，记录不同频率时的肌肉收缩曲线，观察不同频率时的肌肉收缩变化。