骨骼肌收縮的力學分析實驗

實驗方法原理 肌肉、神經和腺體組織稱為可興奮組織，其興奮性較大，且不同組織、細胞的興奮表現亦不相同，肌肉組織的興奮主要表現為收縮活動。刺激（stimulation）要使可興奮組織發生興奮，就必須達到一定的刺激量，即刺激強度、刺激時間和強度-時間變化率必須達到一定的值。通過固定后兩個條件，改變刺激強度，記錄和測量肌肉的收縮張力，即可測定肌肉組織剛發生興奮的刺激稱為閾刺激（threshold stimulus），閾刺激的強度稱為閾強度（threshold strength）。隨著刺激強度的增加，肌肉的收縮張力也相應增大，刺激強度大于閾值的刺激稱為閾上刺激（suprathreshold stimulus），能引起組織產生最大興奮的最小刺激稱為最大刺激（maximal stimulus）。

整塊骨骼肌或單個肌細胞在受到一次閾或閾上的刺激時，先發生一次動作電位，緊接著出現一次收縮，后者稱為單收縮（single twitch）。收縮全過程可分為收縮和舒張兩個時期，前者持續時間較后者短。如果給肌肉以連續的脈沖刺激，則肌肉的收縮形式將隨刺激的頻率高低而不同。在刺激頻率較低時，因每一個新的刺激到來時，由前一次刺激引起的單收縮過程（包括舒張期）已經結束，于是每次刺激都引起一次獨立的單收縮。當刺激頻率增加到某一限度時，后來的刺激有可能在前一次收縮的舒張期結束前就出現，于是肌肉在未完全舒張（自身尚處于一定程度的縮短或張力存在）的基礎上便進行新的收縮，這就發生了收縮過程的復合，這樣連續進行下去，肌肉就表現為不完全強直收縮（incomplete tetanus），其特點是每次新的收縮都出現在前次收縮的舒張期過程中，在描記曲線上形成鋸齒形；如果刺激頻率繼續增加，肌肉就有可能在前一次收縮的收縮期結束前或在收縮期的頂點開始新的收縮，于是各次收縮的張力或長度變化就可以融合而疊加起來，使描記曲線上的鋸齒形消失，這就是完全強直收縮（complete tetanus）。

實驗材料 蛙蟾蜍

儀器、耗材 任氏液BL-420生物信號采集處理系統蛙類手術器械肌槽張力換能器鐵柱架雙凹夾

實驗步驟

一、制備蛙坐骨神經腓腸肌標本

二、 連接實驗儀器

將坐骨神經腓腸肌標本固定于肌槽，股骨殘端固定于肌槽的小孔中，腓腸肌的跟腱通過結扎線縛在張力換能器懸梁的著力點上，換能器固定于鐵柱架的雙凹夾上，并與生物信號采集處理系統的輸入通道插孔相連。坐骨神經放置于肌槽的刺激電極上，刺激電極連接刺激輸出插孔。

三、 實驗觀察項目

1. 刺激強度對骨骼肌收縮張力的影響。

（1） 移動雙凹夾，拉緊結扎線。

（2） 刺激參數設置。單次方式，波寬0.1～0.3ms。

（3） 觀察記錄。點擊“刺激”按鈕，選擇最小刺激強度（0.1V），然后逐漸增大刺激強度，記錄閾刺激和最大刺激值。

（4） 測量每一刺激強度對應的肌肉收縮張力；測量最大刺激時肌肉的收縮期和舒張期的時間，比較兩者之間的差異（圖1）。

2. 刺激頻率對骨骼肌收縮形式的影響。

（1） 選擇連續單刺激，波寬0.3～0.5ms，最大刺激強度，刺激間隔時間大于肌肉收縮時程，記錄肌肉的單收縮張力曲線。

（2） 選擇雙刺激（其余刺激參數不變），改變刺激波間隔，使刺激間隔時間小于肌肉單收縮時程，長于收縮期時間，記錄兩個收縮的復合曲線。

（3） 選擇連續刺激，其余刺激參數不變，由低到高調整刺激頻率，記錄肌肉不完全強直收縮和完全強直收縮的張力曲線（圖2）。

注意事項

1. 每次刺激引起肌肉收縮后須間隔一定的時間（0.5～1min），并常用任氏液濕潤標本，以確保肌肉的興奮性。

2. 刺激頻率應從低開始逐漸增加，每種頻率的刺激持續時間不宜過長。

3. 如果肌肉在未給刺激時即出現攣縮，應檢查儀器接地是否良好，必要時可在肌槽或鐵柱架上接一地線。