骨骼肌的收缩特性-Lab7SkeletalMus

Lab#7HumanandAnimalPhysiologyLabCollegeofLifeSciences,BNU©2009,YingyuSun1Lab#7SkeletalMusclePhysiologyI.Introduction.-肌肉占体重的40-50%。-肌肉收缩时释放能量的20-30%用于做功，其余都以热量的形式散发。-机体产生的热量主要来自于骨骼肌系统。-骨骼肌系统除运动功能外，还负责维持机体的姿势。-机体内有多种多样的肌肉，其收缩快慢依赖于所执行的功能。眼肌收缩不超过10ms，而腓肠肌收缩是其3倍长，大约30ms。实验目的：确定肌肉收缩的A.ThresholdLevel.MaximalContraction.StimulusStrength-ContractionCurve.B.ContractionDuration:(LatentPeriod,ShorteningPeriod,RelaxationPeriod).C.Length-ForceCurve.D.RelationshipbetweenStimulusFrequencyandContraction.II.Dissectionsciaticnerve-gastrocnemiusmuscleandsettinguptheacquisitionsystemforstimulatingandrecordingfromthenerve-muscle.1.双毁髓处死动物后，剥去皮肤，暴露腰骶丛神经，游离大腿肌肉之间的坐骨神经及小腿的腓肠肌，注意不要将腓神经与腓肠肌分离。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内，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。肌肉的结扎线从标本盒中穿出，连接张力换能器。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。但标本盒内避免有过多的液体，防止短路。3．换能器插头接RM6240B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RM6240B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RM6240B通道2。III.Experimentalprocedures.IIIA.Relationshipbetweenstimulusstrengthandmusclecontraction.一块肌肉由许许多多肌纤维组成。骨骼肌的收缩受到运动神经元的支配。单个运动神经元可支配多根肌纤维，一个运动神经元与它支配的所有肌纤维组成一个运动单位。不Lab#7HumanandAnimalPhysiologyLabCollegeofLifeSciences,BNU©2009,YingyuSun2同的运动单位兴奋阈值不同。实验步骤：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”，出现软件自动设置的界面，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，递增强度0.01V。2．检查装置连接正确后，点击“开始记录”，屏幕出现扫描线，软件处于记录状态。（注意不要点击“开始示波”，在示波状态下，文件不能被保存。）如果此时，扫描线不在零点，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0.01V。将“刺激标注”激活，显示出每次发放的刺激的强度。屏幕上应该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。切记！！！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。（想一想：为什么？）此要求也适用于IIIB和IIID。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（称为：最大刺激强度）。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（Stimulus/ResponseCurve）。IIIB.Asinglemuscletwitchanalysis.肌肉收缩的潜伏期是指，从刺激发放到肌肉收缩的时间，其中发生了多个生理过程。肌肉的收缩和舒张都需要消耗能量，肌肉相对于神经来说容易疲劳。实验步骤：1．在IIIA的实验条件和软件界面下，将扫描速度改为40ms/div，刺激器改用单刺激模式。选用IIIA实验中确定的最大刺激强度。2．选中“同步触发”，点击“开始刺激”，产生最大的收缩曲线。3．应用测量工具确定收缩的三个时期：潜伏期LatentPeriod、缩短期ShorteningPeriod、舒张期RelaxationPeriod。4．重复步骤2-3至少三次。5．计算几次重复测量得到的三个时期的平均值和标准误。IIIC.Relationshipbetweenmuscle’sinitiallengthandcontractionforce.肌肉收缩之前受到的拉力称为前负荷Preload，它决定了肌肉在收缩前的长度，称为初长度InitialLength。肌肉的初长度影响收缩产生的张力，这与肌小节中粗细肌丝之间的重叠程度有关。肌肉在最适初长度时，收缩产生张力最大。机体内，骨骼肌附着在骨骼上，具有最适初长度。Lab#7HumanandAnimalPhysiologyLabCollegeofLifeSciences,BNU©2009,YingyuSun3实验步骤：1．实验界面及参数设置同IIIB（注意：刺激强度为最大刺激强度）。2．点击“开始记录”（在取消刺激器的“同步触发”状态下），屏幕出现扫描线，人为调整换能器与标本盒的位置，即改变肌肉被拉伸的程度，使基线逐渐升高，即肌肉被牵拉的力（肌肉收缩的前负荷（单位：g））逐渐增大，肌肉的初长度InitialLength逐渐增大。（注意：换能器的量程范围为30g。）3．在一定的前负荷条件下，选择“同步触发”，点击“开始刺激”，出现相应的收缩曲线。4．测量并记录不同前负荷条件肌肉的收缩幅度。5．绘制出前负荷与收缩力之间的关系曲线。IIID.Relationshipbetweenstimulusfrequencyandmusclecontraction.肌肉收缩是在兴奋的基础上产生的。骨骼肌动作电位峰电位时程非常短（1-2ms），绝对不应期时间很短，但兴奋引起收缩的时程很长（约100ms），因此，骨骼肌的收缩可发生叠加（总和Summation），产生不完全强直收缩（后一次刺激引起的收缩叠加在前一次收缩舒张期，在收缩曲线上仍能观察到每个收缩峰）和完全强直收缩（后一次刺激引起的收缩叠加在前一次收缩的收缩期，各收缩波完全融合）。完全强直收缩对应的最小刺激频率被称为临界融合频率Criticalfusionfrequency。机体内，骨骼肌不存在单收缩，皆完全强直收缩。实验步骤：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：通道模式为张力，扫描速度400ms/div，灵敏度7.5g，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，灵敏度2mv，放大器时间常数0.001s，滤波频率1kHz。刺激模式为连续单刺激，波宽1ms，延时20ms，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，如基线不在零位，需要将换能器调零，方法如IIIA，注意在棉线放松状态下调零。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刺激脉冲（如果不点击“停止刺激”，刺激器将一直发放刺激方波），肌肉出现相应的收缩。注意及时停止刺激，保证每一频率连续发放10-20个刺激即可，避免让肌肉受到过长时间的刺激。但每次给定的刺激个数应始终保持一致，才能够有效进行收缩幅度的比较。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．测量并记录不同频率引起肌肉收缩的幅度。IV.References.生理学实验（第二版），解井田赵静，高等教育出版社，2002人体及动物生理学（第三版）王玢左明雪，高等教育出版社，2009MCB404-Packet1of2，CarlMalmgren，Spring2006Lab#7SkeletalMusclePhysiologyName(s):Section:Date:RT:A.Strength-ContractionRelationStim.Durat.(ms):Stimulus(v)Contraction(g)Notes0.020.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.000.200.400.600.801.001.2000.020.040.060.080.10.120.14Contraction(g)Stimulus(V)Strength-ContractionCurve0.13Thresholdlevel(g):MaximalContraction(g):B.SingleMuscleTwitchStimulusStrength(V):NotesContraction(g):ToproduceamaximalcontractionStimulusDuration(ms):ReplicateLatentPeriod(ms)ShorteningPeriod(ms)RelaxationPeriod(ms)12345MeanSEMC.Length-ForceRelationStimulusStrength(V):NotesToproduceamaximalcontractionStimulusDuration(ms):Length(g)Contraction(g)0.000.200.400.600.801.001.2000.020.040.060.080.10.120.14Contraction(g)Stimulus(V)Strength-ContractionCurveLength-ForceCurve3.004.506.007.509.0010.5012.00D.Frequency-ContractionRelationStimulusStrength(V):NotesStimulusDuration(ms):Frequency(Hz)Contraction(g)251020300.000.501.000.003.006.009.0012.0015.00Force(gLength(g)0.000.200.400.600.801.001.20ContractionFrequency-ContactionCurve