损伤离体蟾蜍坐骨神经对腓肠肌收缩的影响

损伤离体蟾蜍坐骨神经对腓肠肌收缩的影响 摘要:目的:本实验通过设置自身对照，观察损失离体蟾蜍坐骨神经对腓肠肌收缩情况和生 物电变化来研究神经损伤对肌肉收缩功能的影响。方法:通过生物信号采集处理系统给予激 损伤前后的离体蟾蜍坐骨神经相同强度和频率的刺激。观察记录神经与骨骼肌的生物电和相 应的收缩情况，对比损伤神经前后，神经干动作电位(action potential，AP)、肌电、肌肉收 缩的图像变化。结果:损失前，依次出现神经干动作电位(action potential，AP)、肌电、肌 肉收缩的波形，说明坐骨神经和腓肠肌均有生物电、腓肠肌有明显肌肉收缩;损伤后，只出 现神经干AP的波形，说明坐骨神经仍有生物电，而腓肠肌生物电消失，肌肉不收缩。结论: 损伤离体蟾蜍坐骨神经后，再刺激神经，其骨骼肌就不会随之产生肌膜AP以及收缩现象。 骨骼肌的收缩需要神经传导兴奋，神经损伤后肌肉因无法接受神经传导的兴奋而无法收缩。 关键词:离体蟾蜍;神经损伤;生物电;肌肉收缩 Abstract: Objective: To observe the gastrocnemius bioelectric and contraction change of damaged isolated toad sciatic nerve to explore the influence of never injury on muscle contraction. Methods: By virtue of stimulating toad in vitro sciatic nerve before injury and after, to observe the corresponding record bioelectric nerve and skeletal muscle contraction. Result: Before injury, the sciatic never and gastrocnemius were bioelectric, muscle contracted; after injury, the sciatic never is still bioelectrical, but gastrocnemius bioelectric disappear, muscle does not shrink. Conclusion: Skeletal muscle contractio need for conduction of exciting never, muscle can not shrink after never injury due to unacceptable excitation. Keywords: isolates toad; never injury; bioelectricity; muscle contraction 引言:肌肉是构成动物体的主要组织，其主要功能是当受到来自神经的刺激时产生收缩，进 [1] 而引起动物体内外的各种运动。骨骼肌去神经支配后出现肌萎缩和收缩功能的丧失，肌 纤维发生与萎缩相关联的系列形态学和组织学变化。近年来随着技术水平和理论研究的进 [2]展，治疗效果有了很大的提高，但仍未达到满意的效果。 周围神经损伤后神经及其所支 配的骨骼肌功能的恢复是当今运动创伤康复及外科领域中较为棘手的问题之一，故本文试探 其机理。 1.材料和方法 1.1 实验对象 蟾蜍 1.2 实验药品和试剂 任氏液、蒸馏水 1.3 实验仪器 蛙类手术器械一套(粗剪刀一把、组织剪一把、镊子一把、探针一根、玻璃分针两把、 蛙钉四个、蛙板一个、培养皿一个、滴管一个、棉线若干)，张力换能器，肌槽，刺激电极， 铁架台，生物信号采集处理系统，微机，标本屏蔽盒。 1.4 实验方法 1.4.1实验系统连接和参数设置 张力换能器的输出端与生物信号采集处理系统的输入通道相连。启动RM6240系统软 件，在系统软件窗口设置仪器参数。点击“实验”菜单，选择“神经干动作电位、肌电、肌 肉收缩”项，调节刺激强度为2V。设置通道一、二参数为生物电，通道三为张力。 1.4.2离体蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本制作 (1)捣毁蟾蜍脑脊髓:取蟾蜍一只，左手握蛙，以食指压其头部前端使其尽量前俯，右手 持探针自枕骨大孔处垂直刺入，到达椎管，即将探针改变方向刺入颅腔，向各侧不断搅动， 彻底捣毁脑组织;再将探针原路退出，刺向尾侧，捻动探针使其逐渐刺入整个椎管内，完全彻底捣毁脊髓。脊髓破坏完全的标志是:下颌呼吸消失，发射消失，四肢松软。 (2)剪除躯干上部和内脏，去皮，制备下肢标本:用粗剪刀在骶髂关节前1厘米处剪短脊柱，握住蟾蜍下肢，沿躯干两侧(避开坐骨神经)剪开腹壁。此时躯干上部及内脏全部下垂。剪除全部下垂躯干及内脏组织。剪去肛周皮肤:用镊子夹住脊柱，不要碰到坐骨神经，捏住皮肤边缘，逐步向下牵拉剥离皮肤。将全部皮肤剥除后，将标本置于干净的盛有任氏液的培养皿中。 (3)洗干净双手和用过的全部手术器材，再进行以下步骤。 (4)分离下肢:避开坐骨神经，用粗剪刀从背侧剪去骶骨，然后沿中线将脊柱剪成左右两半，再从耻骨联合中央剪开，将已分离的标本浸入盛有任氏液的培养皿中。 (5)分离坐骨神经:取下一下肢，用蛙钉固定于蛙板上，固定时要注意，坐骨神经和腓肠肌朝上。先用玻璃分针沿脊柱侧游离坐骨神经腹腔部，然后循股二头肌和半膜肌之间的坐骨神经沟，纵向分离暴露坐骨神经的大腿部分直至腘窝，在分离过程中，把神经周围的结缔组织去除干净，并把神经的细小分支剪断，但要注意不能用金属器械碰触神经，也不能对神经过度牵拉。实验期间应不断滴加任氏液使神经保持湿润。 用手术剪剪断坐骨神经的全部分支。从腘窝处开始剪掉大腿所有的肉，尽量把股骨刮干净，在膝关节上至少1厘米处剪去上段股骨。将标本置于任氏液培养皿中。 (6)完成坐骨神经腓肠肌标本后，用玻璃分针游离腓肠肌，并在下面穿线，在跟腱处打结。在结扎线的下方剪断跟腱，在膝关节处把除腓肠肌外的小腿其余部分剪除。注意保持完整的腓肠肌。 1.4.3 实验装置与仪器连接: 将标本股骨残端固定在肌槽的小孔内。将结扎腓肠肌肌腱的棉线与张力换能器连接，调节棉线的松紧，使之与桌面垂直。将神经置于肌槽的刺激电极上，用任氏液保持标本湿润。刺激电极插入微机上的刺激输入孔，张力换能器与微机相应通道相连。 1.4.4 开始刺激，记录并，见图1。损伤离体神经，再次刺激，记录并分析，见图2。 2 结果 图1 图2 1. 损伤离体蟾蜍坐骨神经对腓肠肌收缩的影响的原始 数据记录 神经干复合骨骼肌复合骨骼肌单 因素 动作电位有/动作电位有/收缩有/ 否 否 否 单刺激离体蟾蜍坐骨神有效对照: 有 有 有 经 切断坐骨神经，单刺激离 被试因素2: 体蟾蜍坐骨神经的中枢有 否 否 端 切断坐骨神经，单刺激离 被试因素3: 体蟾蜍坐骨神经的外周有 有 有 端 3 讨论 损伤前，依次出现神经干AP、肌膜AP、肌肉收缩的波形，作为对照组，证明了兴奋传递的过程。当给神经一个强度超过阈值的刺激后，神经细胞就会产生AP。AP一旦在细胞膜上的某一点产生，就会沿着细胞膜向周围进行不衰减的传播，直到传遍整个细胞为止，这个过程 [3]称为动作电位的传导。在神经纤维上传导的AP称为神经冲动。神经冲动传递到神经-骨骼肌接头时，通过接头的化学传递，使骨骼肌终板上产生终板电位从而兴奋骨骼肌，再通过兴奋-收缩偶联使骨骼肌收缩。所以会出现三个波形的先后性。剪断神经干后，相比正常情况下，启动刺激只出现了神经干的动作电位。这说明了兴奋没有传递到骨骼肌。神经纤维兴奋传导有着一下特征:?完整性?绝缘性?双向性?相对不疲劳性。完整性是指，神经冲动正常传导神经纤维结构和功能的完整。如果神经纤维受损伤、切断或者被冷冻、压迫、麻 [4]醉药等因素作 用时均影响其传导功能。所以剪断神经干，神经纤维没有了完整性，兴奋也就不能顺利地传导下去。实验组成功验证了损伤传出神经后，就不会产生骨骼肌肌膜AP和收缩现象。从而也说明了神经纤维完整性在兴奋传导过程中的重要性。 4 结论 通过本实验可知，骨骼肌的收缩需要神经传导兴奋，神经损伤后肌肉因无法接受兴奋而无法收缩。损伤部位以上的动作电位依然存在。 5 参考文献 [1]李永胜，张全有，陈维毅. 骨骼肌收缩的本构模型[J].大连理工大学学报，2005，(36)06:13-15 [2]陈波，陈振兵，杜远立.去神经支配骨骼肌萎缩的多种治疗[J]中国组织工程研究与临床康复，2011，(37)15:28-30 [3]张志雄.生理学.第2版上海:上海科学技术出版社，2011，p23 [4]张志雄.生理学.第2版.上海:上海科学技术出版社，2011，p226 附加实验 影响蟾蜍离体坐骨神经干兴奋传导速度的因素 用任氏液、蒸馏水、普鲁卡因注射液0.1g/5ml(局部麻醉),等量滴注在刺激电极与引导电极之间，1分钟后再滴加等量麻药，分别记录神经干动作电位(mV)、骨骼肌动作电位(mV) 测定神经干兴奋传导速度。 实验中设定的参数为:刺激强度为1V。 实验结果如图所示: 图1:滴加任氏液 图2:滴加蒸馏水 图3:滴加麻药 图4 :滴加麻药一分钟后 讨论 坐骨神经干是由各类兴奋阈值不同的神经纤维所组成,其动作电位是许多神经纤维电活动成[1]分的总和,称为复合动作电位。 动作电位主要是由Na+,K+通道介导跨膜信号传递而形成, [2]所以影响钠钾离子浓度、钠钾离子通道开闭都可以影响动作电位的兴奋性。兴奋以局部电流的方式沿着神经干表面传导,兴奋传播过程中造成引导电极下电位改变，故可记录到双相动作电位。通过两对引导电极可观察到兴奋由一对引导电极下传至另一对引导电极下所需时间,根据兴奋传播的距离和所需时间即可计算出传导速度。 动作电位在神经干上的传导具有一定速度，本实验测出的速度为11.43m/s。实际上神经干传导速度一般为30m/s,40m/s，本实验结果可能是室温过低、屏蔽盒和神经标本接触不良或任氏液滴加过少等原因所致。 滴加蒸馏水后传导速度加快，可能是由于之前滴加任氏液后未用滤纸条吸干神经标本上的任氏液所致。 普鲁卡因等局麻醉药可阻滞Na离子内流，从而抵制神经冲动的发生与传导速度的减慢。神经纤维的静息电位接近K离子的平衡电位，故细胞外液K离子浓度升高可使细胞膜内外浓度差减小，K离子平衡电位减小，膜发生去极化。在此基础上，由于Na离子通道受到抑制，神经干传导速度降低;当细胞外夜Na离子内流减弱，也可以使神经干传导速度减慢。间隔一分钟后，普鲁卡因麻醉作用减弱，抑制作用随之减弱，则神经干传导速度加快。 [1] 黄晓丽,郑惠珍,黄钿生,等.三种高渗溶液对蛙坐骨神经干动作电位的幅值及建设的影响[J].广东医学院学报,2006,24(2):119 121 [2] 左明雪.细胞和分子神经生物学[M].北京:高等教育出版社,2000:60 79