生理学实验报告中山大学生命科学学院

实验六-七神经干动作电位的探究

? 介绍

一、

背景信息

神经是由神经纤维聚集成束的构造，而神经纤维本身是由神经元的轴突（神经元的细长突出，负责传出神经讯号）外被神经胶质细胞所形成的髓鞘包覆而构成。每一条神经的外部都被一层致密的结缔组织所包覆，称为神经外膜，其内亦包埋了提供营养的血管。神经内的神经纤维被神经束膜分隔为数个神经纤维束。每个神经纤维周围亦有神经内膜包覆。神经外膜内包埋的血管分支通过神经束膜，在神经内膜形成血管网。神经内膜亦具有淋巴管。[1]

神经干在受到有效刺激后，可以产生动作电位，标志着神经发生兴奋。[2]

神经在一次兴奋的过程中，其兴奋性也发生一个周期性的变化，而后才恢复正常。兴奋性的周期变化，依次包括绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期4个时期。[2]

不应期的长短对生物体有着重要的意义，不同的可兴奋组织（细胞）的不应期长短是不尽相同的。神经细胞的不应期一般较短，这是为了能较快地接受外界刺激信号和传导信息，以使机体及时做出反应；而心肌细胞的不应期较长，这是为了使心肌在每一次收缩后有足够的舒张休息的时间，防止心肌过度紧张疲劳甚至出现强直收缩现象而危及机体。[2]

神经干受到有效刺激兴奋以后，产生的动作电位以脉冲的形式按一定的速度向远处扩布传导。不同类型的神经纤维，其传导速度(V)不同，并取决于神经纤维的直径、内阻、有无髓鞘、温度等因素。[2] 二、 观测项目

1. 神经干动作电位

在神经干刺激位置的另一端引导传来的兴奋冲动，可以引导出双相的动作电位（如图5-1），如果在两个引导电极之间将神经麻醉或损坏，则引导出的动作电位即为单相动作电位。神经细胞的动作电位是以“全或无\方式产生的。[2]

图5-1 神经干双向电位记录法

神经干的双向动作电位有波幅、波宽等参数，神经对刺激的反应具有兴奋阈值、最适刺激和潜伏期等参数。其中，波幅指动作电位的最大值；波宽指动作电位延续的时间；兴奋阈值为能够使神经干产生兴奋的最低刺激强度；最适刺激是能够使神经干产生最大刺激的最小刺激强度；潜伏期指发出刺激到开始产生动作电位的时间。 2. 神经兴奋的不应期

为测定神经兴奋后兴奋性的变化，采用双脉冲刺激。可预先给神经施加一个最适刺激，

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引起神经兴奋，然后按不同时间间隔给予第二个刺激。检查神经对检验性刺激是否反应和所引起的动作电位幅度变化，来判定神经组织兴奋后的兴奋性变化。以两个刺激间隔测出神经干的不应期。[2]

当第二个刺激引起的动作电位幅度开始降低时，说明第二个刺激开始落入第一次兴奋的相对不应期内。当第二个动作电位完全消失，表明此时第二个刺激开始落入第一次兴奋后的绝对不应期。[2] 3. 神经冲动的传导速率

测定神经纤维上兴奋的传导速度V (m/s)时，在远离刺激点的不同距离处分别引导其动作电位，测得两个引导点之间的距离s (m)，测量出引导出的两次动作电位的时差t (s)，则神经冲动的传导速度由计算可得：V = s/t。[2]

三、 实验目的

1. 学习电生理实验方法。

2. 观察并记录蛙类坐骨神经干复合动作电位的波形与参数，并了解其产生的机制。 3. 了解蛙类坐骨神经干兴奋性的规律性变化。

4. 学习神经干绝对不应期与相对不应期的测定方法。

5. 学习测定蛙类离体神经干上神经冲动的传导速度的方法。

? 实验材料和方法

一、 实验材料与器械

青蛙、常用手术器械、多通道生物信号计算机采集系统、神经屏蔽盒、固定针、铜锌弓、蜡盘、培养皿、污物缸、棉线、纱布、滴管、任氏液。 二、 实验步骤与方法

1. 蛙类坐骨神经干动作电位的记录与观察

1) 制备青蛙坐骨神经干标本

a) 毁脑毁脊髓，去除皮肤（以免分泌物破坏组织），制备下肢标本，用任氏液冲洗一下即可。

b) 用粗剪刀纵向剪开脊柱盒与两后肢相连的肌肉，再用粗剪刀剪开趾骨联合（避免剪刀偏向一侧，保证两侧坐骨神经完整）。全过程不可用金属器械或手触及神经干。 c) 标本仰卧置于蛙板上，用玻璃分针分离脊柱两侧的坐骨神经，棉线先用任氏液湿润，然后穿线，紧靠脊柱根部结扎，近中枢端剪断神经干，用尖头镊子夹结扎线将神经干从骶部剪口处穿出，暴露出来的神经不时用任氏液润湿，切勿用力牵拉神经。 d) 标本俯卧位置于蛙板上。然后再用玻璃分针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大腿部分，直至分离至腘窝胫腓神经分叉处，用玻璃分针将腓浅神经、胫神经与腓肠肌和胫骨前肌分离，将腓肠肌剪除。分离神经时，要把周围的结缔组织剥离干净。

e) 用手轻提一侧结扎神经的线头，辨清坐骨神经走向，置剪刀于神经与组织之间，剪刀与下肢成30°角，紧贴股骨，腘窝，顺神经走向剪切直至跟腱，并剪断跟腱和神经。

f) 用手捏住结扎神经的线头，用镊子剥离附着在神经干的组织，将剥离出来的坐骨神经干标本浸入盛有任氏液培养皿中待用。 2) 连接装置

连接生物信号采集处理系统与标本盒（如图5-2）。S1接刺激器输出正端（红），S2接刺激器输出负端（黑）；r3接地电极（黑色），接入屏蔽盒；r1(-)接放大器负输入端（绿），r1(+)接放大器正输入端（红），作为引导电极，接入信号采集系统通道1。

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图5-2 神经屏蔽盒电极结构示意图

3) 参数设置

启动RM6240系统软件，点击“实验”菜单，选择“生理科学实验”菜单中的“神经干动作电位”项目。系统进入该实验信号记录状态，仪器参数：1、2通道时间常数0.02～0.002s、滤波频率1KHz、灵敏度5mV，采样频率40KHz，扫描速度0.5ms/div。单刺激激模式，刺激幅度0.1～3V，刺激波宽0.1ms，延迟5ms，同步触发。 4) 检测神经干标本兴奋性

用镊子夹持神经干扎线,将神经干移入神经屏蔽盒内，中枢端置于刺激电极处，从末梢端引导动作电位。使神经干与刺激电极、接地电极、引导电极均接触良好。盖上屏蔽盒盖子。启动刺激图标，观察是否有动作地位。如果没有动作电位，且神经干与电极接触良好，可能是神经干标本无兴奋性，应更换神经干。 5) 测定神经干兴奋阈值

刺激强度从0.1V开始，逐渐增加刺激强度，当刚刚出现动作电位时的刺激强度，即为神经干的兴奋阈值。 6) 记录双相动作电位

在刺激阈值的基础上逐渐加大刺激强度,可见动作电位的图形为又相,而且其幅值随刺激强度增大而加大。当刺激增加到一定强度时，可见动作电位的幅值不再增大。 7) 测量动作电位参数

对记录的双相动作电位进行测量，得出双相动作电位的波幅、波宽、潜伏期。

2. 坐骨神经不应期的测定

1) 继续使用上述测定动作电位的装置进行实验。 2) 参数调节

点击“实验”菜单，选择“肌肉神经”菜单中的“神经干兴奋不应期的测定”项目，系统进入该实验信号记录状态。 采用双刺激模式，选用最适刺激强度，刺激波宽0.1 ms，起始波间隔20 ms，延时1 ms，同步触发。 3) 实验记录

开始刺激，最初可见到相距20ms(首间隔)的两个动作电位图形，而且两个图形的幅值是同样大小的。此后用鼠标再次点击“刺激”，每刺激一次，第二个刺激即按照“间隔”所设定的时间向第一个刺激靠近一次，从而使第二个动作电位图形向第一个动作电位相应靠近。当发现第二个动作电位的图形幅值刚开始比第一个减小时，说明第二个刺激落入到第一次兴奋后的相对不应期。第二个刺激越是靠近第一个刺激，其动作电位的幅值就越小。当第二个刺激距离第一个刺激大约为1.5-2 ms左右时，第二个动作电位则完全消失，表明第二个刺激落人到第一次兴奋后的绝对不应期。

3. 神经冲动传导速度的测定

1) 实验装置的连接

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2)

3) 4) 5) 6)

在之前实验装置的基础之上，增加一对引导电极，近刺激端的一对(r1负和r1正)输入计算机的通道1，远离刺激端的一对(r2负和r2正)输入计算机的通道2通道1、2的地线均连接r3。

仪器的操作和实验参数的设置

点击“实验”菜单，悬着“生理科学实验”菜单中的“神经干冲动传导速度的测定”项目。

测定两对记录引导电极的动作电位时差

开始刺激，采取单刺激模式，刺激强度0.1—3 V，刺激波宽0.1 ms，延时5 ms。同步触发。

用鼠标点击“快捷工具栏”的“观察”，拖动鼠标分别测出通道1和通道2两个动作电位的峰值时间点，即可算出两个动作电位的时间差(ms)。

测量两对引导电极神经干的长度使用mm刻度尺准确量出两对引导电极的距离，即为神经干的长度(mm)。

按照实验原理中的计算公式，计算出蛙坐骨神经干的兴奋传导速度(m/s)。

? 结果

一、 实验测绘图像

见本实验附录 二、 实验结果

1. 动作电位的测量

兴奋阈值：0.12 V 波幅：1.70 mV 波宽：3.45 ms 潜伏期：950 μs 动作电位阈值：0.1 mV 2. 不应期的测量

进入相对不应期：9.8ms 进入绝对不应期：4.5 ms

另外，进行多次实验，逐步减小波间隔，且定义电位的离差率为：

离差率=

第一次最大电位?第二次最大电位

第一次最大电位

×100%，

得到如下关系图：

图5-3 波间隔与两次电位离差率的关系1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 4.0 y = -0.16x + 1.54R2 = 0.865.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 3. 传导速度的测量

测得电极间距 s = 1.95 cm

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