实验3 蟾蜍坐骨神经干电生理实验_实验三蟾蜍坐骨神

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生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 实验3 蟾蜍坐骨神经干电生理实验

【摘要】 目的 运用电生理实验技术测定蛙类坐骨神经干的单相、双相动作电位和其中Ａ类纤维冲动的传导速度，并观察机械损伤、药物对神经兴奋和传导的影响。方法 采用RM6240微机生物信号处理系统，通过电生理的方法来测定蛙坐骨神经干的单相、双相动作电位的电位和时程以及其中Ａ类纤维冲动的传导速度。并采用夹伤神经和加不同药物等处理措施，记录一定刺激强度下坐骨神经动作电位的大小变化，从而分析坐骨神经干动作电位的影响因素及机制。

结果 动作电位的传导速度为31.76±3.63 m/s，阈刺激强度为0.28±0.03 V，最大刺激强度为1.21±0.36 V。中枢端引导动作电位正相和负相振幅分别为3.15±1.87mV和 2.11±1.46mV，末梢端引导动作电位正负相振幅分别为7.04±2.01 mV和 3.89±1.46 mV，与中枢端引导时的动作电位振幅比有显著性差异（p0.05）。3mol/L KCl处理前Ac正相振幅为 2.57±0.75 mV，负相振幅为1.28±0.52 mV，处理后5min A5正相振幅为3.16±0.97 mV，负相振幅为0.12±0.18mV；Dc正负相时程分别为 1.30±0.26 ms和2.00±0.65 ms，处理后5min D5正负相时程分别为 1.94±0.44 ms和0.31±0.44 ms。A5与Ac相比以及D5与Dc相比均有显著性差异（P

m/s。双相动作电位是神经冲动先后通过两个引导电极形成的，为正相波与负相波叠加后的结果。坐骨神经干的动作电位及传导过程不表现“全或无”现象，当刺激电压从阈刺激增加至最大刺激的过程中，神经干动作电位振幅随刺激电压增加而增高。KCl处理神经干过程中，由于阻滞了K+的外流，动作电位的振幅随时间延长逐渐减小，至5min时已基本为0。procaine处理神经干后，由于阻滞了Na+的内流，动作电位的振幅逐渐变小。

【关键词】神经干 刺激 复合动作电位 单相动作电位 双相动作电位 传导速度

神经纤维在接受阈上刺激后产生动作电位（全或无），产生后沿其神经纤维以一定的速度传导。神经干由许多神经纤维组成，从神经干引导的动作电位是这些神经纤维的复合动作电位。通过置于神经干上的电极，可以引导出不同的单相、双相动作电位。不同的神经纤维传导速度也不同，蟾蜍坐骨神经干主要由Aα类纤维组成，传导速度约为30-40m/s。神经损伤以及药物作用等对神经的兴奋、传导都具有影响。本实验通过测定不同条件下神经干动作电位参数变化，探讨其机制。

1.材料和方法

1.1实验动物

蟾蜍（中华蟾蜍指名亚种，Zhuoshan Toad）生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 1.2药品

任氏液、3%procaine、3mol/LKCl.1.3 器材

RM6240微机生物信号处理系统（成都仪器厂）、神经标本屏蔽盒。1.4坐骨神经干制备

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，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。坐骨神经标本置任氏液中备用。1.5仪器连接和参数

“实验”菜单中选择生理科学实验中的“神经干动作电位”进入实验信号记录状态。仪器参数：

1、2通道时间常数0.02s、滤波频率1KHz、灵敏度5mV，采样频率40kHz，扫描速度0.5ms/div。单刺激方式，刺激幅度1.0V，刺激波宽0.1ms，延迟5ms，同步触发。1.6 动作电位引导

神经干标本置于标本盒的电极上，神经与电极接触良好，调节刺激电压，记录动作电位。

2.观察项目

2.1 蟾蜍坐骨神经干复合动作电位参数测定

2.1.1 将神经干中枢端置于刺激电极处，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，测定第一对引导电极引导的双相动作电位正相波与负相波的振幅（Ac1、Ac2）和时程（Dc1、Dc2）。

2.1.2 将神经干末梢端置于刺激电极处，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，测定第一对引导电极引导的双相动作电位正相波与负相波的振幅（Ap1、Ap2）和时程（Dp1、Dp2）。

2.2 动作电位传导速度测定

将神经干中枢端置于刺激电极处，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，记录通道1、2产生动作电位起始时间之差，根据υ＝ S R1-R2 / Δt 计算出AP的传导速度。

2.3 引导电极间距离的变化对动作电位振幅的影响

取下第二对引导电极，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，分别记录第一对引导电极间距离为10mm，20mm，30mm时的动作电位的正负相振幅（A1、A2）。2.4 单相动作电位引导

用镊子将第一对引导电极之间的神经夹伤，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，测定第一对引导电极引导的单相动作电位的振幅（Am）和时程（Dm）。2.5 刺激强度（U）变化对动作电位振幅（A）的影响

用刺激波宽0.1ms，刺激电压从0.1V按步长0.05V不断增加，测定不同刺激电压下动作电位振幅的变化，直到动作电位不再增大为止。记录阈刺激强度（Uth）和最大刺激强度（Umax）以及所对应的动作电位振幅。2.6 3mol/L KCl溶液处理后的影响

将一小块浸有3mol/L KCl 溶液的滤纸贴附在第2对引导电极的后一电极的神经干上，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，记录KCl溶液处理前及处理后5min时，第一对引导电极引导的动作电位振幅（Ap）和时程（Dp）。2.7 3%procaine处理后的影响生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 换一神经干，将一小块浸有3%procaine溶液的滤纸贴附在第1 对引导电极的后一电极的神经干上，用刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms的方波刺激神经干，记录procaine处理前及处理后5min时，第一对引导电极引导的动作电位振幅（Ap）和时程（Dp）。

3.结果

3.1 刺激波宽0.1ms时，阈刺激Uth为0.28±0.03 V；最大刺激1.21±0.36 V，刺激电压1.0V时，动作电位的传导速度为31.76±3.63 m/s。（见表1）

表1 蟾蜍坐骨神经干阈刺激、最大刺激和传导速度

sample Uth(V)

Umax(V)

V(m/s)1 2 3 5 6 7 8 9 x±s 0.30 0.32 0.30 0.25 0.25 0.30 0.26 0.24 0.28±0.03 0.99 1.16 1.30 1.25 1.80 1.50 1.10 0.59 1.21±0.36* 30.77 31.75 28.17 28.17 34.48 31.25 30.30 39.22 31.76±3.63 *p＜0.01 vs阈刺激组。

刺激波宽0.1ms，刺激电压从0.1V按步长0.05V不断增加时，当刺激电压小于阈刺激时，不产生动作电位；当刺激电压大于阈刺激小于最大刺激时，动作电位振幅不断增大；当刺激电压大于最大刺激时，动作电位振幅不再增大。动作电位振幅与刺激电压的变化关系见图1。

图1 不同强度刺激电压对蟾蜍坐骨神经干动作电位振幅的影响

65432100.000.250.500.751.001.25

3.2 刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms时，中枢端引导时动作电位，正相和负相振幅分别为3.15±1.87 mV和 2.11±1.46 mV，两者有高度显著性差异（p=0.001

生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 负相时程分别 0.95±0.16 ms和 1.68±0.41 ms，两者有高度显著性差异（p=0.00040.05)。（见表2）

表2 蟾蜍坐骨神经干中枢和末梢引导的复合动作电位

sample Ac1(mv)Ac2(mv)

Dc1(ms)

Dc2(ms)

Ap1(mv)

Ap2(mv)

Dp1(ms)

Dp2(ms)1 2 3 4 5 6 7 8 9 x±s 4.98 2.86 4.64 1.69 6.23 1.81 0.99 1.27 3.92 3.15±1.87 3.03 2.15 2.72 1.10 5.23 1.27 0.56 0.72 2.20 2.11±1.46** 0.84 0.90 0.83 1.32 1.04 0.93 0.98 0.80 0.87 0.95±0.16 1.52 1.60 1.11 1.96 2.31 1.40 1.31 2.23 1.70 1.68±0.41** 8.02 7.00 8.99 5.35 9.86 8.11 3.31 5.79 6.91 7.04±2.01* 4.27 4.41 6.13 2.09 4.16 5.24 1.36 3.79 3.59 3.89±1.46* 0.94 0.84 0.88 1.37 1.13 1.04 1.02 0.81 0.80 0.98±0.18 1.97 1.69 1.19 2.56 2.67 1.97 1.59 2.41 2.09 2.02±0.48 *p

3.3 夹伤神经干后，动作电位振幅为 8.49±2.48 mV；时程为 1.73±0.40 ms，与末梢端引导时正相波时程比有高度显著性差异（p=0.002

表3 蟾蜍坐骨神经干双相和单相复合动作电位

sample Ap1(mV)

Ap2(mV)

Dp1(ms)

Dp2(ms)

Am(mV)

Dm(ms)1 2 3 5 6 7 9 x±s 8.05 7.00 8.99 9.86 8.11 3.76 7.61 7.63±1.94 4.18 4.41 6.13 4.16 5.24 1.95 4.05 4.30±1.28 0.93 0.84 0.88 1.13 1.04 0.94 0.83 0.94±0.11 1.96 1.69 1.19 2.67 1.97 1.77 2.26 1.93±0.46 8.40 2.06 8.62 2.19 10.66 1.44 11.66 2.19 7.85 1.33 3.80 1.35 8.45 1.53 8.49±2.48 1.73±0.40* *p

3.4 刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms，第一对引导电极间距离分别等于10mm、20mm和30mm时，末梢端引导的动作电位正相振幅：A110为 7.07±1.87 mV，A120为 9.57±3.08 mV，A130为 9.75±3.33 mV，A120、A130分别与A110比有显著性差异（p

生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 著性差异（p>0.05）。（见表4）

表4 引导电极间距离对坐骨神经干动作电位振幅的影响(mV)sample 10mm A1

A2

A1

20mm

A2

A1

30mm

A2

x±s 8.38 6.92 7.94 5.26 10.06 8.02 3.76 5.96 7.32 4.18 4.46 4.08 2.15 4.42 5.83 1.95 3.96 3.83 3.87±1.19

7.07±1.87

12.19 8.11 8.83 6.35 14.97 11.68 5.02 8.54 10.48 9.57±

3.08* 7.74 4.65 3.68 3.49 7.82 7.40 1.45 5.26 6.69 5.35±2.23*

12.65 8.21 8.29 6.41 15.91 12.09 5.35 8.48 10.37 9.75±

3.33*,** 8.70 2.82 2.33 3.24 7.67 4.42 2.39 2.70 5.65 4.44±2.39#,** *p0.05 vs 10mm组，**p>0.05 vs 20mm组。

3.5 刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms，3mol/L KCl处理前Ac正相振幅为 2.57±0.75 mV，负

相振幅为1.28±0.52 mV。处理后5min A5正相振幅为3.16±0.97 mV，负相振幅为0.12±0.18mV。A5与Ac相比有显著性差异（p

表5 3mol KCl 对坐骨神经干动作电位振幅和时程的影响

sample Ap1(mV)5

Ap2(mV)c

c

Dp1(mS)

Dp2(mS)c

c

2.14 1.47 1.78 2.42 2.80 2.99 3.60 3.38 2.57±

0.75 1 2 3 4 5 7 8 9 x±s 2.87 1.80 2.26 2.50 4.41 3.24 3.92 4.31 3.16± 0.97*

1.54 1.42 1.21 0.84 2.33 1.27 0.70 0.89 1.28±

0.52 0.24 0.21 0.48 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12± 0.18

1.40 1.32 1.10 1.72 1.35 1.30 1.40 0.82 1.30±

0.26 2.27 1.62 1.40 2.62 1.86 2.39 1.82 1.57 1.94± 0.44*

1.90 1.57 1.19 3.31 2.03 2.19 2.32 1.52 2.00±

0.65 1.03 0.66 0.78 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.31± 0.44 *p

3.6

刺激电压1.0V，刺激波宽0.1ms，3％procaine处理前Ac正相振幅为 7.43±0.92 mV，负相振幅为4.17±0.75 mV。处理后5min A5正相振幅为8.54±1.88 mV，负相振幅为2.92±生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 1.76 mV。A55与Acc相比有显著性差异（p

表6 3% procaine 对坐骨神经干动作电位振幅和时程的影响

sample Ap1(mV)5`

Ap2(mV)c

5`

c

Dp1(mS)

5`

Dp2(mS)c

5`

c

7.66 9.03 7.88 6.40 7.65 6.50 6.86 7.43±

0.92 1 2 3 4 5 7 9 x±s 9.95 11.10 8.85 6.42 9.86 6.47 7.12 8.54±1.88*

4.42 5.03 5.06 3.40 3.86 3.15 4.26 4.17±

0.75 5.70 1.42 2.59 2.43 2.50 0.88 4.90 2.92±1.76

0.91 0.95 0.63 1.10 1.06 0.93 0.56 0.88±

0.21 0.95 1.23 0.80 1.22 1.25 1.21 0.50 1.02±0.29*

2.05 1.97 1.18 2.10 2.81 2.20 1.64 1.99±

0.50 3.34 1.43 1.35 2.52 2.82 1.40 2.05 2.13±0.79 *p

4.讨论

4.1 中枢端引导和末梢端引导时均能产生动作电位，说明神经冲动在神经纤维内可以双向传导。且中枢端引导和末梢端引导时产生的动作电位的时程没有显著性差异，说明神经冲动的传导速度与神经冲动的传导方向是没有关系的。文献资料显示蛙类神经冲动的传导速度在20℃时约为30m/s。实验中测得的蟾蜍坐骨神经干动作电位传导速度为27.61±8.19m/s，与文献数据相比有意义，说明神经干标本生理功能完好。

4.2

神经传导依靠局部电流来完成，要求神经纤维在结构和功能上都是完整的。实验中将两引导电极间的神经夹伤后，神经冲动传导被阻断，可观察到双相动作电位的负相波消失，只形成一正相波。由此可见，双相动作电位是神经冲动先后通过两个引导电极形成的。当冲动通过第1个电极时，产生第一次动作电位，即我们所观察到的正相波；当冲动通过第2个电极时，产生第二次动作电位，即我们观察到的负相波。我们所观察到的双相动作电位实际为正相波与负相波叠加后的结果。实验中观察到单相动作电位的时程显著长于双相动作电位正相波的时程；逐渐增加两引导电极间距离，单相动作电位的振幅也逐渐增大。这些也都证明了观察到的双相动作电位为正相波与负相波叠加后的结果。

4.3 实验中观察到双相动作电位的正相波振幅显著大于负相波的振幅。因为一条神经干是由许多条神经纤维以及纤维间的结缔组织组成的，神经干的动作电位应为每一条神经纤维动作电位叠加的结果。由4.2可知双相动作电位是神经冲动先后通过两个引导电极形成的。当神经冲动经过第1个电极时，每条神经纤维产生动作电位叠加后即为正相波的振幅；当神经冲动经过第2个电极时，由于某些神经纤维处于不应期内，从而产生第二次动作电位的神经纤维数量减少，叠加后的值小于第一次，即正相波振幅大于负相波的振幅。

4.4 刺激电压从阈刺激增加至最大刺激的过程中，神经干动作电位振幅随刺激电压增加而增高，说明坐骨神经干的动作电位及传导过程不表现“全或无”现象。

4.5 动作电位的产生是由于Na+跨膜内流和K+跨膜外流形成的，而离子跨膜流动的动力主生理科学实验报告—实验3 神经干

李丹阳 2006.09.28 要来自其浓度梯度。细胞在静息状态时膜内[K+]高与膜外。当用KCl处理神经干时，膜外[K+]增高，因此K+的浓度梯度减小，K+跨膜外流减少，导致动作电位振幅减小。随着时间延长，膜外[K+]继续增高，当增至膜内外[K+]相同，即不再产生动作电位。因此KCl处理神经干过程中，动作电位的振幅随时间延长逐渐减小，至5min时已基本为0。

4.6

Procaine为局部麻醉药，可作用于神经细胞膜Na+通道，封闭Na+通道，阻滞Na+的内流，从而使动作电位振幅下降，甚至完全丧失产生动作电位的能力。实验中procaine处理神经干后动作电位振幅逐渐变小，与理论相一致。

【参考文献】

（1）姚泰.生理学.人民卫生出版社.北京.2002.4第1版.（2）陆源,夏强等.生理科学实验教程.杭州：浙江大学出版社，2004.