【论文】动物骨骼肌、心肌及平滑肌生理特性的比较研究.pdf

2 动物骨骼肌 心肌及平滑肌生理特性的比较研究动物骨骼肌 心肌及平滑肌生理特性的比较研究 石石 恒恒 生命科学学院 生物科学专业 学号 2011300044 指导老师 应明 摘要 摘要 本文通过对兔子离体组织器官至于模拟体内环境的溶液中 以台氏液作灌流液 在体外观察及记录家兔离体肠段的一般生理特性 以及对蛙骨骼肌的电刺激 心肌的电刺激和 蛙心灌流 收集它们的生理信号 分析并比较兔子平滑肌 蛙骨骼肌和心肌的生理特性的异 同 结果表明 平滑肌兴奋性较低 具有自动节律性 对化学 温度和机械牵张刺激较敏感 骨骼肌的不应期很短 会发生强直收缩 心肌的不应期很长 不会发生强直收缩 但会出现 期外收缩和代偿间歇 关键词 关键词 动物生理 平滑肌 骨骼肌 心肌 生理特性 取离体兔肠段置于台氏液中 用计算机采集系统扫描其收缩曲线 加入肾上腺素 乙酰 胆碱 阿托品等不同的化学药物 观察他们对于离体肠段收缩的影响 通过这种观察 学习 离体肠段平滑肌的实验方法 分析消化管平滑肌组织的特性 如兴奋性 传导性和收缩性等 制备蛙坐骨神经及腓肠肌标本 采用生理信号采集处理系统 通过改变电流对标本的刺激强 度找出阈刺激 阈上刺激和最适刺激 了解刺激强度与肌肉收缩反应大小的一般关系 掌握 骨骼肌收缩的总和现象 认识骨骼肌的能够产生强直收缩这一重要生理特性 同步记录蛙心 搏过程 心脏收缩 曲线和心电图曲线 了解心脏电活动与机械活动的时相关系 通过对心 电图的分析掌握期前收缩与代偿间歇 并比较心肌和骨骼肌的不同收缩特点 通过实验 研究这三种肌肉的生理特性 可以更好的分析这三种肌肉在不同温度离子浓 度下的收缩状态 从而在生活中运用其中的机理 如在医学 运动比赛 和物理力学 1 材料与方法材料与方法 1 1 实验材料以及仪器实验材料以及仪器 家兔 蛙 恒温平滑肌浴管 生理信号采集处理系统 肌张力传感器 万能支架 大铁 夹 螺旋夹 双凹夹2个 温度计 烧杯 常用手术器械 玻璃分针 神经 肌肉标本屏蔽盒 刺激电极线 引导电极线 双针刺激电极 滴管 蛙心夹 蛙板 玻璃板 废物缸 培养 皿 滑轮 棉花 线 任氏液 台氏液 无钙台氏液 1 50000肾上腺素 1 50000乙酰胆碱 1 50000阿托品 1 2 标本标本的制作的制作 1 2 1 平滑肌标本的制备平滑肌标本的制备 用槌猛击兔的头枕部使其昏迷 剖开腹部 找出胃与十二指肠交界处 用线结扎 在结 扎线近胃侧剪断小肠 将肠管的肠系膜沿肠缘剪开 分离出长约 20 30cm 的肠管 把离体 3 的肠管置于 4 左右的台氏液中 剪成数段 每段长 2 3cm 然后用注射器向肠腔内注入台 氏液 冲洗肠腔 待肠腔内容物基本洗净后 放入 4 台氏液中备用 1 2 2 坐骨神经及腓肠肌标本的制备坐骨神经及腓肠肌标本的制备 双毁髓处死蛙之后 双毁髓处死蛙 剥离后肢皮肤 分离两后肢 分离坐骨神经 游离 腓肠肌 分离股骨头即可得到挖的骨骼肌标本 用锌铜弓检验标本机能是否正常 1 2 3 心肌标本的制备心肌标本的制备 用镊子提起剑突处皮肤 用粗剪刀剪一小口 由切口处向上呈 v 形剪开胸骨表面皮 肤 提起剑突 将粗剪刀伸入胸腔内 紧贴胸壁 避免损伤心脏和血管 沿中线剪开胸骨 打开胸腔 用镊子提起心包膜 并用眼科剪刀仔细剪开心包 暴露出心脏 1 3 标本处理方法标本处理方法 向浴管内台氏液中加入 1 50000 的肾上腺素 0 2ml 1 50000 的乙酰胆碱 0 2ml 1 50000 阿托品 0 2ml 刺激平滑肌 用不同强度的电流刺激骨骼肌 用电极联通蛙体 通过生理信号采集 处理系统采集蛙心电图 1 4 观察与数据处理观察与数据处理 利用生理信号采集处理系统采集数据 word 软件保存图片 用 photoshop 7 0 编辑数码 图片 2 结果结果 2 1 家兔消化管平滑肌处理结果家兔消化管平滑肌处理结果 一 启动恒温加热系统 使浴管内台氏液温度升至 37 观察收缩曲线改变 然后温 度恒定在 38 再观察以下实验项目 图 1 消化管平滑肌在台氏液中加热到 38 左 与保持室温的收缩曲线 4 当温度略高于室温时平滑肌的活动明显加强 二 向浴管内台氏液中加入 1 50000 的肾上腺素 0 2ml 描记观察肠段活动有何变化 待作用效果明显后 冲洗肠段 即放掉浴管中的台氏液 加入预先准备好的 38 新鲜台氏液 重复更换 2 3 次台氏液 使肠段活动恢复正常 再进行下一个实验 图 2 平滑肌在加入肾上腺素后的收缩曲线 在台氏液中加入肾上腺素 肠段的收缩明显变缓 幅度变小 也就是说 肾上腺素抑制了肠 段的收缩 三 向浴管内台氏液中加入 1 50000 的乙酰胆碱 0 2ml 描记观察肠段运动 待作用出现后 同上法冲洗肠段 图 3 平滑肌在加入乙酰胆碱后的收缩曲线 加入乙酰胆碱后 肠段的收缩幅度明显变大 即乙酰胆碱促进了肠段的收缩 5 四 向浴管内台氏液中 加入 1 50000 阿托品 0 2ml 2 分钟后 再加入 1 50000 的乙酰胆碱 0 2ml 观察肠段活动变化 并与上一项结果比较 图 4 平滑肌在加入阿托品后再加入乙酰胆碱刺激的收缩曲线 在加入阿托品后立即加入同样剂量的乙酰胆碱 肠段的收缩不再被促进 这说明阿托品是乙 酰胆碱的抑制剂 五 用 37 无 ca2 台氏液冲洗肠段至少 3 次 换上新鲜 37 的无 ca2 台氏液 观察小肠 收缩曲线有何变化 图 5 平滑肌在换上新鲜 37 的的无 ca2 台氏液后收缩曲线的变化 钙离子的减少 降低了钙离子在肌浆网中的传递 从而抑制了平滑肌的收缩 6 六 向无 ca2 台氏液浴管内加入 1 50000 的乙酰胆碱 0 2ml 观察肠段活动变化 如无反 应 一分钟后用正常含 ca2 台氏液冲洗 3 次 观察有何现象发生 图 6 平滑肌在无 ca2 台氏液浴管内加入 1 50000 的乙酰胆碱 0 2ml 观察肠段活动变化 图 7 平滑肌在无反应后用含 ca2 台氏液冲洗后的收缩曲线 乙酰胆碱与肠道的平滑肌细胞上的特殊位点结合 促进钙离子在肌浆网中的传递 从而增强 平滑肌的收缩 2 2 蛙的骨骼肌处理结果蛙的骨骼肌处理结果 一 实验项目一 神经肌肉 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 7 图 8 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 刺激神经 刚开始刺激时 肌肉不发生单收缩 当继续增大至 0 760v 时 出现收缩 此即为阈强度 此 后 收缩幅度随刺激强度增大而增大 当增加到 0 920v 时 幅度不再变化 此即为最适刺激 强度 峰值为 0 385g 图 9 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 刺激肌肉 刚开始刺激时 肌肉不发生单收缩 当继续增大至 1 100v 时 出现收缩 此即为阈强度 此 后 收缩幅度随刺激强度增大而增大 当增加到 2 150v 时 幅度不再变化 此即为最适刺激 强度 8 图 10 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 在电刺激为 2 150v 时 产生最适刺激 峰值为 5 86g 持续时间为 680ms 二 实验项目二 神经肌肉 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 图 11 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 在波间隔为 400ms 可以看到 2 条相互独立的峰 说明没有发生强直收缩 9 图 12 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 在波间隔为 200ms 可以看到 2 条部分重叠的峰 说明发生了不完全强直收缩 图 13 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 在波间隔为 50ms 可以看到 1 条峰 说明发生了完全强直收缩 三 实验项目三 神经肌肉 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 10 图 14 刺激强度对骨骼肌收缩的影响 实验中 我们可以观测到 当刺激频率很小的时候 肌肉发生一连串互不相连的收缩 波间 隔和脉冲数分别为 2 200ms 10 3 100ms 10 4 50ms 15 时 所描记的肌肉收缩 曲线呈锯齿形 为不全强直收缩 当 5 20ms 15 时 锯齿消失 变成一条光滑的直线 此即为强直收缩 当发生强直收缩时 应停止刺激 避免肌肉过度疲劳 2 3 蛙心搏曲线的描记 期前收缩与代偿间蛙心搏曲线的描记 期前收缩与代偿间歇的观测歇的观测 项目一 1 同步记录心脏的正常心搏曲线和心电图 图 15 蛙的心脏的正常心搏曲线和心电图 该波形为正常的心搏曲线 高而宽的波为心室波 矮而小的波为心房波 心脏每收缩和舒张一次 构成一个机械活动周期 即心动周期 在本实验中 通过蛙心 夹夹住蛙心尖来将蛙心与传感器连接起来进行在体实验 记录到的正常心搏曲线通常是心室 波 可能也会记录得到心房波 一般记录不到静脉窦的曲线 如上图所示 较大而高的峰为 11 心室波 较小而矮的峰为心房波 2 蛙心率的测试 心率是指心脏每分钟跳动的次数以第一声音为准 心动周期的持持续时间与心率有关 实验中测的蛙的心率时 360 次 分 即每个心动周期持续 0 17s 3 分析两个生理过程之间的联系 图 16 蛙的心搏曲线和心电图比较 心电图中的 p 波反映左右两心房的去极化过程 图 16 中 p 波波形小而圆钝 历时 0 11s 波幅不超过 0 25mv 虽然窦房结的去极化发生在心房之前 但是由于窦房结很小 兴奋时产 生的综合电位小 在体表心电图上不能记录到 qrs 波群反映左右心室的去极化过程 如图 16 中的 qrs 波群中 包括三个紧密相连的电 位波动 第一个向下的波称为 q 波 第一个向上的波称为 r 波 紧接 r 波之后的向下的波称 为 s 波 图中可知 该 qrs 波群历时约 0 10s 这也是兴奋在心室肌扩布所需的时间 项目二 1 将刺激电极固定 使其两极与心室相接触但不妨碍心肌收缩 观察期 前收缩和代偿间歇 12 图 17 蛙心搏曲线期前收缩与代偿间隙 心肌兴奋后 兴奋性会发生周期性的变化 其有效不应期特别长 相当于整个收缩期和 舒张早期 因此 在心脏的收缩期和舒张早期内 任何刺激均不能引起心肌兴奋与收缩 但 在舒张早期以后 对心室给予一次阈上刺激 使心室肌在正常窦房结的冲动到达之前 因额 外的刺激引起一次提前收缩 即期前收缩 期前收缩也有自己的有效不应期 如果正常的窦房结的冲动到达心室时 正好落在心室 期前收缩的有效不应期内 因而不能引起心室的兴奋和收缩 需等到正常的窦房结的冲动再 次到达时 心室才能产生收缩 心室在期前收缩之后出现较长的舒张时间 称为代偿间歇 若窦性心律较慢 下一次窦房结的兴奋也可在期前兴奋的有效不应期结束后才传到心 室 在这种情况下 代偿间歇将不会出现 2 分别于心室收缩期和舒张期的早 中 晚给予单刺激 图 18 蛙心脏在收缩期和舒张期的早期给以单个刺激 13 由图可知 在收缩期和舒张期的早期给以单个刺激 心室并没有发生反应 整个收缩期 和舒张期早期都处于不应期中 因此给以刺激并不能产生反应 图 19 蛙心脏在收缩期和舒张期的中期给以单个刺激 在舒张期和收缩期的中期给以单个刺激 则产生期外收缩 心室舒张期中期 这时心 肌细胞处于超常期 对额外刺激产生反应 出现期外收缩 由于所受刺激较窦性节律性兴奋 强 所以期外收缩的幅度比正常大 而后正常的窦性节律性兴奋到达时 心肌细胞恰好处于 期外收缩的有效不应期 不能引起心肌兴奋和收缩 这样在期外收缩之后就会出现一个较长 的舒张期 即代偿间歇 图 20 蛙心脏在收缩期和舒张期的晚期给以单个刺激 在舒张期和收缩期的晚期给以单个刺激 则产生期外收缩 机理同舒张期中期一致 出 现期外收缩和代偿间歇 14 3 讨论讨论 3 1 家兔消化管平滑肌的生理特性家兔消化管平滑肌的生理特性 1 消化道平滑肌具有肌组织的一般特性 如兴奋性和收缩性 同时又有自己的特点 如和骨 骼肌相比 消化道平滑肌的兴奋性较低 收缩速度较慢 但伸展性大 消化道平滑肌对电刺 激不敏感 而对机械牵张 温度变化和化学刺激敏感 许多部位的消化道平滑肌有自发节律 性运动 但频率慢且节律不稳定 与骨骼肌相比较 消化道平滑肌的收缩速度慢 另一方面 消化道平滑肌的伸缩能力也比骨骼肌大得多 它可以展长于本身长度的四倍 这对于改变消 化道的口径有很大意义 消化道平滑肌钙泵作用较骨骼肌慢 故平滑肌收缩持续时间较骨骼 肌长得多 其持续时间长以秒来计算 2 在台氏液中加入肾上腺素 肠段的收缩明显变缓 幅度变小 也就是说 肾上腺素抑制了 肠段的收缩 而加入乙酰胆碱后 肠段的收缩幅度明显变大 即乙酰胆碱促进了肠段的收缩 然而在加入阿托品后立即加入同样剂量的乙酰胆碱 肠段的收缩不再被促进 这说明阿托品 是乙酰胆碱的抑制剂 但是只加入乙酰胆碱不会减弱平滑肌的收缩 其主要的作用机理是 乙酰胆碱与肠道的平滑肌细胞上的特殊位点结合 促进钙离子在肌浆网中的传递 从而增强 平滑肌的收缩 当加入阿脱品后 阿脱品与平滑肌细胞上的乙酰胆碱结合位点结合 竞争性 阻碍了乙酰胆碱与平滑肌细胞的结合 从而抑制了乙酰胆碱的作用 但只加如阿脱品时对平 滑肌的收缩没有影响 3 温度对于肠段的运动也有影响 当将体外环境温度改变至 38 时 肠段的活动明显加强 而当将体外环境的温度改变至 45 时 肠段的活动明显减弱 而当再次将体外温度改变至 37 肠段的活动又恢复正常 3 2 蛙的骨骼肌生理特性蛙的骨骼肌生理特性 1 当骨骼肌受到一次阈上刺激 会出现一次机械收缩 就是单收缩 单收缩曲线可以分为 三个时期 从刺激开始到收缩开始这一段无明显外部表现的时间 称为潜伏期 这是兴奋 的产生 传导和传递以及兴奋 收缩耦联所耗费的时间 由肌肉开始收缩到收缩达到高峰 是长度缩短或张力强高的时间 曲线陡 为收缩期 从收缩高峰开始 曲线较缓慢地下降 至基线 是长度或者张力恢复过程 为舒张期 2 肌肉收缩的幅度同刺激强度有关 由阈上刺激增强到最大刺激 肌肉收缩也逐渐增高到 最大收缩 3 当同等强度的连续阈上刺激作用于标本时 则出现多个收缩反应的叠加 为强直收缩 当后一收缩发生在前一收缩的舒张期 为不完全强直收缩 后一收缩发生在前一收缩的收缩 期时 各自的收缩则完全融合 肌肉出现持续的收缩状态 为完全强直收缩 在收缩曲线上 不完全强直收缩曲线的各收缩波的波峰仍然可以分辨 而完全强直收缩的波峰已经完全融 合 不能分辨 这一现象可以解释为 当前一次收缩尚未完全舒张或尚处于收缩期时 后一 次刺激所引起的收缩已经出现并被叠加上去 3 3 蛙的心肌生理特性蛙的心肌生理特性 1 期前兴奋也有它自己的有效不应期 这样 当紧接在期前兴奋之后的一次窦房结兴奋传 到心室肌时 常常正好落在期前兴奋的有效不应期内 因而不能引起心室兴奋和收缩 这就 15 形成一次兴奋和收缩的 脱失 现象 必须等到再下一次窦房结的兴奋传到心室时才能引起 心室收缩 所以在一次期前收缩之后往往会出现一段较长的心室舒张期 即代偿间歇 2 与骨骼肌相比 心肌细胞的有效不应期特别长 一直延续到心肌收缩活动的舒张早期 因此心计不会像骨骼肌那样发生完全强直收缩 而始终进行收缩和舒张交替的活动 从而保 证心脏的泵血功能 心肌有兴奋性 自动节律性 传导性和收缩性 3 心肌的兴奋性具有周期性的变化 心肌兴奋性的特点在于其有效不应期特别长 约相当 于整个收缩期和舒张早期 因此 在心脏的收缩期和舒张早期内 任何刺激均不能引起心肌 兴奋而收缩 但在舒张早期以后 给予一次阈刺激或阈上刺激就可以在正常节律性兴奋到达 以前 产生一次提前出现的兴奋和收缩 称之为期前兴奋和期前收缩 期前收缩亦有不应期 因此 如果下一次正常的窦性节律性兴奋到达时正好落在期前兴奋的有效不应期内 便不能 引起心肌兴奋而收缩 这样在期前收缩之后就会出现一个较长的舒张期 这就是代偿间歇 如果窦性心率较慢 下一次窦房结的兴奋也可在期前兴奋的有效不应期结束后才传到心室 这种情况下 代偿性间歇将不会出现 4 结论结论 1 消化道平滑肌具有自律性 但其收缩缓慢 节律性不规则 2 消化道平滑肌具有一定的紧张性 3 消化道平滑肌的活动易受温度 ph 值及其它化学因素 药物因素的影响 4 活的肌肉组织具有兴奋性 接受刺激发生反应 表现为骨骼肌收缩 收缩强度在达到阈值 与最大刺激之间时 随刺激强度的增大而增大 5 刺激频率不同 肌肉收缩的形式也不同 主要有三种形式 1单收缩 2不完全强直收缩 3完全强直收缩 6 心肌有效不应期特别长 约相当于整个收缩期 甚至可延续到舒张早期 在此期中 任何 强大的刺激均不能使之产生动作电位 此后为相对不应期 超常期 发生在舒张期内 7 心肌有兴奋性 自动节律性 传导性和收缩性 16 参考文献参考文献 1 岳文浩 尚钫岳文浩 尚钫 心肌活动特点及机制心肌活动特点及机制 j 生物学通报生物学通报 1995 10 2 吴惠民吴惠民 巴雅尔巴雅尔 金春善金春善 用两个蛙心做三个生理实验用两个蛙心做三个生理实验 j 实验教学与仪器实验教学与仪器 1999 5 3 侯家玉侯家玉 几几小肠几种不同类型的收缩 小肠几种不同类型的收缩 j 生理科学进展 生理科学进展 1991 2 4 解景田 谢申玲解景田 谢申玲 生理学实验 生理学实验 m 北京 高等教育出版社 北京 高等教育出版社 1987 126 127 5 韩芬茹韩芬茹 王根旺王根旺 姜双林姜双林 几种药物对家兔在体小肠平滑肌电活动的影响几种药物对家兔在体小肠平滑肌电活动的影响 现代电生理学杂现代电生理学杂 志志 2004 11 4 6 付立波付立波 付立山付立山 张静菊张静菊 曹婧曹婧 fu li bo fu li shan zhang jing ju cao jing 丹参对家兔离体小丹参对家兔离体小 肠平滑肌生理特性的影响肠平滑肌生理特性的影响 长春师范学院学报长春师范学院学报 自然科学版自然科学版 2009 28 3 7 尚禹尚禹 白净白净 shang yu bai