机能实验神经干复合动作电位及其传导速和兴奋不应期的测定

【病例】某患儿，5岁，半个月前曾臀部肌肉注射药物，现注射局部肿胀、疼痛，下肢麻木，屈伸受限，跛行、不能负重，患侧不能单腿站立，肌肉出现萎缩。神经电生理检查：患侧神经传导速度减慢，波幅下降；体感诱发电位潜伏期延长，波幅下降，波间期延长；坐骨神经支配肌肉的肌电图检查为失神经电位，而健侧正常。临床初步诊断为肌肉注射导致的坐骨神经损伤.病例分析：半月前有注射史，现下肢麻木，屈伸受限，跛行、不能负重，患侧不能单腿站立。考虑臀部肌注药物导致的坐骨神经高位损伤。肌肉出现萎缩，考虑出现了神经营养性改变。伸屈受限考虑坐骨神经损伤后会引起股后部肌肉及小腿和足部肌肉瘫痪，导致膝关节不能屈。后经电生理检查：患侧神经传导速度减慢，波幅下降；体感诱发电位潜伏期延长，波幅下降，波间期延长；检查结果为典型的坐骨神经损伤电生理表现。经肌电图检查，坐骨神经支配肌肉的肌电图检查多为失神经电位而健侧正常。可确诊为坐骨神经损伤治疗：因其各段损伤与局部解剖关系密切，臀部坐骨神经损伤是周围神经损伤中最难处理和疗效最差的损伤之一。药物注射伤应争取尽早行神经松解术，生理盐水反复冲洗，术后采用高压氧治疗可有效促进损伤坐骨神经再生修复，患者年龄越小，手术越早，效果越好；建议该患者进行外膜对端吻合术，术后固定于伸髋屈膝位6～8周；观察1～3个月后根据恢复情况再决定是否探查神经；晚期足踝部功能重建可改善肢体功能。当前1页，总共30页。【分析与思考】1.坐骨神经的走行、功能和特点？坐骨神经是人体最粗大的神经，起始于腰骶部的脊髓，途经骨盆，并从坐骨大孔穿出，抵达臀部，然后沿大腿后面下行到足。管理下肢的感觉和运动，由腰神经和骶神经组成。是所有神经中最粗者。坐骨神经经梨状肌下孔出骨盆到臀部，在臀大肌深面向下行，依次横过闭孔内肌，上下孖（音同“子”，双、对的意思）肌及股方肌的后方，支配这些肌肉，并沿大收肌后面，半腱肌、半膜肌、股二头肌之间下降，途中发出肌支至大腿的屈肌，坐骨神经在到腘窝以前，分为胫神经和腓总神经，支配小腿及足的全部肌肉以及除隐神经支配区以外的小腿与足的皮肤感觉。2.神经损伤后为什么会出现肌肉萎缩？神经除能使所支配的组织在功能上发生变化以外，神经末梢还经常释放某些营养因子，持续地调整所支配组织的内在代谢活动，影响其持久性的结构、生化和生理变化。这一作用称为神经的营养作用。当神经受损后，其所支配的肌肉内糖原合成减慢，蛋白质分解加速，肌肉就会逐渐萎缩。3.神经纤维传导兴奋具有哪些特征？①完整性：神经纤维只有在其结构和功能都完整时才能传导兴奋。②绝缘性：一根神经干内含有许多条神经纤维，但每条纤维传导兴奋一般互不干扰，表现为传导的绝缘性。这是因为细胞外液对电流的短路作用，使局部电流主要在一条神经纤维上构成回路。③双向性：人为刺激神经纤维上任何一点，只要刺激强度足够大，引起的兴奋可沿纤维同时向两端传播，表现为传导的双向性。这是由于局部电流可在刺激点的两侧发生，并继续传向远端。但在整体情况下，由突触的极性所决定，而表现为传导的单向性。④相对不疲劳性：连续电刺激神经数小时至十几小时，神经纤维仍能保持其传导兴奋的能力，表现为不容易发生疲劳。神经纤维传导的相对不疲劳性是与突触传递比较而言的。突触传递容易发生疲劳。当前2页，总共30页。4.如何记录神经干动作电位？神经功干动作电位波形与神纤维作电位有何不同？

神经组织是可兴奋的组织，当收到阈强度的刺激时，膜电位将发生一短暂的变化，即动作电位。动作电位可沿神经纤维传导，使已兴奋的部位的神经细胞外表面带负电，未兴奋部位带正电。如果将两个引导电极分别置于正常的神经干表面（细胞外记录），当神经干兴奋从一端向另一端传导依次通过这两个记录电极时，则可记录到两个方向相反的电位偏转波形，此即神经干的动作电位，形成的波形为双向，而神经纤维动作电位的记录为细胞内记录，将无关电极置于细胞外，记录电极插入细胞内，记录到的神经纤维动作电位时程很短，呈尖峰状单波形。神经干动作电位是用细胞外记录法记录到的已兴奋部位和未兴奋部位的电位差。AP：动作电位当前3页，总共30页。5.在引导出的神经干双向动作电位中，上下两相幅值是否相同？为什么？不相同，因为神经干动作电位是复合型动作电位，不同部位的神经纤维粗细不同，会影响动作电位的幅值。若正负极相距甚远，影响不大。但正负极相距很近，前一个动作电位会受到下一个引导电极极性的影响，使下一个电位产生抵消作用。并且两电极时间上的重合，上一动作电位未完全去极化下一动作电位已经产生，下一动作电位融合到上相中，最终使得上相的幅值大于下相。6.如何测量神经干动作电位传导速度？动作电位在神经纤维上的传导有一定的速度，不同的神经纤维传导速度不同。神经纤维越粗，传导速度越快。蛙类坐骨神经干以Aα类纤维为主，传导速度大约40～50m/s。测定动作电位在神经干上传导的距离（s）与通过这些距离所需的时间（t），即可根据v=s/t求出动作电位的传导速度当前4页，总共30页。【实验目的与原理】

本实验的目的是学习蛙类坐骨神经干动作电位的记录方并观察几种因素对动作电位波形的影响，测定神经干动作电位传导速度与不应期，并观察神经干动作电位的兴奋性变化以及损伤后波形的改变。

当前5页，总共30页。单根神经纤维动作电位具有两个主要特征：（一）“全或无”特性,即动作电位幅度不随刺激强度和传导距离而改变.引起动作电位产生的刺激需要有一定强度,刺激达不到阈强度,动作电位就不出现；刺激强度达到阈值后就引发动作电位,而且动作电位的幅度也就达到最大值,再继续加大刺激强度,动作电位的幅度不会随刺激的加强而增加；（二）可扩布性,即动作电位产生后并不局限于受刺激部位,而是迅速向周围扩布,直至整个细胞膜都依次产生动作电位.因形成的动作电位幅值比静息电位到达阈电位值要大数倍,所以,其扩布非常安全,且呈非衰减性扩布,即动作电位的幅度、传播速度和波形不随传导距离远近而改变.动作电位幅度不随刺激强度和传导距离而改变的原因主要是其幅度大小接近于K+平衡电位与Na+平衡电位之和,以及同一细胞各部位膜内外Na+、K+浓差都相同的原故.神经干复合动作电位则不具“全或无”特性,这是因为神经干是由许多神经纤维组成的,尽管每一条神经纤维动作电位具有“全或无”特性,但由于神经干中各神经纤维的兴奋性不同,因而其阈值也各不相同.当神经干受到刺激时,其强度低于任何纤维的阈值时,则没有动作电位产生.当刺激强度达到少数纤维的阈值时,则可出现较小的复合动作电位.随着刺激的加强,参与兴奋的纤维数目增加,复合动作电位的幅度也随之而增大.当刺激强度加大到可引起全部纤维都兴奋时,其复合动作电位幅度即达到最大值,再加大刺激强度,复合动作电位的幅度也不会随刺激强度的加强而增大.当前6页，总共30页。用电刺激神经，在刺激电极的负极下神经纤维膜内产生去极化，当去极化达到阈电位，膜上产生一次可传导的快速电位反转，即动作电位。神经干由许多神经纤维组成。其动作电位是以膜外记录方式记录到的复合动作电位。如果两个引导电极置于兴奋性正常的神经干表面，兴奋波先后通过两个电极处，便引导出两个方向相反的电位波形，称双相动作电位。实验原理当前7页，总共30页。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋动作电位的传导（ConductionofAP）动作电位以局部电流的形式传导＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－局部电流当前8页，总共30页。动作电位记录方法实验原理细胞内记录(跨膜电位)

细胞外记录（两点电位差）当前9页，总共30页。兴奋区细胞外引导电极检流计实验原理1双相动作电位（BiphasicActionPotential）当前10页，总共30页。如果两个引导电极之间的神经纤维完全损伤，兴奋波只通过第一个引导电极，不能传至第二个引导电极，则只能引导出一个方向的电位偏向波形，称单向动作电位。实验原理2单相动作电位（MonophasicActionPotential）当前11页，总共30页。单相动作电位（MonophasicActionPotential）损伤区兴奋区细胞外引导电极检流计当前12页，总共30页。MeasurementofConductionVelocityofAP实验原理3动作电位传导速度的测定

传导速度测定

υ=

SACΔtΔt当前13页，总共30页。神经组织在接受一次刺激产生兴奋后，其兴奋性将会发生规律性的变化，依次经过绝对不应期、相对不应期、超常期和低常期，然后回到正常水平。采用两次脉冲，通过调节两次脉冲间隔，可测得坐骨神经的绝对不应期和相对不应期.实验原理4不应期的测定当前14页，总共30页。

1.动物蛙或蟾蜍。2.药品林格液。3.器材蛙板、蛙类手术器械1套、滤纸、棉球、手术线、烧杯、BL-420E+生物信号记录系统、刺激电极、屏蔽盒【实验材料】当前15页，总共30页。【实验步骤】1.制备坐骨神经-腓神经标本坐骨神经-腓神经标本制作过程与坐骨神经腓肠肌标本的制作过程非常相仿。当前16页，总共30页。（7）制作坐骨神经干标本取出做出腓肠肌标本的一侧下肢，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，神经干应尽可能分离的长一些。要求上自脊髓附近的主干，下沿腓总神经或胫神经一直分离至踝关节附近止。坐骨神经在膝关节后分为胫神经和腓神经两支，如要制备腓神经，则在分叉的下端将胫神经剪断，膝关节附近的腓神经表面有肌肉和筋膜覆盖，仔细分离并沿腓肠肌沟一直下行分离至跟踺，然后将棉线用任氏液浸泡后，在脊髓侧坐骨神经起始处和跟腱处将神经结扎，在结扎的外侧将神经干剪断，制成坐骨神经-腓神经标本。另外，也可保留胫神经而将腓神经剪断，制成坐骨神经-胫神经标本。（8）清理标本将制备好的神经干标本浸于任氏液中数分钟，待其兴奋性稳定后开始实验当前17页，总共30页。2.连接实验装置（1）.将神经标本置于神经屏蔽盒的电极上将神经的近中枢端置于刺激电极上，外周端置于记录电极上，神经干应与每个电极接触良好，不可扭曲，检查好后盖上盒盖。（2）.将刺激电极连接刺激输出，记录电极连接到1通道和2通道，将带有三个夹子的黑色的夹子的一端夹于盒外的地线柱上。另外两端分别夹到盒外的引导电极上，另一端连接到通道一。注意避免接触不良或连接错误，注意地线的连接。进入生物信号采集处理系统。神经干标本盒两对引导电极分别接微机生物信号处理系统1、2通道神经干标本盒。当前18页，总共30页。2.连接实验装置PeripheralendCentralend当前19页，总共30页。3.实验项目1.观察神经干动作电位与神经冲动的双向传导1）打开菜单栏中“实验项目”→“肌肉神经实验”→“神经干动作电位的引导”2）设置参数采样频率：40Hz灵敏度：2mv幅度范围：0-5V；时间常数：0.001s幅度：0.3V（可根据刺激需要调节）;刺激器：单刺激（根据实验需要调节），延时：5ms（可根据显示需要调节，波宽：0.2ms，强度：1v3）采样观察刺激强度对动作电位幅度的影响从最小的刺激强度开始，逐渐加大刺激强度，直至出现双相动作电位，观察并记录此时的刺激强度，即为阈强度；在阈强度的基础上再次加大刺激强度，直至双相动作电位的峰值不再增加，记录此时的刺激强度，即为最适刺激强度。

如果在第二对记录电极之间用镊子夹伤神经干，可见双相动作电位的第二相消失。成为单相动作电位。当前20页，总共30页。2.神经干动作电位传导速度的测定1）.选择菜单栏中的“实验项目”→“肌肉神经系统实验”→“神经干兴奋传导速度测定”2）.设置参数刺激模式：单刺激幅度范围：0-5V；波宽：0.2ms，幅度大小：0.3V（可根据前两个实验选择大于等于最适刺激的强度）;延时：5ms（可根据显示需要调节）起始间隔：1.0ms；间隔增量：1.0ms终止间隔：30ms3）.采样按刺激启动键，则在1、2通道上分别记录一个完整的动作电位波形，且显示出其传导速度的数据。退出记录状态进入分析状态，用鼠标测定两个动作电位顶峰的时间差△t，即神经冲动由引导电极1传至3所需要的时间。已知屏蔽盒内各电极间距离均为1CM，所以可带入公式V=2/△t计算出神经干的兴奋传导速度。当前21页，总共30页。3.观察神经干动作电位兴奋性的变化1）.从主菜单“实验”的下拉菜单中选择“神经干动作电位不应期的测定”项目实验。2).设置参数刺激：双刺激延时：2.0毫秒，波宽：0.2毫秒，强度：1V，波间隔：20毫秒，采样频率：40kHz时间常数：0.001秒3）.采样在对话窗口内输入两对引导电极的距离，确定后，按刺激启动键，刺激强度为最大刺激强度值，逐渐缩短两个刺激之间的间隔，可观察到第二个动作电位向第一个动作电位靠近，其幅值也随之变小，直至消失。此时，即使增加第二个刺激强度，也不能引起第二次兴奋，这时两个刺激之间的时间间隔即为绝对不应期。或在显示方式菜单条下找出比较显示方式，则可在显示器上显示出两道的图形。该实验模块直接将动作电位的潜伏期及刺激电极与记录电极之间的距离带入公式V=（S2-S1）/△t计算出神经干的兴奋传导速度。当前22页，总共30页。1.打印动作电位波形，在相应波形下标注与刺激和最大刺激数值。2.计算神