蛙神经干动作电位的实验研究

蛙神经干动作电位的实验研究

“干预神经运动的电位管理、兴奋传导速度和兴奋性的测定”是动态机械试验中的一个常规经典实验。在操作过程中,学生往往按部就班,只是简单观测神经干的阈刺激、最适刺激、传导速度及不应期,忽视了对神经干复合动作电位的波形、幅度、潜伏期及时程的测定和深入分析。例如,与单细胞动作电位的比较认识神经干复合动作电位的形成原理,双相动作电位波形特点的分析,记录电极间的神经干长度与双相动作电位波形的关系,动作电位峰值测定传导速度是否准确,改变刺激电极的正负极和距离对神经干动作电位传导的影响,利用麻药阻滞引导单相动作电位传导的优越性等,我们经过实验对以上问题进行分析探讨,提出一些基本观点和认识,供大家讨论。1材料和方法1.1试验对象和药物实验对象采用分离完好的蟾蜍坐骨神经标本。实验药品有任氏液、麻药(盐酸普鲁卡因注射液,产品批号07060002)。1.2引导电极的选择自制屏蔽盒,有7根可移动电极(图1),分别是2根刺激电极、1根接地电极、两对可做双通道的引导(共用地线)的引导电极。记录采用RM6240系统。1.3实验方法1.3.1神经干激发环境因素调整刺激电极A、B间距离为0.5cm,接地电极C尽量靠近记录电极,两对引导电极D和E、F和G的间距均为1.0cm。调节刺激强度,测出神经干的阈刺激为0.1V,最适刺激为1.0V。以此为基础进行实验。记录正常波形时,将双通道分别接两对引导电极进行记录。1.3.2动作电位波形放弃以往单通道记录的方法,改进为双通道记录分析记录距离对波形的影响。具体方法为:两个通道的负极都接于D点,一通道正极(记录电极1)接于E点,二通道正极(记录电极2)接于F点,移动F点改变记录距离,记录动作电位波形。分神经干粗端(记录电极1)到细端(记录电极2)记录和神经干细端(记录电极1)到粗端(记录电极2)记录两种方式。1.3.3单通道记录麻药阻滞法代替常规的夹伤神经干法,采用单通道记录。记录到正常对照波形后,保持其他条件不变,在记录两点间滴加麻药(3﹪普鲁卡因注射液),观察波形变化。1.3.4两通道动作电位初始距离差的计算采用双通道记录,一通道接D、E,二通道接F、G。将双通道的两对记录电极与神经干密切接触,调节刺激强度为1.0V以产生最大双相动作电位。根据V=d/△t,(d为D、F两点间距离,设定为1cm)通过两通道动作电位起始点(第一相动作电位)的距离差测出△t1,算出传导速度V1;通过两通道动作电位第一相顶点(第一相峰值)的距离差测出△t2,算出传导速度V2;比较V1和V2。观察通过起点法和顶点法测量传导速度是否有差别。2结果2.1复合动作电位波形的日变化调节刺激强度为1V,一通道D、E间距离为1.5cm,二通道D、F间距离为3.0cm,结果如图2;保持通道距离不变,反向放置神经干,即记录方向由细到粗,结果如图3,将结果总结为表1。从结果中可以观察到:①复合动作电位波形第一相峰值高于第二相,而第二相的持续时间大于第一相;②无论刺激神经干粗段(中枢端)记录细端(外周端)和刺激神经干细端记录神经干粗段,随着两记录电极距离增大,在一定范围内第一相峰值逐渐升高,持续时间延长,第二相峰值逐渐减小,电位持续时间逐渐延长。2.2结果的描述与分析图4是滴加麻药前的波形;图5是滴加麻药5min后的波形。将结果总结为表2,从结果中可以观察到:在记录两点间滴加麻药后,随着麻药发挥作用,第一相动作电位峰值逐步加大,第二相逐渐变小,直至消失形成单相动作电位。2.3传导速度测量如图6电极距离d(D、F间距)为1.0cm通过起点法测得传导速度V1=11.76m/s;若用顶点法测量,测出传导时间为800μs,得出V2=12.50m/s。V1与V2不相等。3双相动作电位的记录转移神经纤维的兴奋部位相对于未兴奋部位来说呈负电位,两点之间存在电位差,通过单极或双极电极的引导在记录系统上进行显示和分析。由于采用的是胞外记录的方法,因而在单极记录时,测得的动作电位实际上是组成神经干中的每根神经纤维兴奋后的超射值在神经干表面的叠加。即此动作电位是一复合波,其上升相、下降相及峰值不是相应的单一动作电位波形的去极化相、复极化相及峰电位。在双极记录时,测得的波形实际上是两个记录电极的电位差,与单一动作电位波形相差更大,这使问题的分析更加复杂。动物实验制作的坐骨神经-腓肠肌标本中,神经干是由具有不同生理特性的不同种类神经纤维所组成,故复合动作电位记录的是复合波。然而,每种纤维兴奋后传导速度各不一样,波长也各不相等,加上引导方式不同,这也增加了我们分析复合双相动作电位的复杂性及带来传导速度测定的困难。对于单根神经纤维,其兴奋后产生负波。对于某一点,负波的产生和终止不是突然的,而需要一定的时间才能达到最高点,故记录曲线的上升和下降都具有一定的斜率。神经干受刺激后,由于不同神经纤维兴奋产生了不同的负波,它们波长不等,传导速度也不相等,所以神经干复合波随着传导距离的延长而变化,我们用双电极记录到双相动作电位有以下特点:①第一相峰值总高于第二相;②第二相持续时间总大于第一相;③每相的上升支与下降支都不对称。我们可以引入“迁延效应”这一概念说明以上特点,即神经干兴奋后,有一综合波长(λ),当传导一定距离后,因各神经纤维传导速度不同,λ将拉长,即λ与传导距离有关。而以往在讨论分析神经干动作电位时往往忽视了记录两点的距离对双相动作电位的影响,因此,记录点的距离对波形的影响值得深入讨论。根据“迁延效应”,当兴奋通过两电极间这段距离时,第一记录点神经纤维同步兴奋数目较多,因而记录到的动作电位第一相峰值较高。由于各纤维兴奋传导速度不同,第二记录点神经纤维同步兴奋数目较少,因此记录到的动作电位的第二相峰值较低但持续时间长。第一项实验正是证明此理论。从结果中可以看出:在距离增大初期(约2cm)以双相电位的抵消作用为主,复合动作电位双相峰值增大。随着距离继续增大,抵消作用减弱,表现为“迁延效应”的现象,第二相峰值开始减小,电位持续时间延长。以往分析双相动作电位不对称原因时,认为两记录电极间刚好有神经纤维分支,因而出现不对称(第一相高于第二相)。也有人认为从神经干粗端到细端所含神经纤维数目减少导致兴奋性降低从而出现不对称。实际上,我们通过刺激神经干细端记录粗端仍可得到与第一项实验相同的结果。可见“迁延效应”是主要原因。传统方法诱导单相动作电位时,多通过夹伤两记录点间的神经干以阻断其兴奋传导来实现。但是,这种不可逆的损伤操作破坏了标本活性,只能放到最后一步进行。我们尝试采用麻药阻滞的方法,利用兴奋性的可恢复性,还可再进行其他实验项目。从结果中也可以观察到当用麻药阻滞两记录点间的神经干兴奋传导时,随着麻药作用的发挥,发现第一相动作电位峰值逐步加大,第二相逐渐变小,直至消失,充分验证了我们所述双相动作电位的互相消长的理论。在传导速度测定的实验中,以往学生实验时只是简单的测出速度。我们通过对起点法和顶点法测定结果的比较,结合神经干的特性进行深入分析:动作电位的起点本质是神经干中传导速度最快的一类神经纤维传导兴奋到达记录点引起的,起点法测量的速度本质是此类神经纤维的传导速度。而顶点的形成本质是各种神经纤维兴奋相互叠加后最强的部分。如果采用顶