骨骼肌纤维的去极化电位形成

骨骼肌纤维的去极化电位形成

骨骼是人体最大的器官。兴奋和收缩是骨骼最基本的功能。在神经系统的任意管理下，它是一个机械效应系统，可以执行一定的运动。然而人们也注意到骨骼肌兴奋过程对与之有解剖学联系的其它兴奋组织也会发生假突触联系的电的相互作用,从而产生继发性的兴奋效应。1842年,Matteucci曾观察到骨骼肌动作电位形成的电流能刺激卧行于该肌之间的神经。Eccles等在1942年发现有从肌肉到神经的逆行冲动传导,他把这种效应称之为“继发性向心性发放(secondarycentripetaldischarge)”。Leksell则把这种腹根反应称之为“回反应(backresponse)”。感觉神经也能被肌肉的电活动所兴奋,这种效应被Granit等称之为肌梭的“早反应(earlyresponse)”。Epstein和Jackson等在人体实验中观察到肌肉的反复发放能反复兴奋肌肉中的神经。肌肉的这种效应通常被认为在维持人体姿势、保持身体的肌紧张方面起重要作用。这种由肌肉电兴奋产生的对神经组织的继发性激活效应有可能产生位移性感觉和运动反应。这种反应很可能与循经脉出现的感觉传导现象有关。我们这部分的工作就是探讨神经的继发性兴奋与循经感传的关系。1阿托品的注射实验用重量在250~350g之间的Sprague-Dawley大鼠,10%乌拉坦(1g/kg,ip)麻醉。为了减少动物呼吸道的分泌,每只动物预先注射0.1mg阿托品(ip)。整个实验过程中,动物体温维持在36~38℃,部分动物行气管插管术,以备人工呼吸。1.1坐骨神经—离体实验的坐骨神经—腓肠肌的制备大鼠在麻醉下切开一侧股和小腿后部皮肤,暴露坐骨神经—腓肠肌,并将皮瓣缝合在支架上,构成一个油槽;在坐骨神经上安置一对刺激电极,然后用38℃的石蜡油注入皮瓣油槽。取另一只大鼠,在麻醉下分离并取出坐骨神经—腓肠肌组织。整个手术过程在尽量短的时间内完成,以保持其活性不受明显影响。神经—肌肉组织分离后立即浸泡在38℃的任氏液中,并迅速将离体组织的坐骨神经置于连体的腓肠肌上。部分实验还将另一块离体的神经—肌肉的神经置于前一块离体神经—肌肉上,并分别在上述连体和离体的腓肠肌上安置成对的记录电极(图1),观察刺激连体坐骨神经对离体的神经—骨骼肌继发性兴奋效应。1.2坐骨神经固定及电极布置在麻醉情况下暴露一侧大鼠的坐骨神经、腓肠肌、趾长伸肌—胫前肌,并分离出支配上述肌肉的神经分支。刺激电极置于坐骨神经,记录电极分别安置于上述肌的肌腹(图2)。暴露的组织用38℃的石蜡油棉花覆盖,以保持神经—肌肉的温度和湿度。2结果2.1体神经—骨骼肌兴奋时形成的电流对另一离体神经—肌肉的继发性兴奋效应实验用大鼠连体和离体的坐骨神经—腓肠肌组织,刺激电极安置在连体的坐骨神经上,记录电极安置在离体的腓肠肌上,观察在体神经—肌肉的兴奋对另一离体神经—肌肉组织的继发性兴奋效应。给予连体坐骨神经单脉冲刺激时(0.61±0.28mA),在连体腓肠肌兴奋后经过约3~4ms的潜伏期,可在离体的腓肠肌上记录到一个假突触联系的继发的兴奋收缩反应,其反应的出现率为100%(n=13,见图1)。2.2方波冲刺激坐骨神经干时记录电极分别安置在坐骨神经分支胫神经支配的腓肠肌上,以及由腓总神经支配的趾长伸肌—胫前肌上,从图2中可以看出支配趾长伸肌—胫前肌的腓总神经有足够的长度穿过腓肠肌,与其发生紧密接触。当用0.1ms波宽的单脉方波冲刺激坐骨神经干时(0.42±0.13mA),均可在上述肌肉记录到一个双相动作电位,如果此时在进入腓肠肌前的位置切断支配趾长伸肌—胫前肌的腓总神经干时,刺激坐骨神经引起腓肠肌收缩的同时仍可在趾长伸肌—胫前肌上记录到一个动作电位,所不同的是该肌反应的潜伏期延长(n=9,P<0.01)。说明刺激坐骨神经引起腓肠肌兴奋后,腓肠肌动作电位产生的总和电流对穿越在该肌的腓总神经有继发性的刺激效应。如果再切断进入趾长伸肌—胫前肌的腓总神经终末支,并隔离该肌与腓肠肌的直接接触,则刺激坐骨神经引起腓肠肌兴奋的同时不再引起趾长伸肌—胫前肌的反应(图2),说明趾长伸肌—胫前肌的继发性兴奋是由于腓肠肌的去极化电流刺激腓总神经的结果。2.3肌松剂三碘季胺酚的注射由于我们给予神经刺激的强度很小(<0.5mA),在容积导体的组织中随着距离的加大而迅速衰减而难以对另一神经—肌肉组织以阈刺激。另外,这种继发性的兴奋效应比连体的腓肠肌反应存在有远大于扩散电流的时间差(>3~4ms),但这些因素还不能完全排除刺激电流的直接扩散作用。为了有效地排除刺激电流的直接扩散对与此相连的离体神经—肌肉的继发性兴奋效应,我们在记录了离体神经—肌肉的继发性兴奋效应之后,立即给大鼠腹腔注射肌松剂三碘季胺酚(同时动物辅以人工呼吸)。经过约5~10min后,再刺激坐骨神经,此时不能引起连体腓肠肌的兴奋反应。而离体的神经—肌肉并未受到肌松剂的影响(直接刺激神经仍可引起其支配的离体腓肠肌兴奋),不管以何种形式连接均不能在离体腓肠肌记录到继发性的兴奋反应(n=7,图3)。3循环放电法我们的结果表明,无论是连体内,还是在离体的神经—肌肉组织中,都观察到骨骼肌的电活动可以对靠近它的神经组织施加引起激活的刺激效应,这种继发性的神经—肌肉的兴奋有较长时间的潜伏期,表明它不是直接来自神经的传出冲动引起,而是在骨骼肌兴奋之后,运动单位的肌动作电位形成的电流的间接刺激。这种反应也不是电流通过生物组织的容积导体所引起,因为在用肌松剂三碘季胺酚阻断神经—肌肉的继发性反应也不能出现。Matteucci最早在蛙观察到,将一块离体的神经—肌肉标本的神经置于连体的后腿的肌肉上,电刺激引起后腿肌肉收缩的同时,离体的肌肉也发生收缩。他认为是连体的肌肉所有运动单位激活所产生的复合动作电位对离体神经—肌肉标本的神经继发性刺激引起。他将这种现象称之为“继发性收缩(secondarycontraction)”。Biro等在蛙做了一系列的实验,亦观察到肌肉传向神经的逆向反应。Buller和Proske观察到单个脉冲对神经的刺激可以引起肌肉的两次收缩,他们认为是由于肌肉中的一些神经末梢被第1次收缩引起重复兴奋(re-excitation)。Sumner则观察到肌肉动作电位能以假突触联接方式兴奋肌中的Ⅰ、Ⅱ类传入纤维,形成“早发放”电位。Serra等在人身上观察到,用大电流刺激神经引起肌肉高频反复放电后,M波的肌电场能兴奋肌肉中的神经,形成一个假突触的从肌肉到神经的震荡环(reverberatingloop)。组织中这种神经—肌肉的继发性反应的生理机制还不很清楚。也许对神经—肌肉的兴奋状态施加一个稳定性影响。然而,这种以骨骼肌为载体的从肌肉逆向到神经的继发性兴奋反应,有可能使人体出现沿骨骼肌排列的感觉和运动功能,从而一点刺激引起沿骨骼排列方向、与肢体和躯干长轴相平行的神经—肌肉兴奋反应。这种现象可能与中国古代医学家的一些临床观察和经验总结所创立的经络系统有一定内在联系。成书于2000多年前的《黄帝内经》就有“针游于巷”的描述,说明针刺产生的感觉在一条道路上迁移。元代杜思敬(1315)更在其著作《针经摘英集》中曾清楚记载了针刺合谷穴引起一道“痛如线”的感觉上传至头。近半个世纪以来,沿经脉感觉迁移(循经感传)现象已经被系统研究过,但对其形成的机制却了解甚少。我们的实验已经证明,循经感传阳性人体可以在感传轨迹上连续记录到稳定的肌电反应,而旁开对照点的肌电反应则很弱,甚至完全记录不出来。如果用局麻药阻断臂丛神经,循经感传和循经肌电发放同步消失。实验证实,针刺得气主要是针刺引起骨骼肌组织收缩,兴奋深部感受器所致。感传的深度也与肌肉的位置有关,肌肉丰满处感传位置较深,肌肉浅薄处则感传位置较浅。循经感传多呈带状,其宽的地方有时与肌腹相当,而在肌腱部位多呈条索状。针刺心包经内关穴时局部有得气感,但还未产生感传;在同经的郄门、天泉穴处不能引出肌电,而当感传分别达这两个穴位时则记录到相应的肌电反应,而此时在心经和肺经的相同高度则不能引出肌电;但感传出现“串经”现象时,在新串的经络上也可记录到相应的肌电变化,经络感传越显著,肌电发放也越显著。用乙酰胆碱M-型受体拮抗剂654-2静脉注射能使原有感传的受试者感传隐匿;而无感传或短距离感传者在注射拟胆碱能药物毛果芸香碱(肌肉或球后)后,可使受试者出现感传或使感传线路延长。经皮表导入乙酰胆碱可明显提高感传的出现率(如大肠经,导入前为15%,导入后为70%)。谢益宽等在脊髓运动神经元上的工作表明,某些神经元对外周刺激的反应具有循经性,同一经脉的刺激可以不断地兴奋它,而附近的刺激对它没有任何作用。他们认为,循经感传很可能是刺激有关穴位时,穴位的神经传入活动可在脊髓前角运动神经元之间发生突触联系的耦合反应,从而继发性引起运动神经元柱间的兴奋传递,继而引起其支配的骨骼肌兴奋反应。我们认为循经感传现象与