神经干复合动作电位的记录和观察

课程名称：动物生理学实验

实验项目：实验二 神经干复合动作电位的记录和观察

[目的]

1、学习电生理学实验方法。

2、观察蛙坐骨神经干复合动作电位的波形，并了解其产生原理。 3、测量神经干动作电位产生的阈强度和顶强度。 [原理]

1、两栖类一些基本的生命活动和生理功能与温血动物类似，而离体组织器官所需的生活条件比较简单，并且易于控制和掌握，因此在生理实验中常用两栖类离体组织器官作为实验标本。

2、神经干在受到有效刺激后，可以产生动作电位，标志着神经发生兴奋。如果在神经干另一端引导传来的兴奋冲动，可以引导出双相的动作电位，如在两个引导电极之间将神经麻醉或损坏，则引导出的动作电位即为单相动作电位。

3、神经细胞的动作电位是以“全或无”方式发生的。坐骨神经干是由很多不同类型的神经纤维组成的，所以，神经干的动作电位是复合动作电位。复合动作电位的幅值在一定刺激强度下是随着刺激强度的变化而变化的。

[实验材料]蛙 常用手术器械 蛙板 任氏液 培养皿 烧杯 神经屏蔽盒 Medlab生物信号采集系统

[实验流程] 神经干标本制备→仪器联接和调试→测定参数→测定神经干的刺激阈值→观察记录双相动作电位→观察记录单相动作电位 [实验步骤] 一、蛙坐骨神经干标本制备 1．毁脑、脊髓。

2．去躯干上部及内脏和皮肤 将前半躯干、皮肤和内脏一并拉剥弃之，仅保留一段腰背部脊柱及两后肢，并将其放入盛有任氏液的培养皿中。 3．洗净手和所用过的用具，以防沾染标本。

4．平分标本 沿脊柱正中线至耻骨联合中央将标本分为两半。放入任氏液中。

5．游离坐骨神经 任取一标本，用玻璃分针游离坐骨神经腹腔段。然后换至背侧向上，持玻璃分针沿坐骨神经沟（股二头肌及半膜肌肌间沟）小心分离坐骨神经大腿段，用剪刀剪去神经干上各细小分支（切忌撕扯）。坐骨神经下行至腘窝处分为两支：内侧为胫神经，走行表浅；外侧为腓神经。沿胫、腓神经走向分离至踝部，尽量将神经干标本剥离长一些，要求上自脊神经发出部位，下沿腓神经与胫神经一直分离到踝关节附近，剪断侧支。尽量将神经干周围的组织剔除干净(剥离时切勿损伤神经干)，结扎坐骨神经干的脊柱端及胫、腓神经的足端，游离神经干。

6、将坐骨神经干标本浸入任氏液中5分钟，以稳定其兴奋性。 二、仪器联接和调试

打开Medlab生物信号采集系统软件，选通道1作为记录信号的通道, 选通道4用于刺激信号的监视通道（应用Q9三通将刺激输出分成两路，一路用于刺激标本，一路输入4通道）并用高阻抗导线将通道输入口与神经屏蔽盒的引导电极相连，用刺激导线将Medlab的刺激信号输出口与神经屏蔽盒的刺激电极相连。将神经屏蔽盒内所有电极用浸有任氏液的棉球擦净。用镊子夹住已制备好的神经标本的一端,将其放置于电极上（脊椎端位于刺激电极

方向），用滤纸片吸去标本上过多的任氏液。

神经干动作电位观察和记录的仪器连接

三、动作电位的观察和记录 1．测定参数

采样参数 显示方式 采样间隔 X轴显示压缩比 通道数 通道 DC/AC 处理名称 放大倍数

刺激器参数 主周期刺激 主周期1s 波宽0.1ms 幅度1V 间隔50ms 脉冲数1 延时10ms 自动幅度调节 主周期1s 波宽0.1、0.5、2.0 ms 首幅度0V 增量0.02V 截至幅度2V 脉冲数1 延时10ms 通道1 AC 神经干AP 200-1000 示波器 20μs 2：1 2 通道4 DC 刺激信号 20 2．实时调节Medlab生物信号采集系统和刺激器的延迟，使动作电位波形正好出现在显

示屏的适中位置。同时调节刺激强度求出在相应刺激波宽下动作电位产生的阈强度和顶强度。

3．双相动作电位的观察： 计算双相动作电位时程及上升相、下降相宽度及幅值，计算自伪迹起点至动作电位起点所需的时间。

4．把神经干方向倒转后，动作电位发生何变化？

5．单相动作电位的观察： 用镊子将两个记录电极之间的神经夹伤（或滴加普鲁卡因），此时显示屏上呈现单相动作电位，观察其形状并计算时程、幅值及伪迹至单相动作电位起点所需时间。

[实验结果] 序号 1 阈 强 度 正常双相动作电位 倒转后双相动作电位 3 0.1ms 0.12 V 0.5ms 0.04 V 2.0ms 0.04 V 2 正相 负相 正相 0.60 ms 1.74 ms 0.54 ms 宽度 观察项目及结果 顶 强 度 0.1ms 0.5ms 2.0ms 0.13 V 0.12 V 0.13 V 幅值 4.014 mV -1.976 mV 4.014 mV 大于顶强度刺激 大于顶强度刺激 备注 负相 0.76 ms -1.996 mV 单相动作电位 2.1 ms 3.992 mV 大于顶强度刺激

（附图）(正常双相动作电位、倒转后双相动作电位、单相动作电位)

附图1 正常双相动作电位 附图2 正常倒转动作电位 附图3 正常单相动作电位

[分析讨论与心得]

序号1：1）当刺激持续时间分别为0.1ms、0.5ms、2.0ms时，阈强度分别为1.2V，0.4V和

0.4V。若排除实验测量误差和神经状态差异（神经状态逐渐变差），我们可以看出：同一条神经其阈强度随着刺激持续时间的增加而减少，0.4V可能是该神经刺激的基强度；2）在不同的刺激时间下，三次的顶强度非常接近，约为0.13V。3）同时，我们可以看到，在2.0ms的矩形波刺激下，产生了两个双相电位，第二个图形的电位幅度小于第一个电位幅度。

分析：1）阈强度随时间的变化大致符合强度-时间曲线。2）三次实验的顶强度结果大致相

等，等于混合神经中兴奋性最差的神经纤维的阈强度。3）在2.0ms的方波中产生了两个双相电位图，原因是通电和断电时分别有瞬时电流产生，间隔2.0ms，产生了两个有效的刺激。同时，2.0ms大于神经的绝对不应期，落在相对不应期中，使得

第二个图形的动作电位小于第一个图形。而0.1和0.5ms均落在绝对不应期中，断电刺激不能产生另一个动作电位。

但是，其中存在一些问题：1）我们只是选取了3个时间变量对阈强度进行测量，并不能有效地观察出阈强度和刺激时间的关系。2）随着实验的进行，所测神经的状态随着表面任式液的蒸发而变差，而强度-时间是一个比较精确的测量，这样的实验结果不免存在着较大的误差和不确定性。3）我们可以看到0.1ms和0.5ms的测量值并不完全符合双曲线模型；0.4V作为基强度的误差很大。4）在0.1ms的刺激时间下，本人通过测量三次，发现第一次的顶强度为0.12V，而第二次和第三次均为0.19mv；产生该误差的原因可能是神经干的状态变差。或是，测量误差。

序号2：表中的正常双相电位、单相电位和倒转电位值都是在阈上刺激大于顶强度刺激的时

候取得的。1）对单相动作电位进行分析时，可以发现图形不是完全轴对称的：峰电位和后电位。峰电位是神经冲动的电信号，代表神经冲动的兴奋过程，后电位与兴奋后的恢复有关。而且，单相测量电位的宽度较其他两种图形偏大较多。2）倒转动作电位和正常双相动作电位的幅值相同，可能是倒转过后两测量处的粗细相差不大，状态差不多。

存在问题：在测量过程中，发现正常双相电位的顶强度为0.12V，单相电位的顶强

度为0.25V，而倒转电位的顶强度为0.36V。本人无法分析出来问题出在哪里。（可能是神经状态随着测量的进行而变差？）

[注意事项]

1、 免污染、压挤、损伤和用力牵拉神经，不可用金属器械触碰神经干。

2、在操作过程中，应给神经滴上任氏液，防止表面干燥，以免影响标本的兴奋性。 [思考题]

1、 神经干动作电位的图形为什么不是“全或无”的?

答：“全或无”原理是指某些生理现象不发生则无，一旦发生即为最大反应，反应的大小与引起该反应的刺激大小无关。而神经干是混合纤维，包含着多种兴奋性不同的神经。阈强度的刺激刚刚可以引起其中一些兴奋性较高的纤维产生动作电位，随着刺激强度的增加，其余兴奋性较低的纤维陆续产生动作电位。当刺激超过顶强度时，全部神经纤维产生动作电位。所以神经干的动作电位会随着刺激的增大而增大，直到产生最大动作电位。

2、 在神经干引导的双相动作电位的上、下相图形的幅值和波形宽度为什么不对称?

答：幅值和波形宽度不对称的原因：两个测量电极的相距距离不够长。当兴奋从第一个引导电极所在位置传导到第二个引导电极之后，第一个电极处并未完全恢复静息电位，而第二个电极处产生负相动作电位，两者产生叠加。净结果就是第一个上相图形的波形宽度减少，而下相图形的幅值降低，上下相图形不对称。即在原来两相对称的基础上，拖动负相向前，产生叠加后的图形。

3、 当刺激强度达到一定值时，神经干动作电位的幅度就不再增大，为什么？

答：同第一问回答，神经干是混合纤维，由兴奋性和动作电位不同的神经混合而成。单纤维的动作电位符合“全或无”原理。当刺激强度达到一定值时，超过了所有纤维的阈强度最大值，导致所有神经纤维产生动作电位。此时，神经干动作电位的最大幅度就是所有神经纤维动作电位的总和，其值取决于系统的所储存的能量。所以，当刺激强度达到一定值后，神经干动作电位的幅度就不再增大。

4、 如果将神经干标本的末梢端置于刺激电极一侧，从中枢端引导动作电位，图形将发生什

么样的变化?为什么?

答：引发的动作电位为倒转动作电位。正常情况下，倒转动作电位的图形与正常双相动

作电位的图形无异，电位的幅度等于或稍小于正常双相动作电位。因为，离体神经干的兴奋传播是双向的。当刺激发生在中枢端时，神经干较粗、蕴含能量较大，产生的动作电位幅度较末梢大。

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