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1、蟾蜍坐骨神经干复合动作电位特性 Properties of Compound Action Potentials on Toad Sciatic Nerve Trunk厉旭云浙江大学医学院,目的（objective）： 测定蟾蜍坐骨神经干复合动作电位（compound action potential ，CAP） ，探讨蟾蜍坐骨神经干的特性、双相动作电位形成机制及神经损伤、药物对神经兴奋传导的影响。,1.材料和方法 (Materials and methods ),1.1实验动物（laboratory animal) 蟾蜍（中华蟾蜍指名亚种，Zhuoshan Toad）,雄性蟾蜍皮肤光滑，前肢
2、趾上有黑色婚垫，会鸣叫。雌性蟾蜍皮肤粗糙，无婚垫，不会鸣叫。,1.材料和方法 (Materials and methods ),1.2药品(drug) 任氏液、3 mol/L 氯化钾,任氏液由无机盐和蒸馏水配置而成，每升溶液含 NaCl 6.5 g、KCl 0.14 g、CaCl2 0.12 g,、NaHCO3 0.20 g、NaH2PO4 0.01 g。 任氏液的理化特性与蛙的组织液近似。可用于蛙的组织、器官润湿和营养。,1. 3器材( Experimental apparatus) RM6240 生物信号处理系统(RM6240 multichannel physiological reco
3、rding and processing system )（成都仪器厂）、神经标本盒（ nerve chamber )。,RM6240C微机生物信号处理系统,RM6240微机生物信号处理系统可以同时采集、放大、显示、记录、分析四路生物信号及一路刺激输出，12导联心电图输入记录，可用于人体和动物实验。全程控设置，具有很强的数据分析及输出功能。,S+、S-刺激电极，E接地电极，r1- 、r1+和r2- 、r2+引导电极，,刺激电极,引导电极,引导电极,1.4制备坐骨神经干（ preparation of sciatic nerve trunk ）,蟾蜍毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮浸于任氏液中。
4、,蟾蜍下肢背面向上置于蛙板上，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。坐骨神经标本置任氏液中备用。,1.5 仪器连接和参数 (Apparatus junction and parameter) 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。 刺激器输出接刺激电极。1、2通道时间常数0.02s、滤波频率3 KHz、灵敏度5 mV，采样频率：100 KHz，扫描速度：0.2ms/div。单刺激方式，电压1.0 V，波宽0.1 ms，延迟1 ms，同步触发。,S+ S- E
5、 R1- R1+ R2- R2+,神经干标本盒,RM6240C微机生物信号处理系统,第2通道,第1通道,刺激器输出口,刺激电极,第1对引导电极,第2对引导电极,1.6 记录动作电位 神经干标本置于标本盒的电极上，用1.0 V 电压，波宽0.1ms 的单个方波刺激神经干,引导CAP。,Central end,Peripheral end,刺激电极,引导电极,引导电极,接地,刺激伪迹(Stimulus artifact),刺激伪迹是刺激电流通过导电介质扩散至两引导电极而形成的电位差信号。,刺激伪迹,2.1 中枢端引导的双相动作电位（biphasic action potential, BAP) 用
6、1.0 V 电压，波宽0.1ms 方波刺激神经干末梢端，观察动作电位波形。,2. 观察（observations),Central end,Peripheral end,刺激电极,引导电极,引导电极,2.2 测定末梢端引导的双相动作电位 用1.0 V电压，波宽0.1ms 的单个方波激刺激神经干中枢端，测定动作电位正、负相振幅和时程。,Dp1,Dp2,Ap1,Ap2,Ap1,Ap2,（1ch）,Peripheral end,Central end,刺激电极,引导电极,引导电极,2.3 兴奋传导速度的测定 用1.0V电压，波宽0.1ms的单个方波激刺激神经干中枢端，测定第1和第2对引导电极引导CA
7、P起点的时间差t ，根据 S R1- R2- / t 计算出AP的传导速度。,t,Dm,Am,Am,Dm,2.4 测定单相动作电位（monophasic action potential，MAP） 用镊子夹伤第1对引导电极间的神经干，然后用1.0V电压，波宽0.1ms的单个方波激刺激神经干中枢端，测定末梢端MAP振幅和时程。,（1ch）,刺激电极,引导电极,引导电极,2.5 观察刺激强度（U）与动作电位振幅的关系 刺激波宽0.1ms，刺激电压从0.1V开始， 按步长0.01V增加，刺激电压每增加一次刺激神经干一次，并记录刺激电压和MAP振幅。,图 刺激强度与动作电位振幅的关系,Maximal
8、stimulus,Threshold stimulus,要求：测定阈强度和最大刺激强度，刺激强度与动作电位振幅的关系曲线,神经干引导所获得复合动作电位（ compound action potential (CAP）与单神经纤维引导的动作电位的性质有所不同。,0.72,2.7 测定 KCl 处理前后 AP振幅 刺激电压1.0 V，刺激波宽0.1 ms，记录 3 mol/L KCl 处理前，处理后2min时 AP的振幅。,KCl 处理前动作电位,KCl 处理后动作电位,刺激电极,第1对引导电极,第2对引导电极,KCl滤纸,Ac1,3.结果(results),3.1 刺激波宽0.1ms时，阈刺激0
9、.350.08V；最大刺激Umaxs V，刺激电压1.2V时，动作电位的传导速度为 s （m/s)，见表1。,表1 蟾蜍坐骨神经干的阈刺激、最大刺激和传导速度,表2 蟾蜍坐骨神经干双相动作电位与单相动作电位,3.2 刺激电压1.2V，波宽0.1ms时，动作电位正相振幅Ap1s mV大于负相振幅Ap2s mV， 两者有显著性差异（ p0.05)；动作电位正相时程 Dp1s ms显著短于负相时程Dp2s ms，两者有显著性差异（p0.05)；单相动作时程Dms ms显著长于双相动作电位正相D p1s ms，两者有显著性差异（p0.05)。见表2。,3.4 在刺激电压低于Uthreshold时，测不
10、到动作电位；刺激电压从Uthreshold增加至Umaximal，动作电位振幅呈曲线增长，刺激电压高于Umaximal动作电位振幅不再增长，见图1。,3.5 刺激电压1.2V， 3mol KCl处理前，动作电位振幅为 Ac1 s mV ，处理后5min，动作电位振幅为 At1 s mV ，与处理前比有显著性差异（p0.05) ，见表3。,表3 3mol KCl 对动作电位振幅的影响,4. 讨论(discussion),4.4 在两引导电极间夹伤神经，神经冲动传导被阻断，双相动作电位负相波消失，形成一相正波，于此可见，双相动作电位是神经冲动先后通过两个引导电极形成的，冲动通过第1个电极，形成动作
11、电位的正相波，冲动通过第2个电极，形成动作电位的负相波。,4.1 刺激电压从Uth增加至Umax，神经干动作电位振幅随刺激电压增加而增高。神经干动作电位不具有“全或无”性质。坐骨神经干为不同类型的神经纤维组成，各个类型纤维的兴奋性水平不同 1，在一个有限的范围内神经干动作电位的大小与刺激的强度成比例 2 。,4.2 蛙神经冲动的传导速度在20时约为每秒30米 3 ，本实验所测得的蟾蜍坐骨神经干动作电位的传导速度为,4.3 刺激蟾蜍坐骨神经干中枢端，可在其末梢端引导出动作电位，反之也然，由此可以证明离体蟾蜍坐骨神经具有双向传导兴奋的能力。,4.5 在两引导电极间夹伤神经，神经冲动传导被阻断，双相
12、动作电位负相波消失，形成的单相动作电位时程显著长于双相动作电位正相时程，单相动作电位振幅大于等于双相动作电位正相振幅。即负相波的存在，使双相动作电位正相波的时程和振幅减小，据此可以推测，正相波与负相波在时间轴上重叠，正相波和负相波叠加，叠加发生在正相波去极后期或复极早期，负相去极波与正相复极波叠加，负相波振幅减小，正相波时程缩短。因此双相动作电位正相波大于负相振幅，正相时程短于负相时程。,4.6 3mol KCl 处理神经，动作电位消失，这表明神经冲动传导被阻断。根据离子学说，动作电位是由胞外钠离子通过钠通道内流形成的，细胞外高钾使膜电位升高，膜电位高于阈电位时，钠通道失活，产生去极化阻滞，神
13、经的兴奋性丧失。,5. 参考文献(references),1 Mary A.B.勃雷兹尔.神经系统的电活动.1984.第1.版.科学出版社.北京P45 2.DJAIDLEY.可兴奋细胞的生理. 1983年09月第1版.学科学出版社.北京P61 3 Mary A.B.勃雷兹尔.神经系统的电活动.1984.第1.版.科学出版社.北京P35,思考题,阈电位 引起钠通道大量开放时的临界膜电位。 阈刺激 保持刺激持续时间和刺激强度变化率不变，引起机体或组织细胞产生反应的最小刺激强度。 最大刺激 保持刺激持续时间和刺激强度变化率不变情况，引起机体或组织细胞产生最大反应的最小刺激强度。 刺激伪迹： 刺激伪迹
14、是否是生物电？ 引导神经干动作电位采用 双端 输入方式。 引导神经干动作电位采用 交流 耦合方式。 神经干动作电位是否具有“全或无”性质？为什么 叙述神经干动作电位传导速度的测定方法。 用超过最大刺激的刺激强度刺激神经干，神经干动作电位是否会增大？为什么？ 双相动作电位是如何形成的。采用什么实验方法可引导出单相动作电位。 神经纤维的动作电位有何作用？ 高浓度KCl作用于神经干对神经的兴奋传导有何影响？为什么？,动作电位的产生原理 Mechanism of Action Potential Genesis, , , ,动作电位的传导 Conduction of AP,动作电位以局部电流的形式传导,单相动作电位(Monophasic Action Potential),双相动作电位 (Biphasic Action Potential),（引导电极距离大于动作电位波长）,双相动作电位( Biphasic Action Potential),（引导电极距离小于动作电位波长）,
