引導電極間距對蟾蜍坐骨神經干動作電位時程的影響＊

梁俊暉

(韶關學院醫(yī)學院病理生理學教研室,廣東 韶關 512026)

神經干動作電位的引導是《機能實驗學》和《生理學》課程中一個非常經典的實驗,傳統(tǒng)的教學中主要是以驗證為主,學生缺乏在學習過程中的探索和實踐,這樣的教學模式難以擔負培養(yǎng)高素質應用型人才的使命。而研究性學習的學習方式對于這門實驗課程的開展和學生的學習具有重要意義。如何根據實驗室現有條件、學生的具體情況去探索研究性學習的理念和方法并將其應用于機能實驗學的教學中,是當前我們在課程改革的實踐中急需解決的問題。本文將研究引導電極間距對蟾蜍坐骨神經干動作電位時程的影響,探討神經干動作電位的形成原理,為這些課程開展研究性學習提供可研究的內容。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 RM6240生物信號采集與處理系統(tǒng)、神經標本屏蔽盒(均由成都儀器廠生產)。

1.1.2 試劑 任氏液(按照SOP標準配制)。

1.1.3 動物 蟾蜍15只(韶關學院醫(yī)學院動物中心提供),體重49.1～75.8g。

1.2 方法

1.2.1 坐骨神經干標本的制備 按照聶志偉等[1]介紹的方法制備蟾蜍坐骨神經標本。神經干分離的長度應比刺激電極S1與引導電極R1+的最大間距長5～10mm即可。標本制備后,在任氏液中浸泡20min。

1.2.2 實驗方法 固定神經標本屏蔽盒內各電極間的距離,S1、S2距離 5mm,S2、地線距離 10mm,地線與 R1距離 5mm,R1-、R1+初始距離為5mm。打開神經干動作電位實驗平臺,根據陸源[2]介紹的方法調節(jié)各實驗參數。安裝標本于屏蔽盒內,中樞端刺激,外周端引導。分別在引導電極R1-、R1+間距為 5、10、15、20、25、30、35、40mm 時,用最適刺激強度(使動作電位幅度達到最大的最小刺激強度)刺激神經干,記錄雙相動作電位的時程和波形。

1.3 統(tǒng)計學處理

2 結果

各間距引導電極引導的雙相動作電位中,正相波時程均長于負相波時程,差異均有顯著性(P＜0.01)。引導電極間距在5～35mm的范圍增加時,負相波和正相波時程均隨之延長,差異均有顯著性(P＜0.05)(見表1)。

3 討論

神經纖維受刺激后會爆發(fā)動作電位,動作電位的爆發(fā)與靜息狀態(tài)的恢復都需要時間,于是在其傳播過程中,在神經干上便存在一個隨之傳播的興奮區(qū)域(見圖1)。雙相動作電位的波形是由興奮區(qū)域通過兩引導電極R1-、R1+時產生的電位差所導致的。在本實驗中,R1-與R1+沒有電位差時,波形處于基線水平,R1-處神經干膜外電位低于R1+處時的波形稱之為負相波(電流方向與興奮傳播方向相反),波形向上,相反稱之為正相波,波形向下。時程由負、正相波所經歷的時間決定。

表1 不同間距的引導電極對動作電位負相波和正相波時程的影響(±s,n=15)

表1 不同間距的引導電極對動作電位負相波和正相波時程的影響(±s,n=15)

注：與各間距正相波比較,＊均P＜0.01。間距為10mm與5mm,15mm與10mm,20mm與15mm,25mm與20mm,35mm與25mm的負相波相比較,#P＜0.05。間距為10mm與5mm,15mm與10mm,25mm與15mm,35mm與25mm的正相波相比較,△P＜0.05。

間距(mm) AP負相波時程(ms) AP正相波時程(ms)50.59±0.06＊ 1.08±0.0910 0.70±0.07＊# 1.33±0.17△15 0.82±0.06＊# 1.51±0.13△20 0.92±0.07＊# 1.64±0.1825 1.01±0.08＊# 1.74±0.21△30 1.07±0.09＊ 1.90±0.3435 1.13±0.11＊# 2.06±0.35△40 1.18±0.13＊ 2.11±0.31

圖1 興奮區(qū)域的電位變化

本實驗結果顯示,引導電極間距在一定范圍內增加時,負、正相波時程隨間距增加而延長。超過這些范圍時,其時程不再顯著延長。由圖1可以看出,ab段是動作電位復極化的過程,bc段是去極化的過程,b點是動作電位的最高點。當興奮區(qū)域的c點到達R1-時,R1-處的神經干開始去極化,而R1+處的神經干仍然處于靜息狀態(tài),兩記錄電極開始產生電勢差,負相波開始。當兩記錄電極處神經干膜外電位再次相等時,電勢差消失,負相波結束。負相波時程要達到最長,條件是負相波結束時,R1-在a點,R1-與R1+的間距至少等于興奮區(qū)域ac段的長度。負相波結束時,雙相動作電位波形回到基線。隨著興奮區(qū)域繼續(xù)向右傳播,R1-處神經干膜外電位負值減少或不變,R1+處神經干膜外電位負值增加,兩記錄電極間又開始產生電勢差,正相波開始。當興奮區(qū)域的a點到達R1+時,兩記錄電極處神經干膜外電位均已恢復靜息狀態(tài),兩電極間電勢差消失,正相波結束。正相波時程要達到最長,條件是正相波開始時,R1-在a點,R1-與R1+的間距至少等于興奮區(qū)域ac段的長度。

理論上,當引導電極間距大于或等于興奮區(qū)域(ac段)長度,而興奮區(qū)域的長度又恒定不變時,負、正相波時程可以達到最長并且相等。但在本實驗中可以看到,在各個間距的引導電極引導的雙相動作電位中,負相波時程均比正相波長,即使增加引導電極間距至35mm使負、正相波時程都達到最大,兩者還存在顯著性差異。這說明,除了引導電極間距之外,還有其他因素影響了負、正相波的時程。其中因各類神經纖維興奮傳導速度不同而導致的遷延效應[4]是一個重要因素,興奮傳播時間越長,遷延效應越明顯,興奮區(qū)域長度增加越多。區(qū)域長度增加,導致正相波結束時間推后,所以正相波時程始終長于負相波時程。

綜上所述,雖然本次實驗結果顯示間距只在5～35mm范圍內增加時能顯著延長雙相動作電位的時程,但因本實驗測量的最大間距只是40mm,而且由于“遷延效應”的存在,繼續(xù)增加引導電極間距是可以延長雙相動作電位的時程,所以并不能排除40mm以上的間距能延長時程的可能性。本實驗不能測量更多的間距,主要受限于兩個條件,一是坐骨神經干標本的長度有限,二是外周端引導時,隨著引導電極間距的增加,與R1+接觸的神經纖維數量越來越少。

1 楊芳炬.機能實驗學[M].第1版.北京：高等教育出版社,2006：78-79.

2 陸源,夏強.生理科學實驗教程[M].第2版.浙江：浙江大學出版社,2006：25-25.

3 陸源,厲旭云,梅汝煥.生理科學實驗研究型教學法的探討[J].中國高等醫(yī)學教育,2006,(11)：90-92.

4 梁健,陳芳,熊加祥.分析探討神經干復合動作電位[J].四川生理科學雜志,2008,30(3)：103-105.