引导电极间距对蟾蜍坐骨神经干动作电位时程的影响＊

梁俊晖

(韶关学院医学院病理生理学教研室,广东 韶关 512026)

神经干动作电位的引导是《机能实验学》和《生理学》课程中一个非常经典的实验,传统的教学中主要是以验证为主,学生缺乏在学习过程中的探索和实践,这样的教学模式难以担负培养高素质应用型人才的使命。而研究性学习的学习方式对于这门实验课程的开展和学生的学习具有重要意义。如何根据实验室现有条件、学生的具体情况去探索研究性学习的理念和方法并将其应用于机能实验学的教学中,是当前我们在课程改革的实践中急需解决的问题。本文将研究引导电极间距对蟾蜍坐骨神经干动作电位时程的影响,探讨神经干动作电位的形成原理,为这些课程开展研究性学习提供可研究的内容。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 仪器 RM6240生物信号采集与处理系统、神经标本屏蔽盒(均由成都仪器厂生产)。

1.1.2 试剂 任氏液(按照SOP标准配制)。

1.1.3 动物 蟾蜍15只(韶关学院医学院动物中心提供),体重49.1～75.8g。

1.2 方法

1.2.1 坐骨神经干标本的制备 按照聂志伟等[1]介绍的方法制备蟾蜍坐骨神经标本。神经干分离的长度应比刺激电极S1与引导电极R1+的最大间距长5～10mm即可。标本制备后,在任氏液中浸泡20min。

1.2.2 实验方法 固定神经标本屏蔽盒内各电极间的距离,S1、S2距离 5mm,S2、地线距离 10mm,地线与 R1距离 5mm,R1-、R1+初始距离为5mm。打开神经干动作电位实验平台,根据陆源[2]介绍的方法调节各实验参数。安装标本于屏蔽盒内,中枢端刺激,外周端引导。分别在引导电极R1-、R1+间距为 5、10、15、20、25、30、35、40mm 时,用最适刺激强度(使动作电位幅度达到最大的最小刺激强度)刺激神经干,记录双相动作电位的时程和波形。

1.3 统计学处理

2 结果

各间距引导电极引导的双相动作电位中,正相波时程均长于负相波时程,差异均有显著性(P＜0.01)。引导电极间距在5～35mm的范围增加时,负相波和正相波时程均随之延长,差异均有显著性(P＜0.05)(见表1)。

3 讨论

神经纤维受刺激后会爆发动作电位,动作电位的爆发与静息状态的恢复都需要时间,于是在其传播过程中,在神经干上便存在一个随之传播的兴奋区域(见图1)。双相动作电位的波形是由兴奋区域通过两引导电极R1-、R1+时产生的电位差所导致的。在本实验中,R1-与R1+没有电位差时,波形处于基线水平,R1-处神经干膜外电位低于R1+处时的波形称之为负相波(电流方向与兴奋传播方向相反),波形向上,相反称之为正相波,波形向下。时程由负、正相波所经历的时间决定。

表1 不同间距的引导电极对动作电位负相波和正相波时程的影响(±s,n=15)

表1 不同间距的引导电极对动作电位负相波和正相波时程的影响(±s,n=15)

注：与各间距正相波比较,＊均P＜0.01。间距为10mm与5mm,15mm与10mm,20mm与15mm,25mm与20mm,35mm与25mm的负相波相比较,#P＜0.05。间距为10mm与5mm,15mm与10mm,25mm与15mm,35mm与25mm的正相波相比较,△P＜0.05。

间距(mm) AP负相波时程(ms) AP正相波时程(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

图1 兴奋区域的电位变化

本实验结果显示,引导电极间距在一定范围内增加时,负、正相波时程随间距增加而延长。超过这些范围时,其时程不再显著延长。由图1可以看出,ab段是动作电位复极化的过程,bc段是去极化的过程,b点是动作电位的最高点。当兴奋区域的c点到达R1-时,R1-处的神经干开始去极化,而R1+处的神经干仍然处于静息状态,两记录电极开始产生电势差,负相波开始。当两记录电极处神经干膜外电位再次相等时,电势差消失,负相波结束。负相波时程要达到最长,条件是负相波结束时,R1-在a点,R1-与R1+的间距至少等于兴奋区域ac段的长度。负相波结束时,双相动作电位波形回到基线。随着兴奋区域继续向右传播,R1-处神经干膜外电位负值减少或不变,R1+处神经干膜外电位负值增加,两记录电极间又开始产生电势差,正相波开始。当兴奋区域的a点到达R1+时,两记录电极处神经干膜外电位均已恢复静息状态,两电极间电势差消失,正相波结束。正相波时程要达到最长,条件是正相波开始时,R1-在a点,R1-与R1+的间距至少等于兴奋区域ac段的长度。

理论上,当引导电极间距大于或等于兴奋区域(ac段)长度,而兴奋区域的长度又恒定不变时,负、正相波时程可以达到最长并且相等。但在本实验中可以看到,在各个间距的引导电极引导的双相动作电位中,负相波时程均比正相波长,即使增加引导电极间距至35mm使负、正相波时程都达到最大,两者还存在显著性差异。这说明,除了引导电极间距之外,还有其他因素影响了负、正相波的时程。其中因各类神经纤维兴奋传导速度不同而导致的迁延效应[4]是一个重要因素,兴奋传播时间越长,迁延效应越明显,兴奋区域长度增加越多。区域长度增加,导致正相波结束时间推后,所以正相波时程始终长于负相波时程。

综上所述,虽然本次实验结果显示间距只在5～35mm范围内增加时能显著延长双相动作电位的时程,但因本实验测量的最大间距只是40mm,而且由于“迁延效应”的存在,继续增加引导电极间距是可以延长双相动作电位的时程,所以并不能排除40mm以上的间距能延长时程的可能性。本实验不能测量更多的间距,主要受限于两个条件,一是坐骨神经干标本的长度有限,二是外周端引导时,随着引导电极间距的增加,与R1+接触的神经纤维数量越来越少。

1 杨芳炬.机能实验学[M].第1版.北京：高等教育出版社,2006：78-79.

2 陆源,夏强.生理科学实验教程[M].第2版.浙江：浙江大学出版社,2006：25-25.

3 陆源,厉旭云,梅汝焕.生理科学实验研究型教学法的探讨[J].中国高等医学教育,2006,(11)：90-92.

4 梁健,陈芳,熊加祥.分析探讨神经干复合动作电位[J].四川生理科学杂志,2008,30(3)：103-105.