梁俊暉

(韶關(guān)學(xué)院醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室,廣東 韶關(guān) 512026)

神經(jīng)干動作電位的引導(dǎo)是《機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)》和《生理學(xué)》課程中一個非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn),傳統(tǒng)的教學(xué)中主要是以驗(yàn)證為主,學(xué)生缺乏在學(xué)習(xí)過程中的探索和實(shí)踐,這樣的教學(xué)模式難以擔(dān)負(fù)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的使命。而研究性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式對于這門實(shí)驗(yàn)課程的開展和學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要意義。如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件、學(xué)生的具體情況去探索研究性學(xué)習(xí)的理念和方法并將其應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的教學(xué)中,是當(dāng)前我們在課程改革的實(shí)踐中急需解決的問題。本文將研究引導(dǎo)電極間距對蟾蜍坐骨神經(jīng)干動作電位時程的影響,探討神經(jīng)干動作電位的形成原理,為這些課程開展研究性學(xué)習(xí)提供可研究的內(nèi)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(jīng)標(biāo)本屏蔽盒(均由成都儀器廠生產(chǎn))。

1.1.2 試劑 任氏液(按照SOP標(biāo)準(zhǔn)配制)。

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

1.2 方法

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

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 固定神經(jīng)標(biāo)本屏蔽盒內(nèi)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(jīng)干動作電位實(shí)驗(yàn)平臺,根據(jù)陸源[2]介紹的方法調(diào)節(jié)各實(shí)驗(yàn)參數(shù)。安裝標(biāo)本于屏蔽盒內(nèi),中樞端刺激,外周端引導(dǎo)。分別在引導(dǎo)電極R1-、R1+間距為 5、10、15、20、25、30、35、40mm 時,用最適刺激強(qiáng)度(使動作電位幅度達(dá)到最大的最小刺激強(qiáng)度)刺激神經(jīng)干,記錄雙相動作電位的時程和波形。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

各間距引導(dǎo)電極引導(dǎo)的雙相動作電位中,正相波時程均長于負(fù)相波時程,差異均有顯著性(P＜0.01)。引導(dǎo)電極間距在5～35mm的范圍增加時,負(fù)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(jīng)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(fù)都需要時間,于是在其傳播過程中,在神經(jīng)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(dǎo)電極R1-、R1+時產(chǎn)生的電位差所導(dǎo)致的。在本實(shí)驗(yàn)中,R1-與R1+沒有電位差時,波形處于基線水平,R1-處神經(jīng)干膜外電位低于R1+處時的波形稱之為負(fù)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(fù)、正相波所經(jīng)歷的時間決定。

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

表1 不同間距的引導(dǎo)電極對動作電位負(fù)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(fù)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(fù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,引導(dǎo)電極間距在一定范圍內(nèi)增加時,負(fù)、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(fù)極化的過程,bc段是去極化的過程,b點(diǎn)是動作電位的最高點(diǎn)。當(dāng)興奮區(qū)域的c點(diǎn)到達(dá)R1-時,R1-處的神經(jīng)干開始去極化,而R1+處的神經(jīng)干仍然處于靜息狀態(tài),兩記錄電極開始產(chǎn)生電勢差,負(fù)相波開始。當(dāng)兩記錄電極處神經(jīng)干膜外電位再次相等時,電勢差消失,負(fù)相波結(jié)束。負(fù)相波時程要達(dá)到最長,條件是負(fù)相波結(jié)束時,R1-在a點(diǎn),R1-與R1+的間距至少等于興奮區(qū)域ac段的長度。負(fù)相波結(jié)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(jīng)干膜外電位負(fù)值減少或不變,R1+處神經(jīng)干膜外電位負(fù)值增加,兩記錄電極間又開始產(chǎn)生電勢差,正相波開始。當(dāng)興奮區(qū)域的a點(diǎn)到達(dá)R1+時,兩記錄電極處神經(jīng)干膜外電位均已恢復(fù)靜息狀態(tài),兩電極間電勢差消失,正相波結(jié)束。正相波時程要達(dá)到最長,條件是正相波開始時,R1-在a點(diǎn),R1-與R1+的間距至少等于興奮區(qū)域ac段的長度。

理論上,當(dāng)引導(dǎo)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(fù)、正相波時程可以達(dá)到最長并且相等。但在本實(shí)驗(yàn)中可以看到,在各個間距的引導(dǎo)電極引導(dǎo)的雙相動作電位中,負(fù)相波時程均比正相波長,即使增加引導(dǎo)電極間距至35mm使負(fù)、正相波時程都達(dá)到最大,兩者還存在顯著性差異。這說明,除了引導(dǎo)電極間距之外,還有其他因素影響了負(fù)、正相波的時程。其中因各類神經(jīng)纖維興奮傳導(dǎo)速度不同而導(dǎo)致的遷延效應(yīng)[4]是一個重要因素,興奮傳播時間越長,遷延效應(yīng)越明顯,興奮區(qū)域長度增加越多。區(qū)域長度增加,導(dǎo)致正相波結(jié)束時間推后,所以正相波時程始終長于負(fù)相波時程。

綜上所述,雖然本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示間距只在5～35mm范圍內(nèi)增加時能顯著延長雙相動作電位的時程,但因本實(shí)驗(yàn)測量的最大間距只是40mm,而且由于“遷延效應(yīng)”的存在,繼續(xù)增加引導(dǎo)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(shí)驗(yàn)不能測量更多的間距,主要受限于兩個條件,一是坐骨神經(jīng)干標(biāo)本的長度有限,二是外周端引導(dǎo)時,隨著引導(dǎo)電極間距的增加,與R1+接觸的神經(jīng)纖維數(shù)量越來越少。

1 楊芳炬.機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)[M].第1版.北京：高等教育出版社,2006：78-79.

2 陸源,夏強(qiáng).生理科學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].第2版.浙江：浙江大學(xué)出版社,2006：25-25.

3 陸源,厲旭云,梅汝煥.生理科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究型教學(xué)法的探討[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育,2006,(11)：90-92.

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