探索牛蛙腓肠肌收缩能力和温度的关系

2020-03-01 1142 上传者：管理员

摘要：目的：针对温度对牛蛙腓肠肌收缩能力的作用进行研究。方法：将牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本分别置于5℃、15℃、25℃和35℃任氏液中浸泡30min(n=10)，用BL-420s生物信号采集处理系统记录腓肠肌接受连续刺激的单收缩曲线，分别测定阈强度、最大刺激强度、最大收缩力、最大收缩速率和最大舒张速率。结果：腓肠肌收缩阈强度和最大刺激强度随温度升高而增大；温度小于25℃时，腓肠肌最大收缩力、最大收缩速率随温度升高而增强，温度大于25℃时，腓肠肌收缩力、最大收缩速率随温度升高而减弱。结论：温度为25℃时，牛蛙腓肠肌具有最大收缩力。

关键词：
收缩能力
最大收缩力
温度
腓肠肌
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肌肉收缩能力是指与前、后负荷无关，又能影响肌肉收缩效能的肌肉内在特点，如兴奋-收缩藕联过程中胞质内Ca2+浓度的变化、与肌丝滑行有关的横桥ATP酶活性、肌细胞能量水平等都可以影响肌肉的收缩能力[1]。但温度改变对肌肉收缩能力产生何种影响？其变化规律如何？《机能实验学》教材并未提出。本研究通过改变浸泡牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本任氏液温度，研究温度对腓肠肌收缩能力的影响，以期完善实验教材内容、加深相关理论知识学习。

1、材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验动物牛蛙，体重260~300g，雌雄不拘，由昆明医科大学实验动物部提供，实验动物生产许可证号：SCXK(滇)20050008，实验动物使用许可证号：SCXK(滇)20050004。

1.1.2 主要试剂和仪器任氏液为标准配方；BL-420s生物信号采取处理系统(四川泰盟科技有限公司)；生物张力感受器(四川泰盟科技有限公司)；恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)；神经屏蔽盒。

1.2 实验方法

1.2.1 牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本制备参考李凡等主编《医学机能实验学》方法[2]，剥制牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本。标本包括：一段脊柱、坐骨神经、一段股骨、腓肠肌。将标本随机放入5℃、15℃、25℃和35℃任氏液中浸泡30min，每组10个标本。

1.2.2 仪器连接将浸泡后标本坐骨神经置于神经屏蔽盒刺激电极上，股骨固定在肌槽孔内。腓肠肌肌腱上的结扎线与张力换能器连接，保持结扎线松紧度一致。启动BL-420s生物信号采集处理系统，设置实验参数如下：起始刺激强度为30mv，刺激强度增量为1mv。记录过程中，分别用5℃、15℃、25℃和35℃任氏液不断滴在腓肠肌上，使肌肉保持湿润。

1.2.3 测量不同温度下标本阈强度、最大刺激强度、最大收缩力、最大收缩速率和最大舒张速率进行统计分析。

1.3 统计学方法

采用SPSS17.0统计学软件进行分析。计量资料以均数±标准差(x±s)表示，采用单因素方差分析进行多组比较；组间采用LSD法两两比较，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1 不同温度下牛蛙腓肠肌收缩阈强度及最大收缩强度

取牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本随机分成四组，即5℃任氏液组、15℃任氏液组、25℃任氏液组和35℃任氏液组，分别测定收缩阈强度及最大刺激强度。结果表明，温度为35℃时收缩阈强度和最大刺激强度最大，与其他温度组相比有显著性差异(P＜0.01，见表1)。注：**与35℃的任氏液比较P＜0.01。

表1不同温度下牛蛙腓肠肌收缩阈强度

2.2 不同温度下牛蛙腓肠肌最大收缩力

图1结果表明温度小于25℃时，腓肠肌最大收缩力随温度升高而增强，温度大于25℃时，腓肠肌收缩力随温度升高而减弱。25℃任氏液组腓肠肌收缩力最大(P＜0.01)。

图1不同温度下牛蛙腓肠肌最大收缩力(g)；图图2不同温度下蛙腓肠肌的最大收缩速率和最大舒张速率(g/ms)

2.3 不同温度下牛蛙腓肠肌最大收缩速率和最大舒张速率

图2结果表明，温度小于25℃时，腓肠肌最大收缩速率随温度升高而增强，温度大于25℃时，腓肠肌最大收缩速率随温度升高而减弱，25℃时最大收缩速率最大；温度在5~35℃之间变化时，牛蛙腓肠肌最大舒张速率无明显变化(P＞0.05)。

3、讨论

目前公认的肌肉收缩机制是肌丝滑行理论[1]：肌肉收缩是由钙离子触发的肌小节内粗细肌丝间相互滑动[3]。粗细肌丝间滑动基本过程是肌动蛋白与肌球蛋白相互作用下分解ATP释放化学能转变为机械能的过程。肌球蛋白主要结构“横桥”具有ATP酶活性，横桥被激活，释放能量，横桥向粗肌丝的中心方向摆动，牵引细肌丝向肌节方向滑行。因此，为保证肌肉持续收缩，必须保证ATP不断再合成[4]。ATP合成过程是一系列酶促反应，温度变化会影响酶活性[5-6]，从而影响肌肉收缩时ATP供应，导致肌肉收缩能力改变。本实验结果表明当牛蛙坐骨神经-腓肠肌标本浸泡在不同温度任氏液中，腓肠肌收缩能力在一定范围内随温度升高而增强，25℃时收缩能力最强，5℃和35℃收缩能力较弱。通过测定标本阈强度、最大刺激强度和最大收缩速率实验，再次证实牛蛙腓肠肌在25℃收缩能力最强，产生最大收缩速率。体外环境温度过高(大于25℃)，腓肠肌收缩能力和收缩迅速下降。此研究与王艳[7]研究结果相符合，与希尔(Hill)方程表述观点一致[8]。此外，温度改变影响ATP合成，ATP合成减少，影响钙泵功能[9]，导致钙离子代谢异常，也会影响肌肉舒张速度。本实验结果显示腓肠肌最大舒张速率无统计学差异，可能原因是：分析单收缩曲线时，难于确定舒张期何时结束，因此结果带有主观臆断性。综上所述，若要使肌肉收缩能力达到最佳状态，应使肌肉处于最理想温度范围，温度过低或者过高都会影响酶活性，从而影响肌肉收缩能力。在机能实验中增加本研究内容，可提高学生对相关理论知识的深入理解。

参考文献：

[1]王庭槐.生理学[M].北京:人民卫生出版社,2018.

[2]李凡.机能实验学[M].北京:高等教育出版,2012.

金会艳,彭滟程,刘晓萌,罗耀辉,吉勇,边慧.温度对牛蛙腓肠肌收缩能力的影响[J].广东化工,2019,46(16):18-19.