肌肉與反射筆記

肌肉與反射

6.1 學習目標

  • 理解肌肉力學。

  • 測定靜息伸長曲線以及等張和等長最大值的曲線。

  • 練習電腦輔助的測量數據分析。

  • 練習觸發動物的反射。

6. 2 基礎知識

6.2.1 肌肉
6.2.1.1 肌肉力學
  • 骨骼肌的力發展取決於多個因素:

    1. 纖維類型

    2. 激發的肌肉纖維數量(募集)

    3. 刺激頻率,隨著頻率的增加,細胞內 Ca^{2+} 水平以及相互作用的肌動蛋白和肌球蛋白絲的數量增加(⇒強直收縮)

    4. 先前的負載(⇒肌肉疲勞)

    5. 肌原纖維的預拉伸程度(⇒肌動蛋白和肌球蛋白重疊)。

  • 在本練習中,您將在虛擬實驗室中研究骨骼肌標本的收縮力對肌肉纖維預拉伸的依賴性,並在力-長度圖中繪製結果。

  • 曲線下的面積對應於肌肉所做的功(= 力 • 距離)。

  • 必須牢固掌握以下講座的材料,以準備練習:

    • 神經生理學 III - 運動終板

    • 肌肉生理學

    • 中樞神經系統(反射)

6.2.2 反射
6.2.2.1 反射弧和反射形式
  • 導致反射的刺激通過傳感器接收,並通過傳入、反射中樞和傳出到達效應器器官。

  • 複習關於肌肉的單突觸本體反射的基礎知識,並熟悉這些影片的操作。

  • 屈肌反射是多突觸異體反射的一個典型例子。

  • 在經典的完全反射中,同側肢體在相關 α- 運動神經元興奮後彎曲,對側肢體伸展,但這種反應可以被健康動物的中樞機制抑制。

  • 通過檢查位置或姿勢反應(例如爪子校正、跳躍反應)和腦神經反射(例如威脅反應、眨眼反射、角膜反射、瞳孔(光)反射),可以獲得關於中樞神經系統功能的重要信息。

  • 威脅反應是一種在重複觸發後可以“忘記”的反應。反射、反應、應答、條件反射和真實學習之間的界限是流動的。

6.2.2.2 瞳孔反射
  • 通過檢查瞳孔反射,臨床醫生可以獲得關於由創傷、疾病或中毒引起的中樞神經系統缺陷以及對自主神經系統活動的洞察,因此這種反射在臨床上非常重要。

  • 為了觸發瞳孔反射,有選擇地短暫照射一隻眼睛。觀察受照射眼睛(同側)的直接瞳孔反應和未受照射眼睛(對側)的一致的瞳孔反應。通常,雙眼都應表現出一種 - 儘管有些不同 - 瞳孔收縮(縮瞳),在光暴露結束後,瞳孔擴張(散瞳)。

  • 瞳孔的大小以及因此的平均光線入射到視網膜上,由虹膜肌肉(瞳孔括約肌、瞳孔擴張肌)控制。導致縮瞳(收縮)的瞳孔光反應可以通過分離地暴露每隻眼睛來分為直接和一致的成分。

  • 從視網膜出發,纖維在視神經中穿行,在視交叉中部分交叉後,到達中腦的視前區。在這裡,切換到第二個神經元;纖維再次交叉到對側。最後,在埃丁格-韋斯特法爾核中,切換到動眼神經(III)的副交感神經纖維,這些纖維通往睫狀神經節。睫狀神經節副交感神經支配瞳孔括約肌(縮瞳)和睫狀肌(調節)。

  • 光暴露結束後發生的散瞳(擴張)的程度取決於交感神經張力。這由自主中樞在整合各種外部和內部刺激後確定。

6.3 任務/調查表

6.3.1 虛擬實驗室中的肌肉力學 'SimMuscle'
6.3.1.1 試驗前的考慮
  • 在 'SimMuscle' 模擬試驗中,應確定靜息伸長曲線並在力-長度圖中表示。

  • 首先,根據附加重量引起的重量力 (FG) 確定肌肉的長度 (L{Vordehnung})。然後,首先確定最大長度變化 (ΔL{max}),然後確定刺激器刺激後的最大力變化 (ΔF{max})。

  • 從靜息伸長曲線開始,從這些值確定等張 (L{isoton}) 和等長 (F{max}) 最大值,並將其繪製在力-長度圖中。

  • 最後,研究頻率調製對力發展的影響(強直收縮能力)。

  • 在準備試驗時,應在家中進行以下考慮:

    • 表 32 的哪些列用於繪製靜息伸長曲線?

      • X-軸:L_{Vordehnung}

      • Y-軸:F_G

    • 表 32 的哪些列用於繪製等張最大值曲線?

      • X-軸:L_{isoton}

      • Y-軸:F_G

    • 表 32 的哪些列用於繪製等長最大值曲線?

      • X-軸:L_{Vordehnung}

      • Y-軸:F_{max}

  • 肌肉力學

6.3.1.2 測量準備
6.3.1.3 試驗準備
  • 啟動 "SimMuscle II"後,將出現一個虛擬實驗室設置,類似於您從試驗 01 - 來自 Simnerv 程序的興奮傳導中所了解的。

  • 在試驗開始時,必須打開所有三個設備(示波器、刺激器、換能器)。

  • 一疊 6 個重物,每個 50 克,用於改變肌肉的預拉伸。在試驗過程中,您可以通過拖放將支架和其他重物拉到樣品夾上,在那裡可以將它們掛在肌肉中。

  • 刺激器可以產生電壓脈衝,這些電壓脈衝通過雙線電纜(紅色和藍色)到達肌肉,從而刺激肌肉收縮。

  • 換能器用於測量肌肉對所掛重物和/或來自刺激器的電壓的反應。相應的信號從換能器進入示波器。在示波器上,來自換能器的信號(通道 2,CH2)隨時間("時基")繪製。在基本設置中,水平 X-軸代表時間,垂直 Y-軸代表肌肉長度。

  • 與此同時,來自刺激器的電壓脈衝通過綠色電纜到達示波器的通道 1(通道 1,CH1),該電壓脈衝也隨時間繪製。因此,可以在顯示器上並行地跟踪刺激 (CH1) 和肌肉對刺激的反應 (CH2)。

  • 啟動刺激器後,通過黃色電纜 "Trig. out" 自動尋址示波器("觸發"),以便從此時開始,來自換能器的信號(-軸)隨時間(X-軸)繪製。

  • 換能器可以產生兩種輸出信號:

    1. LENGTH 發出與懸掛裝置的孔眼位置成比例的電壓,因此對應於肌肉的長度。這可以在小綠框中讀取。

    2. FORCE 發出與肌肉力發展成比例的電壓。但是,為此必須首先固定肌肉的長度,這通過將換能器上的旋鈕從 "free" 更改為 "lock" 來完成。旋鈕 ZERO ADJUST 用於零點調整,例如在掛上額外重物後。

    • 試驗在兩種配置中進行:

      • 開關位置 free = 等張條件 - 示波器的通道 2 自動導致輸出 LENGTH,其中 50 mV 的輸出電壓變化對應於 1 mm 的肌肉長度變化。肌肉力對應於所掛重物 (F = m * g)。

      • 開關位置 lock = 等長試驗條件 - 示波器的通道 2 自動導致輸出 FORCE。肌肉上的力由換能器測量,換能器在肌肉力發展為 1N 時記錄 50 mV 的電壓。肌肉的長度可以像以前一樣通過在開始時掛上重物來增加。但是在電壓脈衝之前,肌肉會被牢固地夾緊("lock"),因此肌肉長度在觸發收縮時不會改變。

    • 刺激器用於施加電刺激。可以使用按鈕在單個(SINGLE)或雙(TWIN)脈衝或脈衝序列(TRAIN)之間進行選擇,脈衝序列的數量通過 NUMBER OF PULSES 計數器設置。每個刺激的持續時間始終為 1 ms。刺激的 AMPLITUDE 和連續刺激之間的間隔(INTERVAL)可以更改。在您通過開關和滑塊設置所需的參數後,您可以通過按下 STIMULATION-START 按鈕來觸發刺激。

    • 在雙通道存儲示波器中,通道 2 用於顯示肌肉活動,通道 1 用於表示刺激。您可以在底部兩個旋轉控制器上設置通道靈敏度(顯示器上每個方格 (Div) 1-1000 mV)。例如,如果設置為 100 mV,則顯示器上的一個方格對應於 100 mV 的刺激強度或肌肉反應。可以使用滑塊(CH1 和 CH2)移動屏幕上兩個通道的信號表示的垂直位置。

    • 第三個旋轉控制器用於設置時基(TIMEBASE,1-1000 ms/Div)。例如,如果設置為 50 ms,則顯示器上的一個方格對應於 50 ms 的持續時間。如果按下 STORE 按鈕(指示燈亮起),示波器將存儲

6.3.1.4. 試驗程序
  • 進行表 33 中給出的預定義設置。

    • A) 確定靜止伸長曲線

      • 掛上肌肉標本。Zero-Adjust 按鈕最初應打開(藍色字體)。按下 STIMULATION START,以在屏幕上生成一條基線,該基線應位於從頂部數起的第三條虛線屏幕線上,以便您可以跟踪肌肉的增加伸長 - 以及稍後的收縮 - 在示波器上。

      • 然後將 Zero-Adjust 按鈕設置為關閉(黑色字體),以便記錄肌肉的伸長。現在開始逐步加載重量,並在每次額外添加重量後按下 STIMULATION START。肌肉的長度(以毫米為單位)可以直接在換能器底部的小綠色框中讀取。

      • 將肌肉的長度(以毫米為單位)輸入到 Excel 工作表的第二列 (LVordehnung)。

    • B) 確定等張收縮最大值曲線

      • 測量前的觀察:首先將所有設置保持與確定靜止伸長曲線時的設置相同,但是在刺激器上設置 500 mV 的振幅。按下刺激器上的底部按鈕 STIMULATION START 並觀察肌肉的抽搐。通過改變所掛重物的數量來改變預伸長,並觀察偏轉的高度。會發生什麼?您會認識到抽搐太快而無法直接在換能器上讀取肌肉的長度變化。為此,您需要示波器上的曲線。

      • 測量設置:首先按 "Clear"。為了更好地讀取肌肉的縮短,請進行以下更改:

        • 為了補償示波器上基線的移動,在整個試驗過程中必須保持 Zero-Adjust 按鈕打開(藍色字體)。設置超最大刺激(振幅 500 mV),其中肌肉必須可以自由移動(旋鈕開關位置:free)。從未負載的肌肉開始測量,然後按下 STIMULATION START。肌肉的縮短可以基於示波器屏幕上的曲線確定。最大縮短的程度由基線和曲線峰值之間計數的方格確定。注意:基線不是位於滑塊 CH1 上的線!這僅顯示刺激!換算:換能器將肌肉長度的變化轉換為電壓(50 mV/mm)。對於等張最大值的測量,已在示波器上選擇 "50 mV/Div",因此一個方格對應於 50 mV 的電壓變化。多少毫米的長度變化對應於一個方格?1 毫米。現在逐步掛上越來越多的重量,然後將肌肉的主動長度變化輸入到 Excel 工作表的第四列 ΔLmax [mm] 中。

    • C) 確定等長收縮最大值曲線

      • 對於下一個試驗部分,請進行以下更改:

        • 仍然設置超最大單個刺激(振幅 500 mV),並在同時牢固夾緊肌肉的情況下,確定最大力的發展(旋鈕開關位置:lock);輸出信號現在對應於電壓或肌肉力(FORCE)。與前面的任務一樣,必須保持 "Zero Adjust" 打開(藍色字體)。觀察肌肉抽搐。將最大力變化的值輸入到 Excel 工作表中 "ΔFmax" 下。*

    • D) 計算 Fg、Fmax 和 Lisoton

      • 您現在應該已將所有測量值輸入到 Excel 工作表中!

  • 計算重物在肌肉上牽引的重量力 Fg(以牛頓為單位),(Fg [N] = m•g;m = 質量 [kg],g = 下落加速度 = 9.81 m•s⁻²;1 N = 1 kg•m•s⁻²)

  • 首先用鼠標單擊字段 C4,然後在此處輸入等號,後跟 "A4"(帶有第一個質量的字段),然後必須將其乘以正確的轉換因子。輸入每個公式後,單擊輸入鍵("Return" resp. "Enter")。標記單元格,然後在單擊鼠標右鍵後,從菜單 "複製" 中選擇。將光標設置在下面的字段中,然後從插入選項中選擇 f,以將內容作為公式插入。單元格編號將調整,並且下一個結果將自動顯示。可以使用相同的方式填充列中要計算值的單元格。

  • 以類似的方式,通過 Excel 藉由將重力 "Fg"(C 列)和 "ΔFmax"(E 列)相加,計算總力發展 "Fmax"(F 列)的值。現在藉由在 "Lisoton" 列(G 列)中輸入正確的公式,從 "LVordehnung" 和 "ΔLmax" 計算肌肉的總長度。請注意,肌肉在等張收縮時會縮短。因此,您必須精確遵守符號約定。請注意:肌肉在等張收縮 Lisoton 后的長度在數值上必須小於 LVordehnung!
    * 備註:由於肌肉變短,因此 ΔLmax 應在您的表中列為負值。然後適用:Lisoton = LVordehnung + ΔLmax
    * 將鼠標置於 "Lisoton" 列中的最頂部空閒單元格上。將公式 "=B3+D3" 輸入到單元格中,然後單擊 "Return"。

  • 解釋您所看到的內容?

  • 在此處插入表格和預伸長曲線的屏幕截圖!"如何" 向他們解釋了問號後面的說明。

  • 等張曲線:如果 Lvordehnung 和 Fmax 增加則增加
    靜止伸長曲線:如果 Lvordehnung 和 Fmax 增加則增加
    等長曲線:如果 Fmax 增加直到 100 克然後降低

E) 確定與頻率相關的收縮力
    *   在之前的試驗部分中,您分別觸發了單次抽搐,現在應在最佳預伸長 (這是哪個?) 的情況下研究收縮力與連續刺激的頻率的相關性。為此,請在刺激器上設置模式訓練。由於您要測量力,因此開關當然保持在 "鎖定" 狀態。
  • 首先從單次抽搐(脈衝數 = 1)開始您的研究。然後,您施加 6 個刺激(脈衝數 = 6),每個刺激的時間間隔(間隔)為 150、100、75、50 或 25 毫秒。最後,在 50 毫秒的間隔下,您將 "脈衝數" 增加到 16。多次重複最後一次試驗。
    創建單次抽搐的屏幕截圖
    會發生什麼以及為什麼?
    會發生什麼以及為什麼?
    具有縮短間隔的 6 個刺激
    重複施加 16 個刺激 muscle 疲勞 ATP 減少 乳酸 convincing 神經元疲勞作為保護例如基質量 肌肉 葡萄糖以糖原形式存在 肌肉停留在持續收縮的狀態,因為鈣濃度不再能降低到靜息值。這導致最大的力發展,因為所有可用的肌球蛋白頭都是活躍的。理想的重量是具有最大力的(最大預伸長) 當衝擊較低時,肌肉的力會增加,動作電位融合 一個單獨的電刺激導致一個短暫的、孤立的肌肉收縮。在較短的間隔(例如 25 毫秒)下,細胞內鈣濃度保持較長時間增加,這導致更強烈的收縮

6.3.2 反射

6.3.2.1 人體反射實例
A) 膝跳反射
  • 受試者以放鬆的姿勢坐著,以便小腿可以自由擺動(檢查台或桌子)。用反射錘輕輕敲擊膝蓋下方髕骨下方的髕骨肌腱。如果未觸發反射,請要求受試者執行 "耶德拉西克手勢"。為此,手在前臂上用彎曲的手指互鎖,測試人員盡可能用力拉動。

  • 為什麼當測試人員執行耶德拉西克手勢時,更容易觸發反射?
    轉移測試人員的注意力
    手臂的故意收縮會增加一般的運動神經元活動,從而增強腿部的反射反應。
    膝跳反射的反射弧

B) 瞳孔反射
  • Direct Pupillary Reflex

    • Shine a penlight into one eye of the test person and observe the pupil. The light stimulus hits the retina. The signal is sent to the midbrain (pretectum) via the optic nerve. The oculomotor nerve transmits the signal further and activates the musculus sphincter pupillae, which leads to pupillary constriction.

  • Consensual Pupillary Reflex

    • Shine a penlight into one eye of the test person and observe the constriction of the contralateral pupil. Repeat the process for the other eye.

      • Direct light reaction: The illuminated pupil constricts (miosis) in response to the light.

      • Indirect light reaction: The contralateral (non-illuminated) pupil also constricts, as both eyes are reflexively connected to each other. The light stimulus hits the retina. The signal is sent to the midbrain (pretectum) via the optic nerve. The information is transmitted bilaterally to the Edinger-Westphal nuclei. The oculomotor nerve activates the musculus sphincter pupillae, which leads to pupillary constriction.

  • Pupil dilation

    • After the light stimulus ends, observe how quickly the pupil dilates again. Repeat the process for the contralateral eye.

  • left 1 sec. right 1 sec.

6.4 附錄:使用 Excel 的說明

圖形表示 Excel 圖表(靜態伸長曲線)創建中的實驗結果
為了藉助 Excel 直觀地表示實驗結果,請首先打開工作表。用鼠標(單擊鼠標左鍵)標記 L{Vordehnung} [mm] 和 FG [N] 列的值。在菜單欄頂部,您會找到 "插入" 選項卡。用鼠標左鍵單擊此處的 "點 (XY)"。選擇 "帶插值的行和數據點的點"。所需的圖表會立即顯示。使用鼠標移動圖表,以便可以再次完全查看數據表。為此,請用鼠標左鍵單擊圖表的邊框,然後將圖表拖到工作表中的白色字段中。通過移動邊框,使用鼠標調整圖表大小。
添加軸標籤和圖例 用鼠標右鍵單擊圖表。在右邊緣會出現一個帶有 "+" 的字段。同時單擊此選項並通過選中 "軸標題" 和 "圖例" 標題激活它們。現在在兩個軸上都會出現文本 "軸標題"。您可以使用鼠標單擊和更改此文本。不要忘記指定單位!
附錄 要編輯圖例,請用鼠標右鍵單擊圖表。會出現一個菜單。轉到 "選擇數據",然後轉到 "編輯"。一個新窗口將打開。在 "系列名稱" 下,輸入 "靜態伸長曲線",然後單擊 "確定"。Isometrischen Maxima 曲線現在我們要將 Isometrischen Maxima 曲線添加到圖表中。再次用鼠標右鍵單擊圖表,然後轉到 "添加" [1.]。在 "系列名稱" 下,輸入新曲線的名稱("Isometrische Maxima")[2.]。單擊 "系列 X 值" [3.] 並用鼠標標記 X-軸的值 [4.]。用鼠標單擊 "系列 Y 值" 字段,刪除條目 "={1}" [5.] 現在再次用鼠標標記 Y-軸的值 [6.] 並單擊 "確定" [7]。
對於 Isotonen Maxima 曲線,將以完全相同的方式添加。在此處您必須小心一些。您選擇哪些值? (提示:當然,與之前一樣,X-軸上的長度,Y-軸上的力。)縮放軸 最後,應將 X-軸調整為值範圍。右鍵單擊 X-軸後,將打開一個窗口 "格式化軸"。在此處,您可以通過在 "最小值" 和 "最大值" 字段中輸入來確定 X-軸的第一個和最後一個值。附錄 最後,您可以創建 Excel 工作表的屏幕截圖並將其集成到 tet.folio 中:為此,單擊 Excel 窗口,然後按 Alt+打印;窗口將以這種方式複製到剪貼板。Start - mspaint - Enter 打開繪圖程序。Strg+V 將圖像從剪貼板複製。在 mspaint 中,單擊一次圖片外面。現在,用鼠標左鍵環繞您要保留的區域 = 表格和圖形單擊 "裁剪"。將圖像保存在桌面上,然後關閉 mspaint 在 tet.folio 中切換到要在其中集成圖片的頁面。縮小 tet.folio,以便您可以並排看到桌面上的圖像文件和 tet.folio 頁面。將圖像文件從桌面拖動到頁面上表格下方要放置圖像的位置(鼠標對應於要插入圖像的左上角)將圖形拖到那裡灰色邊框區域。說明可以重疊!伊索托尼謝馬西瑪曲線