【病例】

某患儿，5岁，半个月前曾臀部肌肉注射药物，现注射局部肿胀、疼痛、下肢麻木，屈伸受限，跛行、不能负重，患侧不能单腿站立，肌肉出现萎缩。神经电生理检查：患侧神经传导速度减慢，波幅下降；体感诱发电位（somatosensory evoked potential，SEP）潜伏期延长，波幅下降，波间期延长；坐骨神经支配肌肉的肌电图检查为失神经电位，而健侧正常。临床初步诊断为肌肉注射导致的坐骨神经损伤。

【分析与思考】

1．坐骨神经的走行、功能和特点？

2．神经损伤后为什么会出现肌肉萎缩？

3．神经纤维的功能如何？

4．神经纤维传导兴奋具有哪些特征？

5．神经纤维动作电位有哪些重要特性？

6．如何记录神经干动作电位？神经干动作电位波形与神经纤维动作电位有何不同？

7．神经干动作电位是否也有“全或无”特性？ 

8．在引导出的神经干双相动作电位中，上下两相幅值是否相同？为什么？

9．如何测量神经干动作电位传导速度？

10．神经纤维兴奋过程中，其兴奋性发生了哪些变化？

11．如何观察神经干动作电位的兴奋性的变化？

12．如果两电极间神经标本有损伤，神经干动作电位有何变化？

【实验设计】

利用坐骨神经-胫腓神经标本，设计一个实验观察神经干动作电位波形，测量神经干动作电位传导速度，并观察神经干动作电位的兴奋性的变化及神经损伤后波形的改变。

【实验条件】

蟾蜍或蛙；蛙类手术器械、任氏液、神经屏蔽盒、蛙板、刺激输出线、动作电位引导线、BL-420N生物信号采集与分析系统。

【参考实验方案】

【实验步骤】

1．制备坐骨神经-胫腓神经标本  蟾蜍坐骨神经-胫腓神经制备过程与坐骨神经-腓肠肌标本的制作过程相仿。不同的是只保留神经不要肌肉和股骨，并且神经分离的尽可能长一些，从脊柱旁的主干至踝关节止。标本制成后，置于任氏液中10min，使其兴奋性稳定后再开始实验。

2．连接实验装置

   （1）将坐骨神经-胫腓神经标本放在神经屏蔽盒内的电极上，神经干的中枢端放在刺激电极一侧，外周端放在引导电极一侧，神经干应与每个电极接触良好，不可扭曲折叠，检查好后盖上盒盖。

   （2）电刺激输出线带有两个输出端分别插入屏蔽盒外刺激+-（黄色、绿色）中，另一端连接BL-420N生物信号采集与分析系统的刺激输出插孔。将信号输入线（带有三个夹子）的黑色端插入屏蔽盒地线孔，另两个端（红色、绿色）分别插入屏蔽盒C1、C2孔中，另一端连接到BL-420N生物信号采集与分析系统的1通道。开机进入生物信号采集与分析系统。                                                      

    3．实验项目

   （1）观察神经干动作电位和神经冲动的双向传导

    ①从主菜单栏“实验模块”的下拉菜单中选择“肌肉神经实验”中“神经干动作电位引导”实验项目。

    ②设置参数：一般情况下参数已预先设置好，参数如下：

    量程：20mV，时间常数：100mS，低通滤波：2KHz；刺激器设置可选：刺激模式，细电压，单刺激，非程控；延时：2.5mS，幅度1V，波宽：0.05mS。

    ③实验：点击“开始实验”按钮，观察神经干动作电位波形。可将神经干标本的放置方向倒换，观察有无动作电位。

   （2）神经干动作电位传导速度测定 

    将一条信号输入线（带有三个夹子）的黑色端插入屏蔽盒地线孔，另两个端（红色、绿色）分别插入屏蔽盒C1、C2孔中，另一端连接到BL-420N生物信号采集与分析系统的1通道。将第二条信号输入线黑色端插入屏蔽盒地线孔，另两个端（红色、绿色）分别插入屏蔽盒C3、C4孔中，另一端连接到BL-420N生物信号采集与分析系统的2通道。开机进入生物信号采集与分析系统。          

     ①从主菜单栏“实验模块”的下拉菜单中选择“肌肉神经实验”中的“神经干兴奋传导速度测定”实验项目。

    ②设置参数：一般情况下参数已预先设置好，参数如下：

    输入两对传导电极之间的距离：1cm。

     量程：20mV，时间常数：100mS，低通滤波：2KHz；刺激器设置可选：刺激模式，细电压，单刺激，非程控；通道1参数：延时：2.5mS，幅度1V，波宽：0.05mS。通道2参数：量程10mV，时间常数：100mS，低通滤波：2KHz；

    ③实验：点击“开始实验”按钮，观察两个动作电位波形，显示出神经传导速度。

 （3）观察神经干动作电位兴奋性的变化

   ①从主菜单栏“实验模块”的下拉菜单中选择“神经肌肉实验”中“神经干兴奋不应期测定”实验项目。

   ②设置参数：一般情况下参数已预先设置好，参数如下：

    先设置程控参数。启示波间隔：8mS，波间隔减量：0.5mS，刺激时间间隔：2S。

    量程：20mV，时间常数：100mS，低通滤波：2KHz；刺激器设置：刺激模式，细电压，双刺激，程控；延时：5mS，幅度1：1V，波宽:0.05mS；幅度2:1V，波宽：0.05mS。

    ③实验：点击“开始实验”按钮，将出现先后两个动作电位。随着刺激间隔的逐渐缩短，观察动作电位2的幅度变化，直至动作电位2不出现为止，记录下动作电位刚刚不出现时刺激2的时间，即为此神经干动作电位的绝对不应期。

【实验结果】

1．打印动作电位波形，在相应波形下注明阈刺激和最大刺激的数值。

2．计算神经干动作电位传导速度：要求打印测量窗口的动作电位波形，在波形下注明刺激时间和各动作电位峰值出现的时间，计算出神经干动作电位传导速度。

3．神经干动作电位不应期测定：要求打印所观察到的动作电位2出现变化时的动作电位波形并标明刺激时间，写出该神经干动作电位的绝对不应期。

【注意事项】

1．坐骨神经-胫腓神经标本越长越好，最好达到10cm以上。

2．手术过程中避免用手或金属器械接触神经。

3．标本在屏蔽盒内必须与各个电极良好接触，不能折叠，不能接触盒壁。

4．在标本及实验过程中，注意滴加任氏液，保持神经兴奋性。

#科学与人文#

生物电的发现   

    1791 年意大利解剖学家加伐尼（L.Galvani）偶然发现，如果将蛙腿的肌肉置于铁板上再用铜钩钩住蛙的脊髓，当铜钩与铁板接触时肌肉就会发生收缩，他把这种现象归因于“动物电”。但此学说被伏特推翻，证明蛙肌的收缩只是由于蛙肌中含有导电液体，将绑在青蛙肌肉两端的不同金属连接成闭合回路，这才是产生电的关键。

   1820年，由于电流计的发明，Du Bois Reymond在前人工作的基础上先后发现了肌肉动作电位和神经动作电位。他提出所有不损伤的神经或肌肉都存在有 “静息电位”，并设想这是由于神经或肌肉表面有秩序地排列着一层带电粒子所致。当神经或肌肉因受刺激作用而兴奋时，由于带电粒子的流动而使原先的静息电位降低，便呈现“负波动”。这种观点被称为“先存学说”（preexistence theory）。

   1902年伯恩斯坦（Julius Bernstein）接受了德国化学家奥斯特瓦尔德（W. Ostwald）的膜通透性理论，支持发展了“先存学说”（preexistence theory），并提出生物电发生的“膜学说”(membrane theory)。他依据细胞内液比细胞外液含有较多的 K+，以及细胞损伤时电位较完好时低的事实，推测在静息状态情况下细胞膜内电位低于细胞膜外，并假定静息时细胞膜只对 K+有通透性。由于带正电荷的 K+顺浓度差向细胞外扩散，相应的负电荷仍留在细胞内，这样细胞膜两侧形成了 “外正内负” 的静息电位。伯恩斯坦还猜想动作电位则是由于膜受到刺激时瞬间失去了对 K+的选择性渗透，导致对所有离子都通透，使膜两侧的电位差瞬间消失造成的。“膜学说”因有较严密的理论依据被多数人接受，但由于当时技术上的限制和未找到有效的实验材料，未能被实验验证。

    1936年英国解剖学家杨（J.Z.Young）找到了一个理想的实验材料软体动物中的枪乌贼的巨大神经。该神经具有直径可达1mm的轴突，这与一般脊椎动物轴突直径最大不超过 0.02 mm比起来，无疑是研究跨膜电位的极好材料。

    1939年英国生理学家霍奇金（Sir Alan LloydHodgkin）和赫胥黎（AndrewFielding Huxley）用他们发明的微电极技术和细胞内记录的方法测得枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的静息电位相差60 mV。更意外发现的是，在刺激时动作电位变化的幅度大大超过了零电位而达到了+30 ~50 mV，这是“膜学说”无法解释的。

   1949年霍奇金和英国生理学家卡茨（Bernard Katz）对膜学说加以修正，提出“离子学说“（ionic theory）。该学说认为，在静息状态下，神经膜主要是由K+扩散出膜外形成“内负外正”的静息电位。当神经兴奋时膜对Na+的通透性迅速增加，使膜外高浓度的 Na+进入膜内，同时K+外流，这样就形成了“内正外负”的动作电位。

   霍奇金还认为，产生动作电位后，细胞膜仍然要恢复到原来的静息状态，这就需要将流入细胞内的 Na+重新转运到细胞外，由于Na+从质膜内运出质膜外是逆浓度梯度运输，需要消耗能量，因此需要钠泵来转运。他还进一步推测，逆浓度运输的钠泵是需要消耗ATP的，抑制ATP 的合成会抑制钠的逆浓度转运。

   丹麦生理学家斯科（Jens C.Skou）等人发现了细胞膜上存在钠—钾泵。钠—钾泵是一种钠—钾依赖ATP酶，能分解ATP释放能量，用于将膜外的K+运进细胞，将膜内的Na+运出细胞。细胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高，正是由钠钾泵维持的。1997年斯科获得诺贝尔化学奖。