生物机能学实验.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物机能学实验.精品文档.生物机能学实验主编：刘良国 李淑红湖南文理学院基础生物学实验中心实验1 计算机生物信号采集处理系统的认识及使用计算机是一种现代化、高科技的自动信息分析、处理设备。随着电子计算机技术在生物、医学领域的广泛应用，使原先不易进行的某些生物信息的检测，变得简易可行。利用计算机采集、处理生物信息，让计算机进入机能学实验室已成为必然趋势。计算机生物信号采集处理系统就是以计算机为核心，结合可扩展的软件技术，集成生物放大器与电刺激器，并且具备图形显示、数据存储、数据处理与分析等功能的电生理学实验设备。对生物信号采集系统的了解和熟练使用，是今后对完成生理学实验的数据和图形采集、储存和处理所必须具备的基本技能之一。 图11 Pclab生物医学信号采集处理系统一、实验目的1、熟悉计算机生物信号采集处理系统的基本原理及组成；2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用方法。二、实验内容1、 学习计算机生物信号采集处理系统的组成及原理；2、 计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用。三、实验原理 现代生物机能实验系统的基本原理是：首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大（有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察）、滤波（由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察）等处理，然后对处理的信号通过模数转换进行数字化并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传入的数字信号，然后对这些收到的信号进行实时处理，一方面进行生物机能波形的显示，另一方面进行生物机能信号的实时存贮，另外，它还可根据操作者的命令对数据进行指定的处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。对于存贮在计算机内部的实验数据，生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察和分析，还可以将重要的实验波形和分析数据进行打印。图12 Pclab系统工作原理模式图计算机生物信号采集处理系统由硬件和软件两大部分组成。硬件主要完成对各种生物电信号（如心电、肌电、脑电）与非生物电信号（如血压、张力、呼吸）的采集。并对采集到的信号进行调整、放大，进而对信号进行模/数（A/D）转换，使之进入计算机。软件主要用来对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、处理及打印输出，同时对系统各部分进行控制，与操作者进行对话。计算机生物信号采集处理系统在功能上基本可替代原来的刺激器、放大器、记录仪、示波器等。此外，引进模拟实验系统软件还可以演示简单重复的印证性实验，在动手前预习实验，甚至代替部分实验。微机生理系统已成为生理实验教学与研究的一个发展方向。1、 传感器和放大器生物所产生的信息，其形式多种多样，除生物电信号可直接检取外，其他形式的生物信号必须先转换成电信号，对微弱的电信号还需经过放大，才能作进一步的处理。生物信号采集处理系统中的刺激和放大器都是由计算机程控的，其工作原理和一般的刺激器、放大器完全一样。主要的区别在于一般仪器是机械触点式切换，而生物信号采集处理系统是电子模拟开关，由电压高低的变化控制，是程序化管理，提高了仪器的可靠性，延长了仪器的寿命。2、生物信号的采集计算机在采集生物信号时，通常按照一定的时间间隔对生物信号取样，并将其转换成数字信号后放入内存，这个进程称为采样。(1)/D转换器生物信号通常是一种连续的时间函数，必需转换为离散函数，再将这个离散的函数按照计算机的“标准尺度”数字化，以二进制表达，才能被计算机所接受。/转换设备能提供多路模/数转化和数/模转换。/转换需要一定时间，这个时间的长短决定着系统的最高采样速度。/转换的结果是以一定精度的数字量表示，精度愈高，（曲线的）幅度的连续性愈好。对一般的生物信号采样精度不应低于12位数字。转换速度和转换精度是衡量/转换器性能的重要指标。(2)采样与采样有关的参数包括通道选择、采样间隔、触发方式和采样长度等方面。通道选择一个实验往往要记录多路信号，如心电、心音、血压等。计算机对多路信号进行同步采样，是通过一个“多选一”的模拟开关完成的。在一个很短暂的时间内，计算机通过模拟开关对各路信号分别选通、采样。这样，尽管对各路信号的采样有先有后，但由于“时间差”极短暂，因此，仍可以认为对各路信号的采样是“同步”的。采样间隔原始信号是连续的，而采样是间断进行的。对某一路信号而言，两个相邻采样之间的时间间隔称为采样间隔。间隔愈短，单位时间内的采样次数愈多。采样间隔的选取与生理信号的频率也有关，采样速率过低，就会使信号的高频成分丢失。但采样速率过高会产生大量不必要的数据，给处理、存储带来麻烦。根据采样定律，采样频率应大于信号最高频率的2倍。实际应用时，常取信号最高频率的35倍来作为采样速率。采样方式采样通常有连续采样和触发采样两种方式。在记录自发生理信号（如心电、血压）时，采用连续采样的方式。而在记录诱发生理信号（如皮层诱发电位）时，常采用触发采样的方式。后者又根据触发信号的来源分为外触发和内触发。采样长度在触发采样方式中，启动采样后，采样持续的时间称为采样长度。它一般应略长于一次生理反应所持续的时间。这样既记录到了有用的波形，又不会采集太多无用的数据造成内存的浪费。3、生物信号的处理计算机生物信号采集处理系统因其强大的计算机功能，可起到滤波器的功能，而且性能远远超过模拟电路，恢复被噪音所淹没的重复性生理信号。人们可以测量信号的大小、数量、变化程度和变化规律，如波形的宽度、幅度、斜率和零交点数等参数。做进一步的分类统计、分析给出各频率分能量（如脑电、肌电及心率变异信号）在信号总能量中所占的比重，从而对信号源进行定位。对实验结果可以用计数或图形方式输出。对来自摄像机或扫描仪的图像信息经转换后，也可输入计算机进行分析。所以计算机生物信号采集处理系统，不仅具备了刺激器、放大器、示波器、记录仪和照相机等仪器的记录功能外，而且还兼有微分仪、积分仪、触发积分仪、频谱分析仪等信号分析器的信息处理功能。为节省存储空间，计算机可对其获得的数据按一定的算法进行压缩。4、动态模拟通过建立一定的数学模型，计算机可以仿真模拟一些生理过程，例如激素或药物在体内的分布过程、心脏的起搏过程、动作电位的产生过程等均可用计算机进行模拟。除过程模拟外，利用计算机动画技术还可在荧光屏上模拟心脏泵血、胃肠蠕动、尿液生成及兴奋的传导等生理过程。四、实验方法（以PclabUE为例介绍）Pclab-UE是集放大器、采集卡、刺激器为一体的外置式USB接口高性能的生物医学信号采集处理系统。1.生物医学信号放大器使用介绍硬件放大器分前后两个面板，前面板用来做常规，后面板主要用来连接线路，其中前面板的各部分功能如下：PCLAB-UE生物医学信号采集处理系统电源开关通道1通道2通道3通道4刺激输出5V10V100V电源开关用来打开或关闭硬件设备，注意在采样的过程当中不要关闭此电源。通道1、通道2、通道3、通道4分别是四个独立的放大器通道，其中通道3是专用的心电通道，不能进行其他的信号采集。刺激输出有两个插口，上方的是05V档输出和010V档输出，选择不同档刺激输出指示灯会随之变化。下方是0100V档输出，红色标记是提醒实验人员注意高压危险！后面板的各部分功能如下：北京微信斯达科技发展有限责任公司USB接口监听输出地线接口电源接口USB接口用来插接USB线的小方端口，USB线的另一端接入计算机的USB接口。监听输出口是与音箱的音频线相连，它是用来监听神经放电的声音。监听输出口旁边的口是与串口线连接，它是用来传输刺激命令的。地线接口用来接地线以减少外界环境对有效信号的干扰。电源接口用来接入电源线，要求使用交流市电220V，50Hz。若是前面板电源灯不亮，通常是保险管烧了。2. Pclab-UE应用软件窗口界面功能介绍Pclab-UE应用软件运行时窗口如下图：界面自上而下为：（1）标题栏：用于提示实验名称、文件存盘路径、文件名称及“最小化”、“还原”、“关闭”按钮。（2）菜单栏：用于按操作功能不同而分类选择的操作。包含如下主菜单名称：A、文件：包含所有文件操作，如打开、存盘、打印等；B、编辑：包含对信号图形的编辑功能，如复制、清除等；C、视图：包含对可视部分的控制及信号反相、锁定等；D、设置：对系统运行有关的设置功能进行选择；E、数据处理：对采集后的数据进行滤波处理、导入Excel、微分、积分等；F、帮助：包括帮助主题、版权信息与公司网址等。（3）工具栏：提供了最常用的快捷工具按钮，依次为：新建、打开、记录存盘、选择存盘、打印预览 、复制、取消、采样、记录、刺激、面板切换、测量、锁定。（4）实时计算工具栏：提供了实时计算数据的结果。（5）采样窗：四个采样窗分别对应放大器的四个物理通道，用于采样时的波形显示、数据处理、标记、测量等功能，是主要的显示区域。（6）状态栏：从左到右依次为命令提示区、状态提示区、标记或帧数提示区、采样时间、硬件状态提示区。（7）控制面板：位于整个界面的最右侧，是各通道的控制中心，针对当前通道进行不同的控制调节，如下图所示。（8）计算结果显示面板；浮于整个窗口的上方，用于对选定的波形进行计算分析并显示结果，如下图所示。3.一般生物医学信号采集的软件设置操作用Pclab-UE生物医学信号采集处理系统做好电生理实验的第一步就是在开始实验之前要做好信号采样的软件设置工作。这就相当于使用传统仪器开始实验前，要将仪器面板上的所有重要开关打开，所有重要按钮设定大体和传统仪器的位置一样。不过，使用Pclab-UE将会使您轻松自如，具体操作如下：第一步，执行“设置”菜单中的“采样条件”菜单项，打开采样条件设置窗口见下图：该窗口中有四个下拉列表框，分别用来设置显示方式、触发方式、采样频率、通道个数。（1）其中采样频率可以根据实验做出选择，通常是变化快的选择采样频率高一些（如：减压神经放电实验可以选择10KHz），变化慢的选采样择频率底一些（如：血压、呼吸、张力等实验可以选择1KHz）。（2）通道个数用来确定实验中使用通道的个数，选择1个通道，则是第一通道；选择2个通道，则是第一和第二通道；选择3个通道，则是第一、二和第三通道；选择4个通道，则是全部的通道。（3）显示方式：有记录仪方式和示波器方式两种，可根据实验的需求来选择显示方式。I、“记录仪”方式：用来记录变化较慢，频率较低的生物信号。如电生理实验中的血压、呼吸、张力、心电等。其扫描线的方向是从右向左，连续滚动，与传统仪器的二导记录仪相一致。它的采样频率从20Hz到50KHZ，11档可选。一般上述典型实验1KHz左右。此时无触发方式选择。、“示波器”方式：用来记录变化快，频率高的生物信号。如电生理实验中的神经干动作电位、AP传导速度、心室肌动作电位等。其扫描方向是从左向右，一屏一屏的记录，与传统的示波器相一致。它的采样频率从1KHz到200KHz。在200KHz采样频率只允许单窗口运行。（4）触发方式：有自动触发和刺激器触发，当使用记录仪方式显示时，此功能自动关闭（变成灰色）；若使用示波器方式，还可以进一步选择是自动触发还是刺激器触发，如果是刺激器触发则 的启停由按钮来控制。第二步，为每个通道在控制面板的通道功能列表框中选择对应的实验类别，同时确定要计算的内容。如图：第三步，适当调节输入范围，时间常数，低通滤波，陷波，纵向放缩，时间单位等参数。（1）“输入范围”（也称“放大倍数”或“增益”），它是对输入进去的生物信号进行放大。如下图：（即50倍50000倍）（2）“时间常数”它有两重功能：一是用来控制交直流（即控制电信号与非电信号），非电信号（如：血压、呼吸、张力等）时它是处于“直流”状态；二是在做电信号实验时它相当于高通滤波。如下图:高通滤波是指高于某种频率的波形可以通过，时间与频率是倒数关系（3）“低通滤波”是指低于某种频率的波形可以通过，适合于滤除含有某种固定频率的周期性干扰信号。（4）“50Hz陷波”,是指当采样曲线中有干扰出现时,并且这种干扰有一定频率的周期性。（5）“纵向放缩”是指对当前通道的波形进行纵向拉伸、压缩。其与“时间常数”是有区别的，它是对采样后的波形进行人为的放大、压缩，对生物信号本身没有真正的放大。（6）“时间单位”是指对当前通道的波形进行横向拉伸、压缩，同时也对当前走纸通道速度进行调节。第四步，如果使用直流状态，即使用传感器进行非电信号实验时，要对通道进行调零，执行“设置”菜单中的“当前通道调零”菜单项进行自动调零如图：（若是偏离太大，则先调传感器的电位器）第五步，对非电信号如血压、张力等可以进行定标，执行“设置”菜单中的“当前通道定标”菜单项进行定标。第六步，单击工具栏上的按钮开始采样，在采样的过程中可以实时调整输入范围、低通滤波、纵向放缩等各项指标以使波形达到最好的效果，再次单击此按钮则可停止采样。4. 刺激器的设置与调整为了方便电生理实验，Pclab-UE系统内置设有一个由软件程控的刺激器，该刺激器所提供的功能与性能指标完全能够满足实验的要求，且工作稳定、可靠。恒压源设计，刺激输出电压不会因刺激对象阻抗变化而变化，共分为0-5V；0-10V； 0 -100V三档，其中每一档的输出电压的步长都不相同。共有七种不同的刺激方式，分别为单刺激、串刺激、周期刺激、自动幅度、自动间隔、自动波宽、自动频率。不同的实验选择不同刺激方式和刺激幅度会令实验效果十分理想。为了正确使用刺激器可进行如下设置：第一步：打开刺激器设置面板，可以通过“设置”菜单下的“刺激器设置”菜单项来实现，也可以通过工具栏上的按钮在控制面板和刺激面板间进行切换，此时刺激面板就会代替放大器控制面板以方便您进行刺激器的参数设置。刺激面板如图：第二步：选择适当的刺激模式，调整相应的波宽、幅度、周期、延时、间隔等参数，然后单击工具栏上的“刺激”按钮即可发出所要刺激。第三步：刺激标记想要显示在哪个通道上，就在相对应的通道上打钩，这样在当前通道上就可以显示相应的刺激幅度、波宽与标记。5.实验结果的存盘及打印输出（1）为了保证实验数据的完整保存，Pclab-UE系统提供了强大的数据保存机制，并且采用了标准的文件存盘方式。根据用户要保存的目的不同，本系统对数据的保存分三种，一种是整个实验过程中的全部数据的保存；另一种是通过记录保存；还有一种是对做完实验后的选择保存。下面分别予以介绍。I、全部数据保存是指从开始波形采样就对整个实验过程中所采集的全部波形数据的保存，其目的是在实验结束后可再现实验过程。这个保存机制和微软的Word、Excel相一致。一是通过停止采样后“文件”菜单中的“所有实验数据保存”菜单项来实现的；二是在“新建实验”或关闭Pclab-UE界面时系统用户只需要输入一个文件名即可，文件将被自动存放在本系统安装后的UserData文件夹中以便用户集中管理。II、记录保存是针对实验过程中出现的稳定而平滑的波形进行保存的，它可以保存一段时间内的较好的波形，其操作方法是当出现较好的或用户认为需要记录的波形后按下工具栏上的“记录”按钮，从此刻开始的波形将会被记录起来，直到用户再次单击此按钮停止记录为止。在采样的过程当中用户可以多次通过此按钮来记录数据，当停止采样后，用户可通过工具栏上的“存盘”按钮或“文件”菜单中的“实验记录保存”菜单项来保存所记录下来的文件，用户只需要输入文件名即可，文件将被自动存放在本系统安装后的UserData文件夹中以便用户集中管理。III、选择保存是对做完实验后未及时通过记录保存，采取事后保存的一种方式。它是对采样后的波形进行涂黑，然后按工具栏的“选存”按扭就会弹出一个对话框让您输入文件名。接下去再涂黑按“选存”就不会出现对话框，因为它是将后面涂黑的波形与前面涂黑的波形保存在同一个文件名下。通过以上三种方式，可以放心地保存实验所采样的数据，若是Pclab-UE软件下载了保存在UserData文件夹的数据也不会丢失。（2）对于采样波形的打印输出，可以先通过工具栏上的“预览”按钮或“文件”菜单中的“打印预览”菜单项来进行波形的预览，然后通过“文件”菜单中的“打印”菜单项直接打印输出。（也可以通过打印预览中的“打印”直接进行打印输出）五、作业与思考（一）简述计算机生物信号采集处理系统的组成及基本原理。（二）试述计算机生物信号采集处理系统的基本操作流程。实验2 神经肌肉标本的制备及刺激 神经诱发肌肉收缩现象观察一、实验目的1、学习蛙类动物双毁髓的实验方法；2、熟悉并掌握蟾蜍或蛙坐骨神经腓肠肌标本制备的原则和方法；3、学习神经肌肉实验的电刺激方法，观察刺激强度与组织反应（肌肉收缩）间的关系；4、观察刺激频率和肌肉收缩形式之间的关系。二、实验内容1、蟾蜍（或蛙）坐骨神经腓肠肌肌肉标本的制备；2、 刺激强度对骨骼肌收缩的影响；3、 刺激频率对骨骼肌收缩的影响。三、实验原理制备实验标本是生理实验的一项基本操作。目的是保证实验过程不受标本以外组织的活动影响，简化了实验条件，有利于对实验现象的分析。对标本最基本的要求是保持标本的正常功能。所以，制作标本就成为在进行分析性生理学实验研究中经常使用的方法。蟾蜍或蛙等两栖类动物的一些基本生命活动及生理功能与温血动物近似，但其离体组织所需的条件较简单，易于控制和掌握。在任氏液的浸润下，神经肌肉标本可进行较长时间的实验观察；此外，蟾蜍或蛙坐骨神经腓肠肌标本结构简单，一个肌肉细胞只接受一条神经纤维支配，其间靠神经递质联系的机制也很简单，肌肉细胞体积也很大，可以插入多个电极记录。因此，在生理学实验中，常用蟾蜍或蛙坐骨神经腓肠肌标本来观察研究神经肌肉的兴奋性、刺激与反应的规律以及骨骼肌的收缩特点等。一个有效的刺激作用于神经肌肉标本的神经引起肌肉的收缩是一个及其复杂的生命过程。在神经肌肉标本中经历了兴奋在神经纤维上的产生、传导，兴奋在神经肌肉接头处的传递，肌纤维的兴奋产生、传导、兴奋收缩偶联及肌丝相对滑行等一系列生理过程。这些活动过程关系如何，过去是很难展现和理解的，现在有了计算机生物信号采集系统，不仅使我们能很好地观察它们的过程，而且还可以进一步研究不同条件下它们的变化规律。活的神经肌肉组织具有兴奋性，能接受刺激发生兴奋反应。但刺激要引起组织兴奋，其强度和作用时间都必须达到一定的阈值（即强度阈值和时间阈值）。兴奋性不同的组织其阈值大小亦不相同，兴奋性高的阈值低，因此，阈值常作为衡量组织兴奋性大小的客观指标。不同种类的组织兴奋性大小不相同，同一种组织的不同单位其兴奋性也不同，例如腓肠肌是由许多肌纤维组成的，各肌纤维的兴奋性大小并不相同。因此，用持续时间一定的单个刺激直接刺激腓肠肌时，如刺激强度太弱，不能引起肌肉收缩，只有当强度达到一定的数值时，才能引起肌肉发生最微弱的收缩，此时只是少数兴奋性最高的肌纤维产生了收缩。这种刚能引起最小反应的最小刺激强度称阈强度，而刚达到阈强度的刺激叫做阈刺激，这时引起的肌肉收缩称阈收缩。以后随着刺激强度的增加，越来越多的肌纤维被兴奋，肌肉收缩也相应地逐步增大（阈强度以上的刺激称为阈上刺激）；当刺激强度增大到某一个强度时，整块骨骼肌中所有的肌纤维均产生了兴奋，肌肉出现最大的收缩反应；此时，如再继续增大刺激强度，肌肉的收缩却不再增大。这种能使肌肉发生最大收缩反应的最小刺激强度称为最适强度。具有这种强度的刺激称为最大刺激，最大刺激引起的肌肉收缩称最大收缩。可见，在一定范围内，骨骼肌收缩的大小决定于刺激强度，这是刺激与组织反应之间的一个普遍规律。用相继两个最大电刺激作用于肌肉，当刺激间隔大于肌肉单收缩的时间，可出现两次波形完全分开的单收缩。当缩短刺激间隔时间使第二次刺激落在前一次收缩的舒张期，就会使两次收缩总和起来，称为不完全复合收缩；当第二次刺激落在前一次收缩的缩短期，则只形成一个波，看不到第一次收缩的舒张期，称为完全复合收缩，复合收缩的幅度比单收缩大。用一串最大电刺激作用于肌肉，频率很低时（刺激间隔大于单收缩的时间），出现一连串单收缩。增大刺激频率，使后一刺激落在前一收缩的舒张期，肌肉收缩出现总和，此时记录到锯齿状曲线称为不完全强直收缩。再增大频率，使后一刺激落在前一收缩的缩短期，此时肌肉处于完全收缩的状态，不出现单收缩的痕迹，即完全强直收缩，其收缩幅值大于单收缩。在一定范围内，收缩幅值随刺激频率增加而增加。正常机体自然状态下的肌肉收缩，几乎都是强直收缩形式。四、实验材料蟾蜍或蛙五、实验用品常用蛙类手术器械（手术剪、手术镊、手术刀、金冠剪、眼科剪、眼科镊、毁髓针、玻璃解剖针）、蜡盘、蛙板、固定针、锌铜弓、培养皿、滴管、吸水纸、粗棉线、任氏液；坐骨神经腓肠肌标本屏蔽盒（可将蛙肌槽改装，加以屏蔽）、张力传感器、铁支架、双凹夹，计算机生物信号采集处理系统。六、实验方法（一）蟾蜍（或蛙）坐骨神经腓肠肌肌肉标本的制备1、双毁髓法捣毁蟾蜍（或蛙）的脑和脊髓。 取蟾蜍1只，用自来水冲洗干净。将蟾蜍俯卧于手掌中，用中指和无名指夹住两个前肢，小指压住两后肢，拇指自然放在脊柱上，食指放在双眼后方头上，向下压使头部与脊柱呈一角度，充分暴露枕骨大孔。同时，食指可以防止蟾酥喷射到实验者的身上。以双眼之间长度为边长，向尾部组成一个等边三角形，其顶点所在位置即枕骨大孔位置（图21）。 图21 破坏蟾蜍脑脊髓（自解景田）用毁髓针自枕骨大孔垂直刺透皮肤，然后向上刺入颅腔，左右搅动捣毁脑组织。此时蟾蜍四肢僵直。将毁髓针退出颅腔，旋转向后刺入椎管，捣毁脊髓。蟾蜍下肢肌肉松软，表明脊髓损毁完全。2、制备后肢标本。用中式剪刀自胸髓下部剪断脊髓。手持蟾蜍下肢，腹部向下，使断端斜向上方，头端下垂。用手术剪沿脊柱两侧剪断腹部软组织，直至耻骨联合。然后剪除内脏和上身，保留下肢。自脊柱断端开始，剥离下肢皮肤（图22）。图22 蛙后肢肌（自解景田）注意不能用金属器械触碰神经干，不要损伤和污染坐骨神经和肌肉组织，将剥掉皮肤的下肢标本放入盛有任氏液的培养皿中，以维持其兴奋性。洗净用过的所有器具、实验台和操作者的手。用中式剪刀沿脊柱正中线剪开，做成两个下肢标本，小心不要剪断神经。3、制备坐骨神经腓肠肌标本。取一个下肢标本仰卧于蛙板上放置的玻璃板上，腓肠肌不可接触粗糙的蛙板。滴加少许任氏液于标本上。在以后操作过程中，不时滴加任氏液，防止标本干燥受损。用大头针固定脊柱和后肢末端，此时清楚可见白色粗大的坐骨神经自脊柱侧面发出。用玻璃分针划开神经表面的筋膜，游离出坐骨神经干。在坐骨神经穿出脊椎处截一小段椎骨，用镊子夹住，轻轻提起神经，用眼科剪靠近神经干剪断神经分支，直到腹股沟处。 翻转标本，用玻璃分针在股二头肌和半膜肌之间分离出深部的坐骨神经。用镊子提起尾骨干，向上剪断，露出坐骨神经。提起神经，向下分离，剪断分支，一直游离至膝关节处为止。然后，分离腓肠肌肌腱，穿线结扎牢固。于结扎线远端剪断肌腱，游离出腓肠肌至膝关节处。把游离的坐骨神经搭在腓肠肌上，从膝关节周围开始剪掉大腿所有的肌肉，用粗剪刀将股骨刮干净，然后在股骨中部剪去上端股骨（留下1.5cm长的股骨），沿膝关节剪去小腿（注意保留完整的腓肠肌）。这样制得一个具有附着在股骨上的腓肠肌并带有支配腓肠肌的坐骨神经膝关节腓肠肌标本（图23）。将其放入装有任氏液的培养皿中备用。4、标本检测用锌铜弓迅速接触神经干，如腓肠肌发生明显而灵敏的收缩，则表示标本的兴奋性良好，即可将标本放在盛有任氏液的培养皿中，以备实验之用。图23 分离坐骨神经（A）和坐骨神经腓肠肌标本（B）（自解景田）（二）、刺激神经诱发肌肉收缩现象观察1、坐骨神经腓肠肌标本与仪器的连接将标本的股骨固定在标本盒的股骨固定孔内。腓肠肌跟腱结扎线固定在张力换能器的弹簧片上，使连线在一垂直线上。坐骨神经干置于刺激电极的电极上，接触良好。生物信号采集处理系统的第一通道与换能器连接。系统的刺激输出与标本盒上的刺激电极相连。调节机械换能器高低，使肌肉的长度约为原长度的1.2倍，稳定后开始实验。2、观察刺激强度对骨骼肌收缩的影响按常规进入计算机生物信号采集处理系统的工作界面，按以下提示操作：选择：通道功能-张力；输入范围-50Hz；时间常数-直流；低通滤波-10Hz；50Hz陷波-打开。切换到刺激面板后选择：刺激方式-单刺激；幅度范围-05V；幅度大小-0.021.5V；波宽-0.1ms。推荐刺激参数见下表： 刺激波宽 刺激时间间隔 起始刺激强度 刺激强度增量 0.1ms 2s 0.00mV 20mV刺激强度从小到大，采集2030个实验数据，存盘。然后依次找出肌肉出现第一次最小收缩反应的刺激强度（阈刺激）、阈上刺激（阈刺激至最大刺激之间，此时肌肉的的收缩力量随刺激强度的加大而增强）和最大刺激（此时肌肉的收缩力量不再因刺激强度的加大而增强）。3、观察刺激频率对骨骼肌收缩的影响用一个阈上刺激刺激坐骨神经，刺激频率不断增加，观察肌肉的单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩。七、作业与思考（一）、总结神经肌肉标本制备过程中，哪些操作是关键步骤？（二）试说明神经兴奋、肌肉兴奋和肌肉收缩的时序关系。（三）引起肌肉收缩变化的因素有哪些？（四）强直收缩有何生理意义？肌肉发生强直收缩时，动作电位是否发生融合？实验3 生物信号的采集与分析（公选实验）一、实验目的1、了解计算机生物信号采集处理系统的基本原理、组成与基本操作；2、学习生物信号的采集方法及对采集生物信号的初步分析。二、实验原理计算机生物信号采集处理系统由硬件和软件两大部分组成。硬件主要完成对各种生物电信号（如心电、肌电、脑电）与非生物电信号（如血压、张力、呼吸）的采集。并对采集到的信号进行调整、放大，进而对信号进行模/数（A/D）转换，使之进入计算机。软件主要用来对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、处理及打印输出，同时对系统各部分进行控制，与操作者进行对话。以蛙的坐骨神经腓肠肌肌肉标本为例，进行生物信号的采集，不同的刺激强度和刺激频率将对骨骼肌的收缩产生不同的影响：用持续时间一定的单个刺激直接刺激腓肠肌时，如刺激强度太弱，不能引起肌肉收缩，只有当强度达到一定的数值时，才能引起肌肉发生最微弱的收缩，此时只是少数兴奋性最高的肌纤维产生了收缩。这种刚能引起最小反应的最小刺激强度称阈强度，而刚达到阈强度的刺激叫做阈刺激，这时引起的肌肉收缩称阈收缩。以后随着刺激强度的增加，越来越多的肌纤维被兴奋，肌肉收缩也相应地逐步增大（阈强度以上的刺激称为阈上刺激）；当刺激强度增大到某一个强度时，整块骨骼肌中所有的肌纤维均产生了兴奋，肌肉出现最大的收缩反应；此时，如再继续增大刺激强度，肌肉的收缩却不再增大。这种能使肌肉发生最大收缩反应的最小刺激强度称为最适强度。具有这种强度的刺激称为最大刺激，最大刺激引起的肌肉收缩称最大收缩。可见，在一定范围内，骨骼肌收缩的大小决定于刺激强度，这是刺激与组织反应之间的一个普遍规律。用相继两个最大电刺激作用于肌肉，当刺激间隔大于肌肉单收缩的时间，可出现两次波形完全分开的单收缩。当缩短刺激间隔时间使第二次刺激落在前一次收缩的舒张期，就会使两次收缩总和起来，称为不完全复合收缩；当第二次刺激落在前一次收缩的缩短期，则只形成一个波，看不到第一次收缩的舒张期，称为完全复合收缩，复合收缩的幅度比单收缩大。用一串最大电刺激作用于肌肉，频率很低时（刺激间隔大于单收缩的时间），出现一连串单收缩。增大刺激频率，使后一刺激落在前一收缩的舒张期，肌肉收缩出现总和，此时记录到锯齿状曲线称为不完全强直收缩。再增大频率，使后一刺激落在前一收缩的缩短期，此时肌肉处于完全收缩的状态，不出现单收缩的痕迹，即完全强直收缩，其收缩幅值大于单收缩。在一定范围内，收缩幅值随刺激频率增加而增加。正常机体自然状态下的肌肉收缩，几乎都是强直收缩形式。三、实验内容1、计算机生物信号采集处理系统的认识及使用2、蛙坐骨神经腓肠肌肌肉标本的制备3、生物信号的采集四、实验材料及用具蛙、常用蛙类手术器械（手术剪、手术镊、毁髓针、玻璃解剖针）、蜡盘、蛙板、固定针、锌铜弓、培养皿、滴管、纱棉、粗棉线、任氏液、坐骨神经腓肠肌标本屏蔽盒、铁支架、张力传感器、计算机生物信号采集处理系统(Pclab-UE)。五、方法与步骤1、 计算机生物信号采集处理系统的认识与使用2、 蛙的坐骨神经腓肠肌肌肉标本的制备3、 骨神经腓肠肌标本与仪器的连接4、 刺激神经诱发肌肉收缩现象观察（1） 刺激强度对骨骼肌收缩的影响选择单刺激，起始刺激强度为0V ，刺激强度依次增加。观察刺激强度对骨骼肌收缩的影响。（2） 刺激频率对骨骼肌收缩的影响 选择串刺激，固定阈上刺激的强度（1.4V），改变刺激频率（112HZ），观察肌肉的单收缩、不完全强直收缩和完全强直收缩。六、结果与分析提示：根据实验波形结果，分析刺激强度和刺激频率的改变将对骨骼肌的收缩会产生什么影响，为什么？实验4 血液生理一、实验目的1、 了解血液的组成，区别血浆、血清、血细胞及纤维蛋白；2、 学习测定红细胞渗透脆性的方法，了解细胞外液渗透张力对维持细胞正常形态与功能的重要性。3、以血液凝固时间作为指标，了解对血液凝固影响的因素，加深对生理止血过程的理解；4、观察红细胞凝集现象，学习人的ABO血型鉴定方法，掌握血型鉴定原理。二、实验内容1、 血液组成的观察；2、 红细胞脆性的测定；3、 观察并分析影响血液凝固的因素；4、 ABO血型鉴定5、 交叉配血实验。三、实验原理血液是一种广义的结缔组织，它是由液态的血浆和悬浮于其中的血细胞所组成。抗凝情况下离心，由于血细胞比重略大于血浆，将出现分层，上部为血浆。下部压紧的血细胞占全血的体积比称为红细胞压积（packedcellvolum,简称PCV），又叫比容。若不加抗凝剂，血液凝固会析出血清。正常红细胞系混悬于等渗的血浆中，若置于高渗溶液内，则红细胞会失水皱缩；反之，置于不同浓度的低渗溶液中则会膨胀，乃至破裂，释放血红蛋白，发生溶血。红细胞膜对低渗溶液具有一定的抵抗力，这一特征称为红细胞的渗透脆性。红细胞对低渗溶液的抵抗力越大，红细胞在低渗溶液中越不容易发生溶血，即红细胞渗透脆性越小。将血液滴入不同的低渗溶液中，可检查红细胞膜对于低渗溶液抵抗力的大小。开始出现溶血现象的低渗溶液浓度为该血液红细胞的最小抵抗力；开始出现完全溶血时的低渗溶液浓度，则为该血液红细胞的最大抵抗力。生理学上将与血浆渗透压相等的溶液称为等渗溶液；而将能维持红细胞正常形态、大小和悬浮于其中的溶液称为等张溶液。等渗溶液不一定是等张溶液（如1.99的尿素溶液），但等张溶液一定是等渗溶液。血液凝固是一个酶的有限水解激活过程，在此过程中有多种凝血因子参与。根据凝血过程启动时激活因子来源不同，可将血液凝固分为内源性激活途径和外源性激活途径。内源性激活途径是指参与血液凝固的所有凝血因子都在血浆中。外源性激活途径是指受损的组织中的组织因子进入血管后，与血管内的凝血因子共同作用而启动的激活过程。ABO血型是根据红细胞表面存在的凝集原决定的。存在A凝集原的称为A型血，存在B凝集原的称为B型血。而血清中还存在凝集素，当A凝集原与抗A凝集素相遇或B凝集原与抗B凝集素相遇时，会发生红细胞凝集反应。一般A型标准血清中含有抗B凝集素，B型标准血清中含有抗A凝集素，因此可以用标准血清中的凝集素与被测者红细胞反应，以确定其血型。同种动物不同个体的红细胞凝集称为同族血细胞凝集作用。不同动物的血液互相混合有时也可产生红细胞凝集，称为异族血细胞凝集作用。由于对动物的天然血型抗体了解不多，而且免疫效价也很低，所以同种动物第一次输血，一般不会引起严重后果。但第二次输血就必须进行交叉配血实验，才能决定是否能相互输血。四、实验材料家兔和人。五、实验用品注射器、温（Wintrobe）氏比容管、吸管、离心机、肝素（8U.mL-1）；试管架、小试管10支、2mL吸管2支、1%NaCl、蒸馏水、滴管；25氨基甲酸乙酯溶液、2%草酸钾溶液、生理盐水、液状石蜡、肺组织浸液（取兔肺剪碎，洗净血液，浸泡于34倍量的生理盐水中过夜，过滤收集的滤液即成肺组织浸液，存冰箱中备用）、兔手术台、常用手术器械、动脉夹、动脉插管（或细塑料导管）、试管8支、小烧杯2个、竹签1束、秒表；双凹玻片(或载玻片)、一次性刺血针、玻璃棒、玻璃蜡笔（记号笔）、尖头滴管、酒精棉球、标准血清、显微镜。六、实验方法（一）、血液的组成1、采兔心血，混抗凝剂后用注射器徐徐注入温氏管，定容至刻度“0”,3000r/min离心30min。取出，读取血细胞柱刻度；再次离心5min,若刻度不变，即为血细胞压积值。2、观察比容管中血液，上层为血浆，下层为红细胞，中间一白色薄层为白细胞和血小板。3、取新鲜血置试管中，静置片刻。可见浑浊的血变为一条血凝块，周围有清亮的血清析出。为加速此过程，可先离心几分钟或略加温。4、取新鲜血置小烧杯中，立即用小竹刷搅动。取出竹刷，用自来水冲洗，可见上面缠绕的白色有韧性的纤维蛋白。去纤维蛋白血不再凝固。（二）、红细胞渗透脆性实验1、 将试管编号后排列在试管架上，按下表向各试管准确加入1%NaCl溶液和蒸馏水，混匀。 表41 试管加样顺序管 号123456789101%NaCl(mL)1.41.31.21.11.00.90.80.70.60.5蒸馏水(mL)0.60.70.80.91.01.11.21.31.41.5NaCl浓度(%)0.700.650.600.550.500.450.400.350.300.252、 采取新鲜血液(或去纤维蛋白血)，在上列试管中各加1滴，双手搓动，混匀。3、 室温下静置2小时，使细胞下沉(必要时可取一组离心沉淀，20003000r/min，35min)4、 结果判定：上层清液无色，试管下层为浑浊红色，表明没有溶血；上层清液呈淡红色，试管下层仍为浑浊红色为“不完全溶血”；管内液体完全变成透明的红色，管底无细胞沉积为“完全溶血”。呈现不完全溶血的最高NaCl浓度为“最小抵抗”，呈现完全溶血的最高NaCl浓度为“最大抵抗”。另，可将血液加到高渗液(1.0%NaCl)中，置显微镜下观察红细胞形态变化。实验中取血、滴血、混匀时避免用力震荡，以免引起非渗透脆性溶血。（三）、影响血液凝固的因素1、 静脉注射