文档介绍：第二章生理学实验常用仪器、设备及器械
概述
生理学实验常用的仪器设备很多,包括了记纹鼓、电子放大器、示波器、多导记录仪等常用的经典的仪器设备与目前越来越为人们广泛使用的先进的计算机化生物信号采集与处理系统。
这些仪器一般由如下四大部分组成(如图2-1):
图2-1 常用生理实验仪器的基本组成部分和连接示意图
(1)刺激部分常用的刺激装置为电子刺激器和感应电刺激器。能给动物某个部位如神经或组织细胞以刺激,通过调节仪器不同旋钮或命令可调节刺激强度及刺激维持时间,再通过记录(显示)部分观察与记录组织、器官功能的变化。
(3)引导转换部分电极,换能器(张力换能器,压力换能器等)。将信号从原始生理现象如机械收缩、压力和声音等变换为生物电信号。
(2) 采集、放大部分把微弱的生物电信号加以放大并采集。最原始的经典实验仪器是各式各样的杠杆和记纹鼓,现在通常使用的信号调节记录系统是示波器、记录仪或功能更多的计算机化生物信号采集与处理系统。
(4)记录(显示)部分用纸带记录仪记录或显示屏显示信号。通过调节相关旋钮(或软件)来调节记录走纸(或扫描)速度和显示扫描的时间(信号的X轴)。这类系统包括示波器、附示波器照相机、多导生理记录仪、X-Y记录仪、磁带记录仪、计算机系统等。
电刺激系统
电刺激是生理学实验中最常使用的人工刺激。因其强度、频率、时程和变化形式等刺激参数均易于精确控制,只要掌握适当,不易造成组织的损伤。对于神经纤维和肌肉组织来说,电刺激也是最接近于体内的自然刺激。在生理实验中,通常将能够产生刺激引起组织兴奋且可控制的电刺激仪器称电刺激器。将刺激器产生的电流(或电压)引导到组织的器具,称刺激电极。
一、电刺激
电刺激是由流入可兴奋组织的一个或多个电流脉冲所组成的。进行电刺激时首先要考虑所用的电刺激的各项参数。采用不同的参数刺激同一组织结构,可出现不同的、甚至相反的反应。
(一)、刺激电流的波形
大致有三种,即正弦波(Sine wave)、方波(Spuare Wave)、不对称的波形(如感应电波)。其中最常用的是方波,电流的上升时间是几微秒到几十微秒,持续时间从几十微秒到几秒。常采用方波刺激的原因不仅是由于波形简单,易于产生和严格控制,而且计算刺激量也比较容易,陡峭的前沿刺激电流也比较有效。
但是如果采用单向方波刺激时波宽太大(超过1ms)或采用直流电刺激作用时间太长,均可引起很大的损毁效应。为了尽量减少刺激电流引起的热和电解作用对生物体的影响,在保持刺激有效的前提下,必须尽可能地缩短时间;而且要采用双向方波刺激。后者特点在于:在正方波时离子向一个方向运动,紧接而来的负方波使离子向相反方向运动,这样可极大地减少电解作用。有人认为,一般开始采用电刺激法时,以波宽1ms、电压10V左右,双向方波,每秒钟100次(50对)为好。,电压常加大到50V为止90~50V)。
(二) 刺激电流的强度
可用电压(电位差)或电流强度来表示。电流强度一般在几微安到几十毫安,工作中电压可在200V以内,在某些特殊情况下可超出这个范围。电刺激之所以能引起组织兴奋,是由于他可使细胞膜静息电位降低到阈电位,若用的电流太低则不能引起兴奋,电流过大,则对引起兴奋来说,不再起什么更大的作用,反而可引起组织内电解和发热效应,使细胞受到破坏。因而在进行电刺激时,要控制电压强度或刺激电流密度(Density of stimulating current )。一般电流与电压强度是平行增减的。但实验证实,经多次刺激之后,电压的变化不大,而电流则随电极尖部的极化作用而降低。
(三) 刺激电流脉冲的重复频率
一般不大于每秒1,000次。当刺激太频时,有一部分刺激会落在组织的不应期而无效。刺激中枢神经系统所需的频率到底以多少为好?这要看那个结构要求有哪种反应。例如用电刺激狗脑的额叶眶回,当频率为6次/秒时呼吸变慢;30次/秒时呼吸停止;60次/秒时呼吸加深加快;180次/秒时无反应。实际工作中以60~100次/秒为好。
(四)重复刺激时间和各串刺激相隔时间
当一串刺激停止之后,在一些脑组织结构中的后效应可延续几ms到几秒之久。经较长时间连续刺激后,被刺激的部位可能出现增益作用。但有时亦可引起效应减弱(称之为“疲劳”)。对于引起机体活动的中枢神经结构,每串刺激时间可用10~20秒。超过这一限度常可致“疲劳”。
为了避免一串刺激对下次刺激的影响,在安排刺激程序中,各串刺激彼此相隔的时间,必须加以考虑。应容许中枢兴奋状态和中枢抑制状态消失后,可再给予刺激。这个条件在对效果进行叠加处理时更为重要。例如刺激皮层运动区而观察肢体运动时,各串刺激间的间隔至少要1min。刺激来自4区及6区的下传系统则每串刺激常需间隔30~40分