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肌肉測試中恒電流與恒電壓刺激的選擇

時間:2023/7/24閱讀:911
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對于Aurora Scientific系統(tǒng)的新手用戶來說,經(jīng)常會出現(xiàn)的主要問題之一是針對特定實(shí)驗(yàn)類型該使用何種刺激設(shè)置。顯然,這會因不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩兴煌?,但始終推薦使用恒定電流(安培數(shù))的設(shè)置。這樣的建議是出于多方面考慮的原因,為了理解為什么恒定電流優(yōu)于恒定電壓,應(yīng)該先認(rèn)識收縮刺激實(shí)驗(yàn)背后的機(jī)制。


對于哺乳動物的橫紋肌來說,收縮是從中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)發(fā)出的信號開始的。然后,該信號通過周圍神經(jīng)系統(tǒng)(PNS)的分支傳播,最終終止于神經(jīng)肌肉接頭(NMJ)。每個分支或運(yùn)動神經(jīng)控制一組稱為運(yùn)動單位的肌纖維。NMJ的纖維和神經(jīng)本身之間有一個很小的間隔,稱為突觸。肌纖維的肌膜具有電位電壓,因?yàn)槟蓚?cè)的離子之間自然存在梯度。一旦收縮信號到達(dá)突觸,乙酰膽堿就會被釋放并繼續(xù)與肌纖維運(yùn)動終板上的受體結(jié)合。這會引起肌纖維肌膜去極化,并短暫翻轉(zhuǎn)膜的電位,導(dǎo)致鈣離子流入細(xì)胞。鈣的流入驅(qū)動肌絲蛋白的收縮過程。


自18世紀(jì)伽伐尼(Galvani)時代以來,人們就開始研究生物電,并且對體外收縮實(shí)驗(yàn)期間的電場進(jìn)行了近一個世紀(jì)的研究。從那時起,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最常見方法是用一對電極創(chuàng)建脈沖電場跨越肌肉的長軸。這可以通過在兩個電極之間施加恒定電勢(電壓)或恒定電流(安培數(shù))來實(shí)現(xiàn)。由于電流的流動在溶液中產(chǎn)生電場,因此我們建議在這種情況下使用恒定電流。


電學(xué)最基本的物理原理之一是歐姆定律(V = I · R),這也是建議使用恒定電流進(jìn)行體外收縮實(shí)驗(yàn)的核心原因。由于實(shí)驗(yàn)本身的許多要素(溶液配方、電極的幾何形狀和間距、浴槽的尺寸等)都會影響電阻和電流,因此電場的大小也會受到影響。使肌肉的所有運(yùn)動單位去極化所需的場的大小將取決于肌肉的大小和類型,因此在所有情況下都必須憑經(jīng)驗(yàn)找到所需的電流。


通常,該電流的大小約為數(shù)百毫安(mA)。盡管許多裝置將具有足夠的功率/電流容量來產(chǎn)生這樣的場(即使它們只是恒定電壓),但存在它們在最大電壓之前飽和的風(fēng)險(由于解決方案的阻抗相對較高)。因此,存在一個非?,F(xiàn)實(shí)的問題,即收縮強(qiáng)度看似最大,而實(shí)際上刺激器本身已經(jīng)飽和,并且并非所有運(yùn)動單位都已激活。而恒流刺激器不存在這種風(fēng)險。


在進(jìn)行體內(nèi)或原位收縮測量時,恒定電流刺激也非常有用。通常直接刺激神經(jīng)而不是肌肉。由于不需要電場,只需要對神經(jīng)膜進(jìn)行去極化,因此使用的電流遠(yuǎn)低于體外(<10 mA)。然而,控制精確電流量的能力是必要的,因?yàn)檫^多的電流可能會使周圍的肌肉去極化,從而導(dǎo)致運(yùn)動偽影或拮抗肌的共同收縮。如果不小心,這些干擾因素會極大地影響測量收縮力的可信度。


701C是一款高功率雙相刺激器,旨在滿足肌肉研究的特定需求,且無論溶液成分、電極尺寸或電極間距如何。該裝置可以產(chǎn)生正、負(fù)脈沖,以及交替雙相極性的脈沖。計算機(jī)或外部設(shè)備產(chǎn)生的脈沖模式也可用于控制刺激器輸出,從而無需多設(shè)備同步。刺激器可以在恒流或恒壓模式下運(yùn)行:在恒壓模式下進(jìn)行場刺激時,電流取決于浴中鹽的濃度。隨著濃度的變化,刺激電流也會變化。然而,在恒定電流刺激模式下,無論浴液成分如何變化,刺激都保持恒定。

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