备课素材：肌肉生物电的发现2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

肌肉生物电的发现 先看一道试题： 回答下列神经生理实验的相关问题。 （1）1842年，马泰乌奇将一条蛙神经肌肉标本A的坐骨神经搭在另一条蛙神经肌肉标本B的腓肠肌上，当支配腓肠肌B的坐骨神经受到刺激引起肌肉B收缩时，没有直接受到刺激的腓肠肌A          。这是因为                       。 （2）设计实验思路，利用蛙的坐骨神经腓肠肌标本测定神经冲动在神经上的传导速度。 实验材料：蛙的坐骨神经腓肠肌标本（在实验期间保持活性）；秒表；电极。 ①获得并固定蛙的坐骨神经腓肠肌标本； ②                    ； ③                    ； ④                    ； ⑤                    。 （3）以枪乌贼的粗大神经纤维作材料，如图2所示，在神经纤维的表面相距2～3cm处放置两个连接着电流表的电极a和b，在图中的刺激点给予较强的电刺激。依据观测到的电流表指针偏转情况，绘制以时间作为横坐标，电位差作为纵坐标的曲线图。 如果b点受到损伤，导致膜对钾、钠离子的通透性增大，则给予电刺激前指针的偏移方向为           。 答案：（1）稍后也会发生收缩   在肌肉B收缩时产生了电流，继发性地刺激了搭在肌肉B上的神经A，再引起这条神经所支配的肌肉继发性地收缩 （2）②先刺激坐骨神经靠近腓肠肌的一端，其后再刺激坐骨神经靠近脊髓的一端 ③分别测量并记录每次从刺激到肌肉反应的时间 ④测量并记录第一次刺激和第二次刺激之间的长度 ⑤用长度/时间代表神经冲动的传导速度 （3）      向右偏转 解析：（1）1842年，马泰乌奇将一条蛙神经肌肉标本A的坐骨神经搭在另一条蛙神经肌肉标本B的腓肠肌上，当支配腓肠肌B的坐骨神经受到刺激引起肌肉B收缩时，没有直接受到刺激的腓肠肌A稍后也会发生收缩，其原因是在肌肉B收缩时产生了电流，继发性地刺激了搭在肌肉B上的神经A，再引起这条神经所支配的肌肉继发性地收缩。 （2）由于兴奋在神经纤维上的传导时间极短，不易测量，所以可以先测定神经-肌肉传导时间，然后间接测定兴奋在神经纤维上的传导速度。 实验思路及步骤： ①获得并固定蛙的坐骨神经排肠肌标本； ②先刺激坐骨神经靠近腓肠肌的一端，其后再刺激坐骨神经靠近脊髓的一端； ③分别测量并记录每次从刺激到肌肉反应的时间； ④测量并记录第一次刺激和第二次刺激之间的长度； ⑤用长度/时间代表神经冲动的传导速度。 （3）在图2中的刺激点给予较强的电刺激，神经纤维会产生兴奋，使a点变为负电位，但由于神经纤维中间神经冲动被阻断，兴奋不能传到b点，电流计只发生一次偏转，则以时间作为横坐标，电位差作为纵坐标的曲线图： 若b点受到损伤，导致膜对钾、钠离子的通透性增大，使钾离子进一步外流，引起b点的正电位值增大，则给予电刺激前指针的偏移方向为向右偏转。 这道试题涉及到肌肉生物电。 肌肉生物电是如何发现的？ 生物电的研究跨越了两百年，这是一个利用物理和化学的手段研究生物学问题，并揭示生物体内信息传递机制的多学科交叉的研究典范，也显示了技术对科学认识的促进作用。 17－18世纪，基于科学家对电磁现象的科学认识，医学家们开始了对生物电的研究。 1781年1月26日，意大利波伦亚大学的解剖和外科学教授伽伐尼在解剖青蛙的实验中，注意到用电刺激青蛙的神经，会导致其肌肉的收缩，他由此意识到：电可以导致生物神经冲动的传导。由此奠定了生物电生理学的基础，这一发现为后来伏特（Volt）发明电池提供了启发，并且促进了电学本身的发展。最终发现人工电和生物电都是一回事，并认为“青蛙腿里面储藏了电”。 伽伐尼实验 19 世纪上半叶，意大利的物理学和生理学家马泰乌奇(Carlo Matteucci,1811 - 1868) 自1832 年始，进行了一系列有关蛙肌肉收缩方面的试验。第一次探测到在损伤和未损伤的肌肉之间存在一种电流，他称之为“肌肉电流”。1840 年至1842 年间，马泰乌奇在发表的数篇论文和演讲中对上述试验进行了论证和分析。 1842年，马泰乌奇将一条蛙神经肌肉标本A的坐骨神经搭在另一条蛙神经肌肉标本B的腓肠肌上，当支配腓肠肌B的坐骨神经受到刺激引起肌肉B收缩时，没有直接受到刺激的腓肠肌A稍后也会发生收缩，其原因是在肌肉B收缩时产生了电流，继发性地刺激了搭在肌肉B上的神经A，再引起这条神经所支配的肌肉继发性地收缩。 生物电的争议虽然尘埃落定，而青蛙腿和心电的渊源还不止于此。 1946年，马泰乌奇的另一个实验，把一条青蛙腿封在试管内制成了简单的电流计，然后把这个电流计直接捅在心脏上。结果表明，青蛙心脏每一次的跳动会造成试管里的青蛙腿抽动。换句话说，青蛙用自己的腿自己心脏存在电流。这个实验开启了科学家对心电信号的追寻。