一、刺激系统

多种刺激因素，如光、声、电、温度、机械及化学因素等都可使可兴奋

组织产生生理反应。但实验生理学中应用最广泛的是电刺激，因为这种刺激易于控制刺激参数，对组织没有损伤或损伤较小。常用的刺激系统包括电子刺激器或感应电刺激器、刺激隔离器和各种刺激电极。

（一）电子刺激器 电子刺激器是一种能产生一定波形的电脉冲仪。所产生的波形大致有方波、正弦波和锯形波。其中最常用的是方波。其原因不仅是波形简单，易于控制刺激参数，包括刺激强度、刺激时间和刺激频率，而且方波的上升时间快，从几μs 至几十μs，这种陡峭的前缘刺激电流对生物组织是较为有效的刺激。

刺激强度是指方波幅度，可用电压或电流强度表示。电流强度一般从几μA 至几十 mA，电压可在 200V 以内。刺激强度过小，不能使细胞膜静息电位降低至阈电位而引起细胞兴奋：强度过大，可引起组织内电解和热效应而使其损伤和破坏。因此在实验过程中，过强过弱的刺激均应避免。

刺激时间是指方波的持续时间，又叫波宽（图 1-30）。一般刺激器的持续时间从几十μs 至数 s。 采用单向方波刺激时，刺激时间不宜过长，否则将产生损伤效应。为了减少引起组织损伤的电解和热效应，应尽量缩短刺激时间，并采用正负双向方波刺激。另外，使用最佳刺激时间与刺激强度的大小密切相关。据认为若选用波宽为 1ms 的双向方波刺激，方波振幅以 10V 为佳；若波宽减少至 0.5ms，振幅常需加大至 40—50mV。

在连续刺激时，还可调节刺激频率。刺激频率是刺激方波的重复频率， 一般少于 1000 次/s。刺激频率过高时，可能有一部分刺激会落于组织的不应期而无反应，使刺激与生理效应不能同步。刺激频率的选择随被刺激组织的不同而变化。一般认为，在生理学实验中，刺激频率以 60—100 次/s 为佳。应用连续刺激时，还可根据实验需要调节“串长”。“串长”表示以重复频率不断输出刺激方波可持续的时间，即一连产生数个方波的时间。

电子刺激器除可调节上述刺激参数外，尚有其它功能可供使用。总周期是同步脉冲的周期，同步脉冲表示一次刺激的时间起点（图 1-30）。同步脉冲输送到整个实验系统中，使各仪器有共同的时间起点，以保持时间上的同步。在电生理实验中，刺激器的同步输出可将同步脉冲送到示波器的同步输入，而触发其一次扫描；也可送到另一台刺激器，使二台刺激器之间保持特定的时间关系。从同步脉冲到刺激方波的出现，这段时间称为“延时”。调节“延时”，

可使方波或方波刺激所引起的生理反应出现在示波器荧光屏上合适的位置， 以便观察和记录。两台同步的刺激器也可通过调节各自的“延时”来改变其先后次序和时间间隔。这些设计为特殊的实验方案提供了方便条件。

刺激伪迹与刺激隔离器：生物体是一个容积导体。实验时，由于刺激器输出和放大器输入具有公共接地线，使得一部分刺激电流流入放大器的输入端，而使记录系统记录一个刺激电流产生的波形，即刺激伪迹。为了减小刺激伪迹，常用一刺激隔离器。使刺激电流的二个输出端与地隔离，切断了刺激电流从公共地线返回的可能，从而减小伪迹。

生理实验三用仪：这是一种供学生使用的简易电子刺激器，同时包括记时器和记滴器部分。三用就是可用来刺激组织、记时和记滴。三用仪输出的刺激脉冲基本上是方波，分为单刺激和连续刺激。单刺激可用手控，刺激强度，由弱到强可连续调。有些三用仪的波宽可分档调节，连续刺激的刺激频率也分档控制。

生理学实验常常需要时间标记，以便确定在单位时间内某生理反应量的变化，三用仪为此提供了时间指标。使用时可将电磁标插入三用仪的“记时磁标”插孔，把计时旋钮调至实验所需的位置，磁标便可于记录系统上作出所规定的时间标记。另外，在特定的实验中，对尿液、消化液的分泌等需要记滴，记滴时将“受滴电极”插头插入“受滴输入”插孔，当液滴流经“受滴电极”时，接通电路一次，电磁标便在记录仪或记纹鼓上记录一次。

我国生产的生理实验三用仪种类繁多、型号不一，难于用某一产品为代表作系统介绍。实验时，教师可根据本实验室所用仪器边示教边介绍。

（二）感应电刺激器（感应电极）刺激生物组织用的经典仪器是感应电刺激器，主要由原线圈和副线圈组成（图 1—31）。当接通或切断原线圈中的直流电流时，副线圈即出现瞬时的感应电流，以刺激组织。刺激电流的波形先是急剧上升，继而呈指数衰减。刺激波形的幅度（刺激强度）取决于两线圈之间的互感，即两线圈之间的距离和角度，衰减时间取决于副线圈的自感及生物组织的电阻。由于副线圈的自感现象，使断电刺激大于通电刺激。感应电刺激器的刺激方式有两种，即单个电震和连续电震。单个电

震时，通电和断电各产生一次感应电流。连续电震时，原线圈的电流通过断续器而忽通忽断，副线圈就产生连续的感应电流。

感应电刺激器的缺点是输出的波形不稳定，单个电震的刺激时间和连续电震的刺激频率均无法控制和调节，因此已为电子刺激器所取代。

（三）铜锌弓 铜锌弓（Galvani 镊子）是生理学实验中检验所制备标本的机能活动性最常用而简易的刺激器。由铜片和锌片两种金属制成，最早由Galvani 所创制，故称 Galvani 镊子（图 1-32）。

铜锌弓具有刺激作用是因为金属与溶液之间产生电位差，即电极电位。通常将金属浸在电介质溶液中（如 Zn），便溶解而成 Zn 离子，而在 Zn 的里面则形成负离子。Cu 在溶液中则相反。金属与溶液之间便产生了电位差—— 电极电位。如果将 Zn 和 Cu 一端接触，则在接触部位电流由 Cu→Zn 方向流动； 而在溶液中则相反，由 Zn→Cu 流动。当铜锌弓接触组织时（注意：表面必须湿润），电流便沿 Zn→可兴奋组织→Cu 方向流动，产生刺激作用。这样，铜锌弓好象一个电池，Zn 就象其阳极，Cu 象阴极而发挥作用。神经或肌肉的电刺激阈值非常小，所以仅用铜锌弓接触，即可构成刺激，以便检验组织的机能活动性。

（四）刺激电极 刺激电极多用金属制成。根据其性能可分为普通电极、保护电极和乏极化电极等（图 1—33）。

普通电板和保护电极多用银丝或不锈钢丝制成，一般将两条金属丝镶嵌在有机玻璃或电木框套内，刺激端裸露，作为细胞外刺激用。保护电极的绝缘框套在刺激端弯曲成钩状，金属丝包埋其中，金属丝仅保留钩内一面裸露， 以便施加刺激时，保护其周围组织免受刺激。

由于金属电极与生物组织接触后通以直流电产生上述电极电位，从电极上测得的电位差是电极电位与生物电动势的叠加，这就干扰了生物电的测量。为了避免或减小电极电位的产生，电生理学实验中通常选用乏极化电极

（nonpolarizable electrode）。图 1—33(C)是一种乏极化的锌-硫酸锌电

极。更为常用的乏极化电极是银-氯化银电极。这种电极的 AgCl 镀层可使 Ag- 和 Cl-在电极和电介质之间自由地移动，以对抗电极电流的形成。

Ag·AgCl Ag+Cl-+Ag+

当这种电极接正电位时，Cl-和 Ag 电极结合而生成 AgCl 的过程加强，银

-氯化银电极上又多生成一些 AgCl。由于电极上原已存在大量 AgCl，新生成的 AgCl 并不明显地改变电极和周围溶液之间的电位差，因此电极电位变化很小。如果电极接负电位，则电极上的 AgCl 减少，同理，电极电位变化也不大。可见，电极电位稳定是银-氯化银电极的主要优点。

制备银-氯化银电极的方法是，取银丝或银片，先用细砂纸擦光，然后用石油醚擦干净（注意：勿用手再接触银丝）。将两条银丝用导线与 1.5V 的电池连接，并将两条银丝浸入 0.1mol/LHCl 溶液中。让电流流过 30s，然后变换电流的方向。如此重复 3 次，银丝上便渡上一层薄薄的 AgCl，呈暗灰色。由于 AgCl 具有感光性，因此，“氯化”的电极需在暗处保存，最可取的保存方法是将电极放入任氏液中。