肌肉測試中恒電流與恒電壓刺激的選擇

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驗類型該使用何種刺激設(shè)置。顯然，這會因不同的實驗?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)該先認識收縮刺激實驗背后的機制。

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)。每個分支或運動神經(jīng)控制一組稱為運動單位的肌纖維。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，因為膜兩側(cè)的離子之間自然存在梯度。一旦收縮信號到達突觸，乙酰膽堿就會被釋放并繼續(xù)與肌纖維運動終板上的受體結(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，并且對體外收縮實驗期間的電場進行了近一個世紀(jì)的研究。從那時起，實現(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行體外收縮實驗的核心原因。由于實驗本身的許多要素（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)實的問題，即收縮強度看似最大，而實際上刺激器本身已經(jīng)飽和，并且并非所有運動單位都已激活。而恒流刺激器不存在這種風(fēng)險。

在進行體內(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)膜進行去極化，因此使用的電流遠低于體外(<10 mA)。然而，控制精確電流量的能力是必要的，因為過多的電流可能會使周圍的肌肉去極化，從而導(dǎo)致運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、負脈沖，以及交替雙相極性的脈沖。計算機或外部設(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行：在恒壓模式下進行場刺激時，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。