同时记录成年小鼠腰段运动神经元的细胞内电活动及其运动单元产生的力 体内

本实验的总体目标是通过在体内对运动神经元进行细胞内记录，研究单个小鼠运动单位的电生理学和收缩特性。首先暴露脊髓和目标肌肉，然后将力传感器连接到肌肉的肌腱上。

接下来，使用细胞内电极刺激运动神经元，从而引起所记录运动单位的收缩。最终可同时表征该运动神经元的电生理特性及其运动单位的收缩特性。该技术的可视化演示至关重要，因为动物体积微小，其显微手术步骤极难掌握。

开始操作时，通过腹腔注射戊巴比妥钠或氯胺酮与赛拉嗪的混合物使小鼠麻醉。确保小鼠无趾夹反射。接着，使用钝头剪刀在气管部位皮肤做切口，并将两侧皮肤拉开。

然后用一对钝头镊子将唾液腺撕开。为了暴露覆盖气管的两根细小肌肉，需将这两根肌肉分开以显露气管。使用一对Dumont 7号镊子。

在气管下方穿入两根4-0的蚕丝缝线。然后在两个软骨环之间的气管处做横向切口，但注意不要完全切断气管。

现在，将气管插管插入气管中。通过在切口两侧打结缝合线来固定插管入口。随后，将气管插管连接至小鼠呼吸机和二氧化碳监测仪。

然后通过顺应性气囊将呼吸机连接至纯氧。调节呼吸机参数，使小鼠不会对抗机械通气，且呼气末二氧化碳分压稳定在4%至5%之间。在此步骤中，使用钝性分离技术暴露颈部一侧的颈静脉。

颈静脉分为两个主要分支，即面前静脉和面后静脉。仔细将静脉与其周围的结缔组织分离。然后在静脉下方穿入两根6-0号丝线，并尽量沿静脉长度方向将其分开。

接下来，在静脉的近端放置一个小型血管夹，并结扎静脉的远端。使用精细的虹膜剪，在静脉上做一个小的横向切口。注意不要将静脉完全切断。

随后，将预装好的一根法式导管插入切口，直至血管夹处，由血管夹将静脉与导管固定在一起。小心移除血管夹。然后将导管再推进静脉内数毫米。通过在插入部位两侧用缝线结扎，固定导管。

接下来，将其中一根导管连接至注射器或注射泵，用于注射补充剂量的麻醉剂，如戊巴比妥钠或氯胺酮-赛拉嗪。对另一根静脉重复上述操作，并将另一根导管连接至注射泵，用于缓慢静脉输注含有1%碳酸氢钠和14%血浆代用品的4%葡萄糖溶液。最后，使用缝合针线缝合颈部皮肤。

随后，将小鼠恢复至俯卧位。现在从大腿顶端向跟腱处做一切口。分离皮肤与下方肌肉，并注意不要损伤血管。

接下来，确定股二头肌的前缘，该结构呈一条沿大腿下行的白色线条。然后沿此线条从膝关节小心切开，一直延伸至髋骨。分离肌肉以暴露位于股二头肌下方的坐骨神经。

仔细解剖并移除股二头肌。为暴露坐骨神经和腓肠肌三头，需在腓总神经与腓肠神经之间辨认胫神经。在胫神经的不同分支中，区分出支配腓肠肌三头的分支与走向更深层的分支。

使用八根OTT丝线，将胫神经的所有分支捆扎在一起，同时保持支配腓肠肌的分支完整。尽可能远离结扎处切断胫神经。辨认第13胸椎（T13）和第1腰椎（L1），其中T13是最后一节附有肋骨的椎骨。

然后在 T13 和 L1 两侧使用 Cunningham 脊髓椎体夹固定脊柱。注意不要压迫脊髓，而应沿纵轴施加轻微张力。用镊子轻轻下压，确保脊柱已牢固固定。

使用精细的 R 型持针器，去除棘突，然后剥离 T13 和 L1 处的椎板，以暴露脊髓。接着放置一个定制的塑料浴槽，围绕脊髓。之后，使用 4-0 丝线将浴槽固定到位。

最后，使用速干密封剂进行密封，以确保浴槽防水。待速干密封剂干燥后，移除覆盖脊髓的棉球，并向浴槽中加入矿物油。使用另一个椎骨夹夹住骶区的一个棘突。

为了支撑动物的背部区域，使用第三个夹子将右后肢固定，使膝关节和踝关节均呈90度角弯曲。移除覆盖后肢区域的纱布。从周围组织中分离跟腱。

使用带线的针尽可能将肱三头肌从周围组织中分离出来。将6-0丝线缝合线穿过跟腱，并在跟腱周围打三重结。然后将力传感器放置在靠近结的位置。

随后，使用丝线将肌腱连接到力传感器，并切断肌腱的远端部分。接下来，将两根不锈钢丝插入三头肌腓肠肌的筋膜下方。这些导线连接至一个细胞外交流放大器。

进行肌电图记录时，将肱三头肌神经置于钩状电极的阴极上，阳极接触附近肌肉。随后以低频、持续时间为50微秒的方波脉冲刺激肱三头肌神经，逐步增加刺激强度，直至观察到最大颤搐幅度。重复使用相同参数的刺激，再次逐步增加强度，直至再次确认最大颤搐幅度。

这些图示展示了如何从肱三头肌运动神经元群中识别出一个运动神经元。在低强度刺激下穿刺后，仅在较高强度刺激时可观察到单突触兴奋性突触后电位（EPSP）；当刺激强度进一步增加时，EPSP可能足够大，从而引发正向传导的动作电位，且表现为“全或无”现象。

反向传导的动作电位出现的潜伏期短于单突触兴奋性突触后电位。如果通过微电极注入足够的电流以触发动作电位，则可在短暂延迟后记录到肌肉的肌电活动，随后出现肌肉收缩。

在确定运动神经元后，可对其电生理特性进行表征。例如，本图展示了如何通过施加超极化和去极化电流脉冲，并绘制膜电位变化与注入电流强度之间的关系，来测量输入电阻。此外，还可利用多种刺激方案来研究运动单位的收缩特性。

例如，可通过在运动神经元中注入不同频率的短暂电流脉冲来获得力-频率关系。随后，将稳态力与电流脉冲频率作图，可得到一条S形的力-频率曲线。一旦熟练掌握手术操作，若操作得当，该技术的部分步骤可在三小时内完成。