高中生物必修3實驗中的瘋狂的反射弧

在人類教育版的《生物（3）穩定與環境》中，“通過神經系統調整”一章中，關于興奮、反射和反射弧的概念和反射弧的分析經常引起學生的懷疑。筆者發現有些教師對這些問題也缺乏明確的了解,現就有關問題探討如下。1基本總結1.1物學中的概念一切活組織(有機體)都有對刺激發生反應的特性叫應激性(irritability),這是普通生物學、動物學中的概念,如含羞草葉被觸碰后會下垂、草履蟲能夠趨利避害、皮膚長日照后變黑等;可興奮組織(如神經、肌肉組織)接受刺激后,能夠產生生物電的能力或特性稱興奮性(excitability),它屬于生命的基本特征,是應激性的特殊形式,如在吃梅、見梅、談梅時唾液腺分泌唾液的特性,神經纖維受到刺激產生動作電位的特性等。1.2興震性cict生理學上把活組織因刺激而產生沖動的反應稱興奮(excitation);可興奮組織具有發生興奮或產生沖動的能力或特性稱興奮性。興奮與興奮性是生理學上的重要概念,興奮是興奮性的表現,興奮性則是興奮的前提。1.3多突反射的標準關于此類概念,教科書上已講解清楚,但在“思考與討論3”中“一個完整的反射活動僅靠一個神經元能完成嗎?至少需要幾個”中的設問及教師教學用書中的“完成一個反射活動至少需要兩個神經元”回答欠妥。簡單的膝跳反射只有兩級神經元參與,稱單突觸反射,此類反射活動至少是由一群傳入神經元和一群傳出神經元參與才能完成,而不能理解為只需要一個傳入神經元和一個傳出神經元就能完成;縮手反射因有中間神經元參與,稱多突觸反射,此類反射活動至少需要三級神經元才能完成。因機體的反射活動有許多神經元參與,只是把參與反射活動的神經元按機能分為出入、傳出及中間神經元三類,因此應把上文中“個”變為“級”為妥。由反射及反射弧的概念可知,當刺激感受器引起感受器興奮性時,興奮沿感覺傳入神經,經脊髓的背根傳入神經中樞,信息在神經中樞整合后,經脊髓的腹根,沿著傳出神經傳到效應器,引起反射活動。如果反射弧中任何一個環節在結構或功能上受損,反射活動都不能完成。下面通過反射弧分析實驗、脊髓背根與腹根的機能實驗對反射弧的組成進行分析討論。2抗射弧分析與實驗2.1普魯卡因等保護雙組分蟾蜍或蛙、手術剪、手術鑷、探針、玻璃分針、支架、蛙嘴夾、蛙板、小燒杯、小玻璃皿、小濾紙片、棉花、紗布、0.5%及1%硫酸溶液、2%普魯卡因等。2.2右后期屈反射試驗參照文獻略有改動,主要步驟如下:①取一只蟾蜍(或青蛙),只毀腦制備脊動物,俯臥位固定于蛙板上。剪開右側股部皮膚,分離出坐骨神經穿線備用。②用蛙嘴夾夾住脊蟾蜍下頜,懸于支架上。將蟾蜍右后肢的最長趾浸入0.5%硫酸溶液中2～3mm(一次浸入時間最長不超過10s)。當右后肢出現屈反射時,立即用清水沖洗受刺激的皮膚并用紗布擦干(下同)。③用手術剪自右后肢最長趾基部環切皮膚,然后再用手術鑷剝凈長趾上的皮膚。用前一步驟中方法刺激右后肢的最長趾,觀察右后肢屈反射情況。④改換右后肢有皮膚的趾,將其浸入0.5%硫酸溶液中,觀察右后肢屈反射情況。⑤取一浸有1%硫酸溶液的濾紙片,貼于蟾蜍右側背部或腹部皮膚,觀察擦或抓反射情況。⑥用一細棉條包住分離出的右側坐骨神經,在細棉條上滴幾滴2%的普魯卡因(麻醉劑)溶液后,每隔2min重復步驟④。當右后肢屈反射剛剛不能出現時,立即重復步驟⑤,并且每隔2min重復一次,直到右側后肢不出現擦或抓反射。⑦將左后肢最長趾浸入0.5%硫酸溶液中(條件不變),觀察左后肢出現屈反射情況。⑧取一浸有1%硫酸溶液的濾紙片,貼于蟾蜍左側背部或腹部皮膚。觀察左側后肢及右側后肢出現擦或抓反射情況。⑨毀壞脊髓后重復步驟⑦與⑧。2.3反射活動不能正常進行步驟②～⑤用0.5%的硫酸溶液刺激長趾皮膚(存在感受器)能引起反射活動、刺激無皮膚的長趾(無感受器)反射活動不能正常進行。證明,反射弧結構完整、功能正常時,反射能正常進行;反之,反射不能正常進行;并且直接或間接的證明了缺少感受器時,反射活動不能正常進行。步驟⑥～⑧用1%普魯卡因的作用是麻醉神經,并且說明普魯卡因先麻醉了坐骨神經中的感覺傳入纖維(直徑較細)、后麻醉了運動傳入纖維(直徑較粗)。證明,當反射弧中傳入神經或傳出神經的結構或功能被破壞后,反射不能正常進行,同時也證明坐骨神經為混合神經(也可用其他方法證明坐骨神經為混合神經,如電刺激法)。步驟⑨證明,反射中樞被破壞后,反射活動不能發生。小結:通過上述的實驗證明,當感受器、傳入神經、傳出神經或反射中樞被破壞時,反射活動都不能正常進行。3脊柱背部根和腹部根的機械實驗3.1剪、刺激器及保護電極蟾蜍或蛙、手術剪、手術鑷、眼科鑷、金冠剪、彎頭金冠剪、刺激器及保護電極、探針、玻璃分針、支架、蛙嘴夾、蛙板、小燒杯、小玻璃皿、小濾紙片、棉花、紗布、0.5%及1%硫酸溶液、紅色和白色細絲線、任氏液等。3.2脊神經的刺激識別參照文獻略有改動,主要步驟如下:①將蟾蜍或青蛙毀腦后俯臥位固定于蛙板上。沿背部中線剪開皮膚,向前開口至耳后腺水平,向后開口至尾桿骨中段。用剪刀小心剪去脊椎兩側的縱行肌肉及椎間肌肉,暴露椎骨。用金冠剪橫向剪斷環椎,然后將彎頭金冠剪小心伸入椎管,自前至后逐節剪斷兩側椎弓,移去骨片,暴露全部脊髓(勿損傷脊髓)。②用眼科鑷輕輕挑開脊髓表面的銀灰色或黑色脊膜,再用任氏液沖洗馬尾部,小心識別第7～10對脊神經背根和腹根。用玻璃分針分離兩側第9對脊神經的背、腹根(背根近椎間孔處有淡黃色、半個小米粒大小的脊神經節),將右側背根穿兩條白絲線,兩側腹根各穿兩條紅色絲線備用。③用蛙嘴夾夾住脊蟾蜍下頜,懸于支架上。將蟾蜍右后肢的最長趾浸入0.5%硫酸溶液中2～3mm(一次浸入時間最長不超過10s),當右后肢出現屈反射時,立即用清水沖洗受刺激的皮膚并用紗布擦干。④提起右側白絲線,輕輕用保護電極鉤起背根,打開刺激器,用較弱的單脈沖刺激背根(只引起右側后肢抖動);將兩條白絲線雙結扎背根后從中間剪斷神經,重復步驟③;然后分別刺激剪斷神經(背根)的中樞端和外周端(刺激強度不變),觀察右側后肢抖動情況。⑤提起右側紅絲線,用步驟③～④中方法刺激腹根;將兩條紅絲線雙結扎腹根后從中間剪斷神經,分別刺激腹根的中樞端和外周端,觀察右側后肢抖動情況。⑥用0.5%硫酸溶液刺激左側后肢的最長趾,觀察左后肢出現屈反射情況。⑦提起左側紅絲線,用步驟④中方法刺激左側腹根;將兩條紅絲線雙結扎腹根后從中間剪斷神經,重復步驟⑥;分別刺激腹根的中樞端和外周端,觀察左側后肢抖動情況。3.3脊神經加加反射弧的影響功能結果步驟③～④,用0.5%的硫酸溶液刺激右后肢長趾皮膚(存在感受器)能引起反射活動,說明此反射的反射弧結構完整、功能正常(同時證明右側第9對脊神經的背根及腹根機能正常)。用刺激器刺激右側正常背根,引起右側后肢抖動;而結扎并剪斷背根后重復步驟③,右后肢不出現屈反射;刺激背根中樞端引起右側后肢抖動,刺激外周端不能引起右側后肢抖動。證明:脊神經的背根有感覺傳入功能,當背根被剪斷后,其參與的反射活動不能進行(但刺激背根引起的右后肢抖動,不屬于反射活動,只能間接證明反射弧的組成)。步驟⑤～⑦,用刺激器刺激右側(左側)正常腹根,引起右側(左側)后肢抖動;而結扎并剪斷腹根后,刺激中樞端不引起