肌肉測試中恒電流與恒電壓刺激的選擇

對于Aurora Scientific系統的新手用戶來說，經常會出現的主要問題之一是針對特定實驗類型該使用何種刺激設置。顯然，這會因不同的實驗目的而有所不同，但始終推薦使用恒定電流（安培數）的設置。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于恒定電壓，應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，收縮是從中樞神經系統(CNS)發出的信號開始的。然后，該信號通過周圍神經系統(PNS)的分支傳播，最終終止于神經肌肉接頭(NMJ)。每個分支或運動神經控制一組稱為運動單位的肌纖維。NMJ的纖維和神經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與肌纖維運動終板上的受體結合。這會引起肌纖維肌膜去極化，并短暫翻轉膜的電位，導致鈣離子流入細胞。鈣的流入驅動肌絲蛋白的收縮過程。

自18世紀伽伐尼(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的研究。從那時起，實現這一目標的最常見方法是用一對電極創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）來實現。由于電流的流動在溶液中產生電場，因此我們建議在這種情況下使用恒定電流。

電學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驗找到所需的電流。

通常，該電流的大小約為數百毫安(mA)。盡管許多裝置將具有足夠的功率/電流容量來產生這樣的場（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險（由于解決方案的阻抗相對較高）。因此，存在一個非常現實的問題，即收縮強度看似最大，而實際上刺激器本身已經飽和，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險。

在進行體內或原位收縮測量時，恒定電流刺激也非常有用。通常直接刺激神經而不是肌肉。由于不需要電場，只需要對神經膜進行去極化，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。該裝置可以產生正、負脈沖，以及交替雙相極性的脈沖。計算機或外部設備產生的脈沖模式也可用于控制刺激器輸出，從而無需多設備同步。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。