实验二离子及药物对离体蛙心脏活动的影响

大学学生实验报告

开课学院及实验室：生科院生化楼603 2015年3月17日

[实验目的]
1．学习离体蛙心灌流的实验方法。
2．观察Na、K、Ca三种离子及肾上腺素、乙酰胆碱等因素对心脏活动的影响。

[实验原理]
1．心脏的正常节律性活动需要一个适宜的内环境，内环境的变化直接影响着心脏的正常活动。本实验在蛙心的灌流液内人为地加入一些物质而改变心脏活动的内环境，观察心脏活动有何变化。

2．心肌细胞的生理特征：

电生理特征：自律性，兴奋性，传导性
机械生理特征：收缩性

[实验对象] 青蛙

[实验器材和药品]
1．器材生物信号采集系统、张力换能器(10g)、蛙类手术器械1套、蛙心插管、蛙心夹、试管夹、双凹夹、万能支架、滴管、150ml小烧杯4个、任氏液。
2．药品 0. 65％氯化钠、2％氯化钙、1％氯化钾、1：10 000肾上腺素、1：10 000乙酰胆碱等。

[实验步骤]
1 离体蛙心的制备

2．观察项目
(1)记录心脏在仅有任氏液时的收缩曲线，观察心率及收缩幅度，作为正常对照。
(2)吸去管内的任氏液，换以等量0.65％NacCl，观察并记录心跳的变化。

(3)等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入5%NaCI1—2滴，记录观察心跳的变化。
(4)等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入2％CaCl₂ 1—2滴，记录观察心跳的变化。
(5)等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入l％KCl 1～2滴，记录观察心跳的变化。
(6)等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入1：l0 000肾上腺素1～2滴，记录并观察心跳的变化。

(7) 吸去管内的任氏液，换以等量4 摄氏度任氏液，观察并记录心跳的变化。

(8) 等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入2.5%NaHCO₃1—2滴，记录观察心跳的变化。

(9) 等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加3%乳酸1—2滴，记录观察心跳的变化。
(10)等量任氏液换洗，待心跳恢复正常后，加入l：10 000乙酰胆碱1～2滴，发生变化后，加入阿托品，记录并观察心跳的变化。

[实验结果分析]

结果：在蛙心的灌流液内人为地加入一些物质而改变心脏活动的内环境，观察心脏活动，发现心脏跳动的频率、幅度就会发生相应的改变。当用0.65%NaCl置换时，蛙心的心率不变，振幅下降了78.6%，基线不变；用5%NaCl滴加时，心率上升了3.6%，振幅下降了28.6%，基线不变；用2%CaCl2滴加时，心率下降了3.2%，振幅上升了11.1%，基线上升了；滴加1%KCI时，心率上升了10.3%，振幅下降了22.2%，基线不变；用肾上腺素滴加时，心率下降2.8%，振幅上升22.7%，基线不变；置换4摄氏度任氏液时，心率下降6.7%，振幅也下降了4.5%，基线不变；用2.5%NaHCO3滴加时，心率上升10%，而振幅下降56.5%，基线上升；用3%乳酸滴加时，心率不变，而振幅上升了3.4%，基线不变；用Ach滴加时，心率不变，振幅下降了80%，基线不变；用Adr滴加时，心率不变，振幅上升了75%，基线不变。（结果见表1）

表1. 离子及药物对离体蛙心活动的影响

“-”表示下降，“+”表示上升

分析：

1、正常心搏曲线

有一定规律。

2、置换0.65%NaCl溶液

置换0.65%NaCl溶液后心肌的收缩力减弱，这是由于用0.65%NaCl溶液置换灌注液时灌注液中缺乏Ca²⁺ K+等离子，以致心肌细胞动作电位2期内流Ca²+减少，胞质Ca²⁺浓度减少，心肌的收缩活动也随之减弱。

3、滴加5%NaCl溶液

当滴加入5%NaCl时，心率加强而振幅减弱。其原因是因为当钠离子浓度升高时，心脏的兴奋性和自律性升高，但兴奋的传导性和收缩性却下降。

4、滴加2%CaCl2溶液2滴

Ca²⁺浓度增高时，Na⁺内流受抑制，细胞0期除极速度与幅度减小，使兴奋性及传导性均降低，所以心率略减弱。而Ca²⁺浓度增高使Ca²⁺内流增多，心肌收缩能力增强。

5、滴加1%KCl溶液

理论上，当钾离子浓度升高时，心肌收缩减弱，同时心率也略减慢。这是因为钾离子与钙离子相互竞争与肌钙蛋白结合，使得钙内流减少。但实验未能得出以上结论，推测其因可能是因为做完钙离子对心脏活动影响后，用任氏液冲洗心脏不彻底，导致有钙离子残留，也可能是其他因素，影响实验结果。

6、滴加0.01%Adr溶液

滴加肾上腺素后，蛙心收缩增强，心脏舒张完全，描记的心搏曲线幅度明显增大。其作用机理是：肾上腺素可与心肌细胞膜上的B受体结合，提高心肌细胞和肌浆网膜Ca²⁺通透性，导致肌浆中Ca²⁺浓度增高，使心肌收缩增强。另外，理论上，肾上腺素还有降低肌钙蛋白与Ca²⁺亲和力，促使肌钙蛋白对Ca²⁺的释放速率增加，提高肌浆网膜摄取Ca²⁺的速度，刺激Na⁺与Ca²⁺交换，使复极期向细胞外排出Ca²⁺的作用加速。这样将使心肌舒张速度增快，整个舒张过程明显增强。但是，所测得的心率变化减弱，可能是其他因素所造成的。

7、置换4摄氏度任氏液

当置换成低温的任氏液时，细胞活性下降，导致其兴奋性和收缩强度均减弱。

8、滴加2.5%NaHCO3溶液

加入碱性溶液，可使细胞内氢离子外逸，与胞外钾离子进行H+ —K+交换，钾离子外流减少，细胞膜电位减少。另外，碱也使细胞液中钙离子浓度降低，比如形成碳酸氢钙沉淀，内流的钙离子减少，从而导致心肌收缩力减弱。

9、滴加3%乳酸

加入酸性溶液，加速胞外氢离子进入胞内，使得去极化程度加强，从而导致心肌收缩加强。

10、滴加0.01%Ach溶液

滴加乙酰胆碱后，蛙心收缩减弱。其机理为：乙酰胆碱与心肌细胞膜M受体结合；一方面提高心肌细胞膜K+通道的通透性，促使K⁺外流，复极过程中K⁺外流增加，动作电位2、3期缩短，Ca²⁺进入细胞内减少，使心肌收缩减弱；另一方面乙酰胆碱可直接抑制Ca²⁺通道，减少Ca²⁺内流，进而使心肌收缩减弱。

11、加2滴0.01%阿托品和0.01%Ach 与只加乙酰胆碱相比

加了阿托品后再加乙酰胆碱的牛蛙心脏跳动无明显变化。因为阿托品能与心肌细胞膜的M胆碱受体结合，妨碍乙酰胆碱与其结合，从而起抗胆碱作用。但由于心脏本身的缘故使每次收缩的时间增加了。

附：

图1开始时，心率变化图2 0.65%NaCl对心率的影响

图3 5%NaCl对心率的影响图4 2%CaCl₂对心率的影响

图5 1%KCl对心率的影响图6 肾上腺素对心率的影响

图8 低温对心率的影响图9 3%乳酸对心率的影响

图10 2.5%碳酸氢钠对心率的影响图11 Ach、阿托品对心率的影响

第二篇：在体蛙心实验

课程名称：动物生理学及实验（甲）实验类型：专业基础

实验项目名称：实验八在体蛙心实验（实验4-1、实验4-3）

实验4-1 蛙心起搏点、收缩与电兴奋的关系

及期外收缩与代偿间歇的观测

[目的要求]

1．学习暴露蛙类心脏的方法，熟悉心脏的结构；观察心脏各部位节律性活动的时相及频率。

2．学习在体蛙类心脏活动的记录方法，了解心脏的电活动与机械收缩的时相关系。

3．观察心室在收缩活动的不同时期对额外刺激的反应，了解心肌收缩的生理特性。

[基本原理]

两栖类动物的心脏为两心房、一心室，心脏的起搏点是静脉窦。静脉窦的节律最高，心房次之，心室最低。正常情况下，心脏的活动节律服从静脉窦的节律，其活动顺序为：静脉窦、心房、心室。将这种有节律的活动记录下来，即为心搏曲线。

心脏收缩的机械活动，与心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化，是两个不同的生理过程。心脏收缩的机械活动可以通过心搏曲线记录下来，而心脏的生物电变化可以通过心电图表现出来。同时记录心脏的机械活动与电变化，可以清楚地观察到两个生理过程之间的时间对应关系。

心肌的机能特性之一是具有较长的不应期，整个收缩期和舒张早期都是有效不应期。在心室收缩期给以任何刺激．心室都不发生反应。在心室舒张期给以单个阈上刺激，则产生一次正常节律以外的收缩反应，称为期外（期前）收缩。当静脉窦传来的节律性兴奋恰好落在期外(期前)收缩的收缩期时，心室不再发生反应，须待静脉窦传来下—次兴奋才会收缩，因此，在期外（期前）收缩之后，就会出现一个较长时间的间歇期，称为代偿间歇。

[动物与器材]

蛙两只、常用手术器械、蛙板、蛙心夹、计算机、生理信号采集系统、张力传感器、支架、双凹夹、秒表、滴管、培养皿(或小烧杯)、纱布、棉线、橡皮泥、任氏液。

[实验流程]

暴露动物心脏→观察心脏的结构→观察心搏过程→记录心搏曲线→观察心脏的电活动与机械收缩活动的时相关系

[方法与步骤]

1．暴露动物心脏

取蛙一只，双毁髓（毁髓要彻底）后背位置于蛙板上。一手持手术镊提起胸骨后方的皮肤，另一手持金冠剪剪开一个小口，然后将剪刀由开口处伸入皮下，向左、右两侧下颌角方向剪开皮肤。将皮肤掀向头端，再用手术镊提起胸骨后方的腹肌，在腹肌上剪一口，将金冠剪紧贴体壁向前伸入（勿伤及心脏和血管），并沿皮肤切口方向剪开体壁，剪断左右乌喙骨和锁骨，使创口呈一倒三角形。一手持眼科镊，提起心包膜，另一手用眼科剪剪开心包膜，暴露心脏。

2．观察心脏的结构

从心脏的腹面可看到一个心室，其上方有两个心房，房室之间有房室沟。心室右上方有一动脉圆锥，是动脉根部的膨大，动脉干向上分成左右两分支（图4-1-1）。用蛙心夹夹住少许心尖部肌肉，轻轻提起蛙心夹，将心脏倒吊，可以看到心脏背面有节律搏动的静脉窦。在心房与静脉窦之间有一条白色半月形界线，称为窦房沟（图4-1-2）。前、后腔静脉与左、右肝静脉的血液流入静脉窦。

3．观察心搏过程

仔细观察静脉窦、心房及心室收缩的顺序和频率。在主动脉干下方穿一条线，将心脏翻向头端，看准窦房沟，沿窦房沟作一结扎，称为斯氏第一结扎。观察心脏各部分搏动节律的变化，用秒表计数每分钟的搏动次数。待心房和心室恢复搏动后，计数其搏动频率。然后在房室交界处穿线，准确地结扎房室沟，此称为斯氏第二结扎。待心室恢复搏动后，计数每分钟心脏各部分搏动次数。将记录结果填入表4—1—1。

4．记录心搏曲线

打开计算机采集系统，接通张力传感器输入通道。

按步骤1暴露另一只蛙的心脏，用系线的蛙心夹夹住少许心尖部肌肉。蛙心夹的系线与张力传感器的应变梁孔连接，调节系线的拉力，使心脏的收缩活动在显示屏上出现。调整扫描速度，使心搏曲线的幅度与宽度适中。记录心搏曲线。仔细观察曲线各波与心脏各部位活动的关系。

5. 观察心脏的电活动与机械收缩活动的时相关系

如图4-1-3所示，用蛙心夹夹住心尖部，将蛙心夹上的系线绕过滑轮与张力传感器相连，输入第一通道。调节滑轮位置，使心脏不离开体腔且能记录心搏曲线。调节扫描速度与心搏曲线的幅度适中。将引导心电的两个电极夹，分别夹住刺入上下肢皮下的针形电极。接通动物心电输入通道，观察心电信号。如果信号不大，可调节显示器的增益，直到出现明显的心电信号。调节两个通道的扫描速度一致。用比较显示方式，仔细观察心电图的P波与心房收缩波、QRS波群与心室收缩在时间上的相关性。

6. 观察心室肌的期外收缩和代偿间歇的产生

按照图4-1-4的装置，将刺激电极安放在心室外壁，使之既不影响心搏又能同心室紧密接触。刺激电极与刺激输出端相连。记录正常心搏曲线作为对照。选择能引起心室发生期外收缩的刺激强度(于心室舒张期调试)，分别于心室收缩期和舒张期的早、中、晚给予单个刺激（注意：刺激前后要有三四个正常心搏曲线作对照，不可连续输出两个刺激）。观察心搏曲线有无变化。重复并肯定实验结果。同上法，加大刺激强度，观察心室肌对额外刺激的反应。

[实验结果]

1. 心搏过程的观察

表4—1—1 斯氏结扎记录表

说明：将心脏不同部位间进行结扎，可以表现出各自在断绝机能联系后的自动节律性。我们可以看出，节律性：静脉窦> 心房 > 心室。在第二结扎之后，当心室停止收缩后，用镊子轻触心室表面，发现心室收缩。我们分析，这是机械刺激心室肌细胞的结果。

2.记录心搏曲线以及心脏电活动和收缩活动的时相关系

图1 心脏电活动和收缩活动的时相关系

注：途中红色线条为心脏的收缩曲线（心搏曲线），蓝色线条为心脏的心电活动曲线

1）将心搏曲线和蛙心的机械收缩活动联系在一起，可以发现波幅较大的为心室活动曲线，波幅较小的为心房活动曲线；可以看出，在心室舒张没有完全完成的时候，心房开始收缩，导致了两波的部分重叠。

2）从图中，可以很明显地看出在QRS波顶峰时，心室开始收缩，进入心室收缩期；而从图上看到心房开始收缩点与P波顶峰并不是完全重合，这样的原因是心室并未完全舒张，从而与心房的收缩重叠，造成了心房的收缩起始点向后平移。

3.观察心脏的期外收缩和代偿间歇

图表 1 绝对不应期（刺激强度1.5V）

图表 2 刺激心室舒张期

图表 3 刺激心室舒张后期

图表 4 刺激于心房收缩期

图表 5 刺激于心房舒张期

[分析讨论和心得]

图表 6 刺激于心室收缩期（1.5V）

图表 7 刺激于心室收缩期（2V）

注：括号里为刺激强度

心室的不应期覆盖了心室收缩期。在心室收缩期刺激心室，图6的结果符合理论结果；但是，当刺激强度从1.5V提高到2.0V后，在心室收缩阶段刺激心室，出现了心悸，心室连续收缩。推测，可能刺激强度过大，而且在心室收缩后期，心肌细胞膜部分恢复极化。

[思考题]

1．斯氏第一结扎和第二结扎后，房室搏动频率各有何变化？实验结果表明了什么?

答：在结扎之前，蛙心收缩首先从静脉窦开始，接着心房、心室以此收缩，频率相同。在斯式第一结扎之后，切断了心房和静脉窦之间的机能联系，静脉窦继续有规律地收缩，心房、心室停止在舒张状态。几分钟之后，心房和心室又开始有规律地搏动，心房、心室以相同频率依次收缩，先慢后快，但总达不到静脉窦的节律。再做斯式第二结扎，心房继续搏动，心室在搏动几次后就停止搏动，经过相当长的时间，心室可能恢复很慢的搏动。这个实验说明：心脏各部分都有自动节律性，但节律快慢不一，而心脏的起搏点是节律最高的部位，其他部分可收到起搏点自动节律的影响、控制，使整个心脏都按它的节律搏动。各部分的心肌节律性：静脉窦 > 心房 > 心室。

2．观察并分析心搏曲线各波形成的原因。

答：如结果２分析。

3．分析实验结果，P波早于心房收缩波、QRS波群早于心室收缩波说明了什么？

答：心搏曲线是一个记录机械位移的过程，而心电图是一个记录及时电位变化的过程，两者的记录方式不一样。以P波为例，心电图的波峰早于心肌收缩起始点是因为此时心室并未完全舒张，心室的舒张和心房的收缩重叠在一起，造成心搏曲线上心房收缩点向后平移。同样，R波的波峰处，心房的舒张和心室收缩重叠在一起。而从图上看到，P波和R波的提早程度不同，原因是心室的舒张程度要大于心房的舒张程度，因而心室舒张造成的影响更大。

4. 根据学过的理论，说明心脏发生收缩反应之前的生理过程。

答：1）心肌细胞的生物点现象：（1）除极（去极）过程：除极过程又称0期。在适宜的外来刺激作用下，心室肌细胞发生兴奋，膜内电位由静息状态下的-90mV迅速上升到+30mV左右，即肌膜两侧原有的极化状态被消除并呈极化倒转，构成动作电位的升支。除极相很短暂，仅占1-2ms，而且除极幅度很大，为120mV

（2）复极过程：当心室细胞除极达到顶峰之后，立即开始复极，但整个复极过程比较缓慢，包括电位变化曲线的形态和形成机制均不相同的三个阶段：

1期复极：在复极初期，仅出现部分复极，膜内电位由+30mV迅速下降到0mV左右，故1期又称为快速复极初期，占时约10ms。0期除极和1期复极这两个时期的膜电位的变化速度都很快，记录图形上表现为尖锋状，故在心肌细胞习惯上常把这两部分合称为锋电位。

2期复极：当1期复极膜内电位达到0mV左右之后，复极过程就变得非常缓慢，膜内电位基本上停滞于0mV左右，细胞膜两侧呈等电位状态，记录图形比较平坦，故复极2期又称为坪或平台期，持续约100-150ms，是整个动作电位持续时间长的主要原因，是心室肌细胞以及其它心肌细胞的动作电位区别于骨骼肌和神经纤维的主要特征。

3期复极；2期复极过程中，随着时间的进展，膜内电位以较慢的速度由0mV逐渐下降，延续为3期复极，2期和3期之间没有明显的界限。在3期，细胞膜复极速度加快，膜内电位由0mV左右较快地下降到-90mV，完成复极化过程，故3期又称为快速复极末期，占时约100-150ms 。

4期：4期是膜复极完毕、膜电位恢复后的时期。在心室肌细胞或其它非自律细胞，4期内膜电位稳定于静息电位水平，因此，4期又可称为静息期。

正常情况下窦房结发出的兴奋通过心房肌传播到整个右心房和左心房，尤其是沿着心房肌组成的“优势传导通路”迅速传到房室交界区，经房室束和左、右束支传到浦肯野纤维网，引起心室肌兴奋，再直接通过心室肌将兴奋由内膜侧向外膜侧心室肌扩布，引起整个心室兴奋。

5. 实验结果同骨骼肌比较，表明心肌的什么特性？特性有何生理意义？

答：心肌区别与骨骼肌有以下三大特性：

１）最明显的特征是心肌收缩的自动节律性。心脏各部分都有自动节律性，不过节律不同，在正常情况下随戒律最高的起搏点搏动。意义：心脏的特殊传导系统中，有一种细胞位于特殊传导系统的结区，既不具有收缩功能，也没有自律性，只保留了很低的传导性，是传导系统中的非自律细胞，特殊传导系统是心脏内发生兴奋和传播兴奋的组织，起着控制心脏节律性活动的作用。

２）心肌在功能上是一种合胞体。意义：心肌细胞膜的任何部位产生的兴奋不但可以沿整个细胞膜传播，并且可以通过闰盘传递到另一个心肌细胞，从而引起整块心肌的兴奋和收缩。

３）心脏的不应期很长。意义：心脏作为一个泵推动血液在体内循环，需要交替地舒张与收缩。长不应期能防止心脏像骨骼肌一样在连续刺激下产生强制收缩，心脏有血液回心充盈的时期，这样才可能实现其泵血功能。

6. 本实验不能用连续刺激，为什么？于心室收缩期或舒张期的早、中、晚分别给予刺激的实验设计思路是什么?

答：1）心脏的绝对不应期长，期间的连续刺激不会对心肌活动造成影响；另外，连续刺激会造成心悸等心脏状态下降。2）与心室收缩或舒张的早中晚分别给以刺激，是根据心肌生物电现象和其生理特征设计实验的。

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