生理科学实验设计——

家兔呼吸运动的调节

09级31班第四小组

麦华浩莫世杰刘文荣

                      罗国华  王辉  赵宏伟

一：实验目的：

（1）  熟悉家兔耳缘静脉注射法、家兔颈部手术操作、神经血管分离、气管插管技术。

（2）  记录家兔呼吸曲线观察一氧化碳（CO）、纯氧，走神经对呼吸运动的调节及了解其机理。

（3）  熟悉Medlab生物信号处理系统、保护电极、氧气瓶，张力换能器在实验中的作用及使用注意事项。

二：立题依据：

  一氧化碳中毒机理是一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高200～300倍，它进入人体后会和血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白不能与氧气结合，从而造成人体组织缺氧。急性中毒时，轻者会出现头痛、头晕、耳鸣、心悸、恶心、呕吐、无力，重者会出现心肌损害、脑椎体系损害、昏迷、休克甚至死亡。及时强制吸氧，置换一氧化碳，能避免死亡。临床表现主要为缺氧 ，其严重程度与HbCO的饱和度呈比例关系。轻者有头痛 、无力 、眩晕 、劳动时 呼吸困难 ，HbCO饱和度达10%—20%。症状加重，患者口唇呈 樱桃 红色，可有 恶心 、呕吐 、意识模糊 、虚脱或 昏迷 ，HbCO饱和度达30%—40%。重者呈深度昏迷，伴有高热、四肢肌张力增强和阵发性或强直性痉挛，HbCO饱和度>50%。患者多有脑水肿 、肺水肿、心肌损害、心律失常和呼吸抑制，可造成死亡。

      二氧化碳（CO2）是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素。很早就知道，在麻痹的动物或人，当动物血液Pco2降到很低水平时，可出现呼吸暂停。因此，一定水平的Pco2对维持呼吸中枢的基本活动是必需的。CO2刺激呼吸运动是用过两条途径实现的：一是通过刺激中枢化学感受器再兴奋呼吸中枢；二是刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地使呼吸加深﹑加快，肺通气量增加。CO2在呼吸调节中经常起作用，动脉血Pco2在一定范围内升高，可加强对呼吸的刺激作用

     氧中毒机理 当吸入性PO2过高时，活性氧产生增加，反可引起组织，细胞损伤，称为氧中毒。氧中毒的发生取决于PO2而不是氧浓度。吸入性PO2过高时，由于血液与组织，细胞之间的PO2差增大，氧的弥散加速，组织细胞因获得氧过多而中毒。一般认为氧中毒时细胞受损的机制与活性氧的毒性作用有关。

    人体及高等动物的呼吸运动能持续有节律的进行，是由于体内调节机制的存在。正常节律性呼吸运动是在呼吸中枢神经系统参与下，通过多种传入冲动的作用，反射性调节呼吸的频率和深度来完成的。  ①迷走神经的神经冲动传导  迷走神经含有感觉、运动和副交感神经纤维。这些纤维末梢释放的递质是乙酰胆碱(ACh)，ACh与心肌细胞膜上的M胆碱受体结合，可导致心率减慢，心房肌收缩力减弱，心房肌不应期缩短，房室传导速度减慢，甚至出现房室传导阻滞，即负性变时、变力和变传导效应。一般说，右侧迷走神经以支配窦房结为主。在实验中，电刺激外右侧迷走神经，其末梢释放的Ach：一方面使窦房结细胞在复极过程中K+外流增加，结果使最大复极电位绝对值增大；另一方面，使自动去极速度减慢。这两种因素均使窦房结自律性降低，心率因而减慢，血压降低。

    ②来自肺部的迷走神经传入冲动有抑制吸气和促进吸气转换成呼气的作用(即肺牵张反射）。肺牵张反射包括了肺扩张反射和肺萎陷反射两部分。吸气时，肺被扩张，气道的牵张感受器受刺激，发放冲动通过迷走神经到达延髓，切断吸气神经元的活动，使吸气过程终止。此为肺扩张反射。 肺萎陷反射同理，呼气时肺萎陷，气道的牵张感受器受刺激，通过迷走神经来使呼气终止，然后转入吸气。

三、实验方法及技术路线

实验材料：

1、实验动物：家兔 

2、试剂: 3%戊巴比妥溶液，CO气瓶， 纯氧气瓶， CO2气瓶，生理盐水，林格液

    3、仪器设备及器械：MDLE生物信号采集处理系统，Ｙ型玻璃气管插管、手术器械 ，动物手术器材（手术刀、手术剪、止血钳、玻璃分针, 丝线，注射器，兔台），气管插管，体重秤，张力换能器，生理信号采集系统，医用橡皮管，纱布，10ml 注射器，玻璃分针。

实验分组：完全随机设计分组

观察指标：呼吸运动曲线

实验方法与步骤：

1.       实验参数设置。打开计算机，启动Medlab生物信号采集处理系统，按表6-4进行本实验的计算机实验参数设置，或直接选择“家兔呼吸运动的调节”定制实验。

                             表6-4   Medlab系统实验设置参数

           

   将保护电极的一端插入放大器面板的此机器输出端口，掀下“R←S”按钮，使第4通道作为刺激波形显示通道使用。

2        家兔称重后，耳缘静脉注入3%戊巴比妥钠1ml/kg，动物麻醉后，取仰卧位固定在兔手术台上，剪去颈部和剑突部位的毛。在颈部正中线切开皮肤5~6cm。钝性分离结缔组织及颈部肌肉，暴露气管并做好气管插管。找到气管两侧与之平行的颈动脉鞘，用玻璃分针分离出其中的两侧迷走神经。穿线备用。

3        切开胸骨下端剑突部位的皮肤，沿腹白线向下切开2cm左右。小心将剑突表面组织剥离，暴露出剑突软骨和剑突骨柄。挑起剑突，将剑突骨柄与背部的膈肌条分离少许，用止血钳夹捏剑突骨柄片刻后，用粗剪刀剪断剑突骨柄，使剑突游离。此时可观察到剑突软骨完全跟随膈肌收缩而自由游动。用一带缝线的钩子钩住剑突软骨，缝线的另一端通过滑轮连接与张力换能器的弹性梁上，换能器输入线的一端连接于生物信号放大器的第3通道。用微调固定器根据基线的移动调整张力换能器的高度，给予相当于5g的全负荷。

4        描记一段正常呼吸运动曲线，观察呼气相﹑吸气相﹑呼吸幅度和频率，辨清曲线与呼气﹑吸气运动的关系。

5        纯氧对呼吸运动的影响。  将装有O2气体的气瓶导气管口和气管插管一侧管共同置于一细口瓶内，用止血钳夹闭气管插管的另一侧管，快速将气瓶的旋钮松开让家兔吸入细口瓶中纯氧，以达到吸入过多氧气的目的。观察和记录此时家兔的呼吸运动曲线，效果明显后，撤销以上操作，再观察呼吸运动的恢复过程。

6        CO对呼吸运动的影响。   将装有CO气体的气瓶导气管口和气管插管一侧管共同置于一细口瓶内，用止血钳夹闭气管插管的另一侧管，缓慢将气瓶的旋钮松开让家兔吸入细口瓶中CO，以达到吸入一定量的CO的目的。观察和记录此时家兔的呼吸运动曲线，效果明显后，撤销以上操作，再观察呼吸运动的恢复过程。

7        Co2对呼吸运动的影响   将装有CO2气体的气瓶导管口和气管插管一侧管共同置于一细口瓶内，将气瓶旋钮逐渐松开，使CO2气流缓慢地随着吸气进入气管，此时观察和记录高浓度CO2对呼吸运动的影响。效果明显后，关闭CO2气瓶，再观察呼吸运动的恢复过程。（至于切断迷走神经后CO2对呼吸运动的影响要在下面的步骤才做）

  8  迷走神经在呼吸运动调节中的影响  先记录一段正常呼吸运动曲线，

     ①电刺激迷走神经   将保护电极与刺激输出线（通道）连接，分别将右侧迷走神经轻轻搭在保护电极上，选择刺激强度3V，刺激频               率5HZ波宽5ms的电脉冲定时10s刺激右侧迷走神经，观察呼吸的变化^[2]，并记录呼吸曲线的变化。

    ②待家兔呼吸运动恢复平后，剪短一侧迷走神经，观察并记录呼吸运动曲线， 将装有CO2气体的气瓶导管口和气管插管一侧管共同置于一细口瓶内，将气瓶旋钮逐渐松开，使CO2气流缓慢地随着吸气进入气管，此时观察和记录高浓度CO2对呼吸运动的影响。效果明显后，关闭CO2气瓶，再观察呼吸运动的恢复过程，待家兔呼吸运动恢复平静后;用同样的刺激电极分别刺激健侧迷走神经，剪短侧迷走神经的中枢端（近头端）和外周端（远头端），分别观察并记录对呼吸运动的变化   

    ③待呼吸运动恢复平静后，剪断另一侧迷走神经，观察并记录呼吸运动的影响， 将装有CO2气体的气瓶导管口和气管插管一侧管共同置于一细口瓶内，将气瓶旋钮逐渐松开，使CO2气流缓慢地随着吸气进入气管，此时观察和记录高浓度CO2对呼吸运动的影响。效果明显后，关闭CO2气瓶，再观察呼吸运动的恢复过程；待兔呼吸平稳后再用同样的电刺激剪短侧迷走神经的中枢端（近头端）和外周端（远头端），分别观察并记录对呼吸运动的变化

 

四：可行性

   这个实验设计参考资料充分，考虑周全，有许多理论支撑

五：实验结果预测

   1.给予CO后，兔呼吸频率增快，幅度增高

   2.给予纯氧后，兔呼吸运动逐渐受到抑制

   3.给予电刺激迷走神经后，兔呼吸运功频率加快，但幅度有所降低

   4.剪短一侧迷走神经后再刺激迷走神经，兔呼吸运动受到抑制（给予CO2后，兔的呼吸运功比没剪断迷走神经前变化减弱）

   5.剪短双侧迷走神经后刺激迷走神经，兔呼吸运动受到明显抑制（给予CO2后，作用不明显，兔的呼吸运功变化不大）

六：注意事项

1    实验前要做好张力换能器的定标工作，一确定采样数值与张力之间的饿换算关系。定标砝码的大小可根据张力换能器的量程和预计测量适当的选择。

2    气管插管前，要注意先把气管内的分泌物清除干净。插管时动作应轻巧，避免损伤气管粘膜引起出血而堵塞插管。

3    用止血钳夹捏剑突柄的目的是为了减少

剪口的出血，此过程不可忽略。剪断剑突骨柄的剪口不可过宽，因两侧均有血管通过，过多出血形成的血凝块会影响游离剑突的活动。

  4  分离剑突背部的膈肌条时不能太向上，剪断剑突骨柄时剪口不可过深。以免造成气胸。尤其注意切勿伤及或剪断附于剑突背部的膈肌条。

参考文献：

[1]《生理科学实验教程》 朱健平主编 科学出版社  2003.  86-89

[2]朱大年，主编，生理学，第7版，人民卫生出版社，2010. 154-161

[3]朱康民 刘育文 杨秀蓉  刺激(兔)颈迷走神经中枢端对呼吸动运的影响 《四川生理科学杂志》1982年02期

[4] 为什么呼吸纯氧也会引起中毒[J];深冷技术;1982年01期

[5]金惠铭 王建枝 ，病理生理学， 第7版，人民卫生出版社，2007.  71-72，81-82

[6]罗礼容 王西霞  冯志强  基于实验方法二氧化碳对家兔呼吸影响途径的研究  《基层医学论坛》20##年01期

[7]胡还忠  医学机能学实验教程  科学出版社   2001.76-78  213-215

 

第二篇：家兔呼吸运动的调节

云南师范大学    生命科学学院   08生科A

龚兴鹏（084120010）

实验报告 家兔呼吸运动的调节

一实验目的

1  掌握家兔耳缘静脉注射法   家兔颈部手术操作、神经血管分离、气管插管技术。

2记录家兔呼吸曲线观察增加无效腔、气道阻力、肺牵张反射、开放性气胸等因素对呼吸运动的影响迷走神经对呼吸运动的调节。

3了解各种因素影响呼吸运动的机制。

二实验原理

o  人体及高等动物的呼吸运动能持续有节律的进行，是由于体内调节机制的存在。正常节律性呼吸运动是在呼吸中枢神经系统参与下，通过多种传入冲动的作用，反射性调节呼吸的频率和深度来完成的。

o  呼吸运动受神经以及血液中O2，CO2，[H+]等物质浓度调节。

o  肺的牵张反射通过迷走神经传导调节信号，通过这个反射弧来参与呼吸节律的调节。

三 实验材料

1、动  物：家兔

2、器  械：动物手术器材（手术刀、手术剪、止血钳、玻璃分针, 丝线，注射器，兔台），气管插管，体重秤，张力换能器，生理信号采集系统，医用橡皮管，纱布，20 ml 注射器，玻璃分针。

3、药品和试剂：20%氨基甲酸乙酯，0.9%生理盐水，医用酒精。

四 试验方法

1. 称重、麻醉

一只手轻抓住兔子颈部皮肤，另一只托住兔子尾部，将兔子自笼中取出称重；

称重后使用20%氨基甲酸乙酯麻醉 (给药量：5 ml/kg WT，耳缘静脉注射) 。

2. 家兔固定和剪毛

家兔麻醉后，使其腹部朝上仰卧于兔台上，用线固定四肢和头部；用金冠剪刀贴在皮肤表面剪除手术部位的毛发。

3. 颈部手术

颈部正中切口—分离软组织—暴露气管—钝性分离气管，底下穿棉线备用—气管倒T形切口，插入Y形气管插管，棉线固定；

钝性分离气管双侧迷走神经—各自穿线备用（粗—迷走神经，中—交感神经，细— 减压神经）。

Ø  家兔气管插管过程注意事项

插管的手术切口可以在气管软骨环间，也可以在软骨环上。切口若在软骨环间，容易做切口，但易出血；切口若在软骨环上，出血较少，但切口难度较大；

插管时如果发现气管内有血，一定要先将血液清除；

插管的深度不可过浅，至少要插入3个软骨环以上；

结扎棉线一定要结扎在软骨环之间，这样插管结扎得比较牢固。为了防止插管滑脱，一般还要将棉线绕过插管的侧管再结扎一次。

4. 装置连接

用金属钩钩住家兔胸部部皮肤，并系线与张力传感器的应变梁相连，张力传感器与生理信号采集器的输入通道相连；

打开PC-lab 软件，将通道设置为“呼吸”，点击采样，收集家兔呼吸运动曲线。

5实验观察

①      记录平静呼吸的运动曲线，识别呼气和吸气各自对应的曲线方向，计算呼吸频率并测量强度；

②     增加无效腔对呼吸运动的影响：分别将两根长约50 cm和5cm、内径1 cm的橡皮管连于气管插管的侧管上，然后用止血钳夹闭短橡皮管一侧，以增加无效腔。观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制；

③      气道阻力对呼吸运动的影响：待呼吸运动恢复正常后，将气管插管的两个侧管同时夹闭数秒。观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制；

④      肺牵张反射对呼吸运动的影响：待呼吸运动平稳后，夹闭气管插管的一侧管，用20 ml 注射器吸入20 ml 空气，在吸气末期通过另一侧管徐徐向肺内注入，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量及强度。实验后立即打开夹闭的侧管，使呼吸恢复正常。同法，于呼气末期用注射器抽取肺内气体，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制（注气与抽气的时间仅限于三个呼吸节律的时间，然后立即打开夹闭的侧管）；

⑤    用线提起一侧迷走神经，接通刺激通路，使用露丝电极刺激迷走神经，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制；

⑥      阻断迷走神经传导对呼吸运动的影响：待呼吸运动恢复正常后，同时结扎双侧迷走神经，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制；重复④的实验内容，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量及强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制。

⑦      剪断双侧迷走神经，分别刺激中枢端（近头端）和外周端（远头端），观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制；

⑧    剪开并剪断右侧肋骨，造成人工开放性气胸，观察并记录家兔的运动呼吸曲线，计算呼吸频率并测量及强度，分析该因素引起呼吸运动变化的机制

观察过程中的注意事项

用生理盐水湿润过的纱布盖住颈部手术部位；

连接张力传感器时确定家兔以完全麻醉，否则家兔的剧烈挣扎易损坏张力传感器；

每一项实验前，要待家兔已经恢复正常呼吸后才能开始，并且描记一段正常的呼吸曲线作为对照。每项实验观察时间不宜过长，出现效应后应立即去掉刺激因素；

电刺激迷走神经之前，要调整好刺激强度，不要因刺激强度过强而造成家兔全身肌肉肌张力亢进而导致家兔死亡。

五实验结果

1平静呼吸的运动曲线

①  正常呼吸：

       

家兔的正常呼吸运动曲线

        

家兔的正常呼吸运动曲线

注：上图当中两个加号之间的曲线为一次呼吸的曲线，左边的是吸气曲线，右边的是呼气曲线。呼吸速率为5次每秒。

②      增大无效腔后呼吸加深，频率加快。

增大无效腔后家兔呼吸曲线

①    增加气道阻力后呼吸加深，频率加快。

         

增加气道阻力后家兔呼吸曲线

分析：用夹闭双侧管的方法来增大气道阻力，用这种方法切断呼吸系统和外界的联系，制约肺通气的能力，导致呼吸系统中氧分压下降，二氧化碳分压上升。这是因为氧气无法供应且在不断消耗，二氧化碳的产生在不断占据肺内环境，二氧化碳浓度的上升会降低内环境PH，刺激呼吸中枢，使呼吸加深。在膈肌放电中反映呼吸幅度减小，频率较正常略微减弱，在呼吸曲线上，呼吸速率减慢。

②    肺牵张反射使得吸气及时转变为呼气，切断两侧迷走神经，呼吸变慢。

    

切断两侧迷走神经后家兔呼吸曲线

③    切断一侧迷走神经，使呼吸频率加快。

切断一侧迷走神经后家兔呼吸曲线

六思考题

1  除了本实验中的因素，还有哪些因素会影响动物的呼吸运动？请列举2个因素并阐述其影响机制。

解答如下：

本实验中影响家兔呼吸的因素还有CO2的浓度，HCO3离子的浓度，还有H 离子的浓度等都是影响动物呼吸的因素。

（1）   HCO3浓度的影响

吸入高浓度CO2后家兔呼吸张力增加到，呼吸频率较正常呼吸相比呼吸张力增加，呼吸频率增加，通气量明显增加，呼吸频率加快是由吸入气中PCO2增加引起血液中pCO2增高，CO2通过血脑屏障进入脑脊液中溶于水，在碳酸酐酶的作用下分解成HCO3-+H+， H+刺激延髓化学感受器，间接作用于呼吸中枢，通过呼吸肌的作用使呼吸运动加强。 CO2分压增高还刺激主动脉体和颈动脉体外周化学感受器，反射性地使呼吸加深加快；结果发现吸入CO2后引起通气量增加比吸入纯氮气更明显，这可能与缺氧主要是刺激外周化学感受器，对中枢化学感受器具有抑制作用；PaCO2­对中枢化学感受器和化学感受器外周均有刺激作用；

（2）H+的影响：

     血液中[H+]升高通过刺激中枢和外周化学感受器，使呼吸加强。血中H+主要作用于外周感受器，H+通过血脑屏障进入脑脊液比较缓慢；中枢感受器的有效、直接刺激是脑脊液中的是[H+]变化，而不是O2、CO2的变化。