家兔呼吸运动的调节

20122501002 生物科学二班朱慧兴

1. 实验目的

1.1 学习家兔呼吸运动的测定方法；

1.2 观察并分析牵张反射以及影响呼吸运动的各种因素.

2. 实验原理

呼吸运动是呼吸中枢节律性活动的反映.在不同生理状态下，呼吸运动所发生的适应性变化有赖于神经系统的反射性调节，其中较为重要的有呼吸中枢、肺牵张反射以及外周化学感受器的反射性调节.因此，体内外各种刺激，可以直接作用于中枢部位或外周的感受器反射性地影响呼吸运动.

3. 实验对象与实验材料

家兔常规手术器械、手术刀、手术剪、镊子、眼科剪、金冠剪、玻璃分针、棉花、纱布、棉线、小弯钩、烧杯、污物缸、兔手术台、塑料绳、长塑料管（1.5m)、棉签、20ml注射器、5ml注射器、1ml注射器、照明灯、保护电极、滑轮、支架、PowerLab生理实验系统、气管插管、张力传器感、麻醉剂（2%戊巴比妥钠 2ml/Kg ）、生理盐水、50mg/ml尼可刹米注射液、其他溶液如1%乳酸溶液等.

4. 实验步骤

4.1 麻醉：2%戊巴比妥钠；2ml/kg体重；耳缘静脉注射.

4.2 固定（仰式）、剪毛、剪颈部皮肤4~5cm，钝性分离颈部肌肉等组织，剪颈部皮毛和胸部剑突位置皮毛.

4.3 气管插管：暴露气管、穿线、手术刀手术剪T形切口，事先准备好的棉签将气管中的血块弄出，插好气管插管并结扎.

4.4 颈部气管及神经分离手术：气管插管、分离双侧迷走神经.

4.5 剑突软骨分离手术：切开剑突位置皮肤约2cm，细心分离剑突软骨周边组织，暴露剑突软骨，剪断骨柄，保留骨柄下方膈肌与剑突相连.

4.6 连接实验装置：PowerLab 通道2 -张力换能器，刺激电极连接，设置CH2桥式放大器(5mV，10Hz)和刺激器（100脉冲，1V，1mS，40Hz).

4.7 实验观察项目：

4.7.1 记录家兔平静呼吸的运动曲线，观察家兔吸气和呼气时候对应的曲线方向；

4.7.2 增加无效腔：另一侧用止血钳夹闭；

4.7.3 增加气道阻力：同时夹闭气管插管两侧管；

4.7.4 肺的牵张反射：一侧气管胶管用20ml大注射器吸入20ml空气，待呼吸运动平稳后，夹闭气管插管的一侧胶管，在家兔吸气之末，用三个呼吸节律时间徐徐向家兔肺内注入20ml空气，观察记录呼吸运动曲线的变化.实验后立即打开夹闭的侧管.同法，于呼气之末用20ml注射器抽取肺内气体20ml（维持3个呼吸节律时间），观察呼吸的运动曲线（注意吸气之末和呼气之末，先夹闭一侧管，再注入空气或抽气，时间控制在三个呼吸节律的时间，然后松开夹闭）；

4.7.5 增加吸入气的CO2浓度(选做）；

4.7.6 低氧实验（钠石灰特制低氧瓶，选做）；

4.7.7 血中H+增多实验（1%乳酸溶液0.5ml，选做) ；

4.7.8 注射尼可刹米（50mg/ml,用量0.5ml).

4.7.9 阻断迷走神经传导：同时结扎两侧迷走神经，二人同时操作，第一结要紧、狠.

4.7.10 在阻断迷走神经传导的基础上，重复4.7.4的肺牵张反射实验.

4.7.11 剪断双侧迷走神经，分别刺激中枢端和外周端，观察呼吸曲线变化.

4.7 12 气胸实验：剪开并剪断右侧肋骨.

5. 实验结果

图1.家兔正常呼吸曲线（频率20Hz，脉冲1ms，振幅1v，脉冲数200）

图2.增加无效腔对家兔呼吸曲线

图3.增加气道阻力家兔呼吸曲线

图4.家兔呼吸运动牵张反射（打气）

图5.家兔呼吸运动牵张反射（抽气）

图6.结扎双侧迷走神经后家兔的呼吸曲线

图7.结扎迷走神经后家兔呼吸运动牵张反射（打气）

图8.结扎迷走神经后家兔呼吸运动牵张反射（抽气）

图9.双侧剪断迷走神经刺激外周端（频率20Hz，脉冲1ms，振幅3v，脉冲数300）

图10.双侧剪断迷走神经刺激中枢端

图11.气胸对呼吸运动的影响

6. 结果分析

6.1增大呼吸无效腔对呼吸运动的影响：

图1表示的是家兔正常呼吸时的运动特点，呼吸中枢产生的节律性电活动,通过脊髓发出的膈神经和肋间神经传导到膈肌和肋间外肌,使之收缩和舒张产生规律的呼吸运动。膈肌位于胸腔与腹腔之间,构成胸腔的底。膈肌为主要的呼吸肌,收缩时,膈肌下降,胸腔容积增大,产生吸气;舒张时,膈肌上升恢复原位,胸腔容积减小,表现为呼气。

由图2分析可知，无效腔包括解剖无效腔、生理无效腔。即不能进行气体交换的呼吸道。解剖无效腔包括从口、鼻至细支气管的整个呼吸道，既无呼吸上皮，又无肺循环血液供应，不能参与肺泡与血液之间的交换。每次吸气时，首先进入肺泡的是上次呼气之末存在呼吸道内的肺泡气，然后才是新吸入的空气；每次呼气时，首先呼出的是上次呼气之末充盈于呼吸道内的吸入气，然后才是肺泡气。因此，每次呼吸中最后吸入的充盈于呼吸道的这部分气体，恰是最先呼出的、未与肺泡气混合、未参与气体交换的气体，其量为解剖无效腔的容量。

实验中通过插管的方式增大无效腔，也就是减小了进入肺泡的潮气量，即每次的有效气体更新变小。效果促使O2分压下降，CO2 分压上升；使其反射性的调节使呼吸加深加快。所以膈肌放电的变化幅度加大，频率有微量增大。反映到膈肌的收缩曲线，由于收缩频率的增大，为了维持正常的肺部通气量，所以收缩强度减弱。

6.2 观察图3，表示的是家兔呼吸阻力增大时的呼吸特点，实验中用夹闭双侧侧管的方式增大气道阻力实际上是在正常的呼吸中忽然阻断整个呼吸系统和外界的联系。直接影响是整个呼吸系统中的氧气分压降低，二氧化碳分压升高。原因是：氧气无法及时供给反而在不断消耗，而二氧化碳的产生在不断的占据整个气压环境。二氧化碳的浓度升高会引起内环境的氢离子浓度增大，刺激呼吸中枢，使得呼吸加强加深，在膈肌放电中反映的就是呼吸频率的减弱，而从张力感受图中反映呼吸肌收缩加强，表现在动物体上就是呼吸加深。由于收缩时间的延长，表面上看是呼吸速率减弱。所有的变化是在一个相对封闭的环境中，二氧化碳的溶解度较大，环境的压力会逐渐减弱，时间长了就会影响肺部的功能，所以要在很短的时间内完成实验，要将时间控制在数秒内。

6.3 图4表现的是向肺部打气造成的肺部牵张反射。向肺部打气相当于使肺部发生扩张，这种扩张刺激了气管平滑肌的牵张感受器，冲动由迷走神经传入延髓，抑制吸气神经元，切断吸气，引起被动呼气。所以如果这次实验注入气体过久，气量过大，可能会使得呼吸停止在呼气的位置。实验结果也显示了由于增大肺部的体积引起的膈肌收缩力的减弱和呼吸频率的减小。

6.4 图5是从肺部吸气造成的肺部牵张反射。从肺部吸气造成了肺部的萎缩，信号通过迷走神经传入呼吸中枢的程度减弱，对于吸气神经元的抑制程度减小，就会引起吸气神经元发生兴奋，增加呼吸的强度。实验图中显示了从开始抽气到这种变化恢复的过程。出现了明显的呼吸强度的增大。

6.5 切断双侧颈迷走神经后，动物的呼吸运动呈慢而深的变化：由于迷走神经为肺牵张反射的传入神经, 参与呼气和吸气之间相互转化并维持呼吸的深度和频率。剪断两侧迷走神经后, 中断了肺牵张反射的传入通路, 使肺牵张反射的生理作用减弱, 出现吸气过深, 呼吸频率变慢。途中由于出现张力曲线的基线下移使得显示出的收缩曲线幅度没有多少变化，从后面的图中可以比较清楚的看到收缩的强度变大。而刺激迷走神经, 促进呼气与吸气相互转化, 呼吸频率就加快。

6.6 剪断双侧迷走神经，分别刺激中枢端和外周端，观察呼吸曲线变化：图9中我们可以看出，刺激剪断的迷走神经外周端，发现收缩曲线以及呼吸频率没有什么变化。原因是刺激迷走神经实际是人为制造肺部的扩张信号，使之通过迷走神经传入呼吸中枢。由于迷走神经已经剪断，信号传不到中枢，也就成了无效信号，所以图中显示刺激前后没有变化。

6.7 图10表示的是刺激中枢端时的呼吸节律，刺激迷走神经的中枢端出现了呼吸强度的明显下降，频率加快。原因是这是的刺激和中枢之间没有阻碍，所以是有效刺激。剪断迷走神经的直接后果是失去了中枢的抑制，呼吸加深变慢。一旦给予刺激，冲动传入延髓抑制了吸气神经元的活动，使得吸气程度部分被抑制，一定程度上引起了被动的呼气，综合起来使得呼吸的速率提高，呼吸的强度减弱。由于迷走神经的传入神经也是复合神经干，所以在一定范围内这种变化的程度和刺激强度有关。

6.8 图11表示的是兔子气胸对其呼吸运动的影响，胸内负压形成的主要条件有胸膜腔的密闭性和肺的回缩力。当气胸时，胸膜腔的密闭性受到破坏，胸膜腔内的负压消失，由于肺脏本身的回缩力肺脏缩至其自然体积大小，呼吸运动增强而显得呼吸困难，但通气量减小。

注意事项

7.1 气管插管注意气管内血液清理；

7.2 注意麻醉注射的位置和技巧；

7.3 注意分离剑突手术剪开的皮肤切口长度约2cm；

7.4 剑突必须和膈肌相连，剪断骨柄的技巧；

7.520ml注射器内加小片塑料泡沫或棉花，避免抽气和注入不小心弄破注射器；

7.6 二人或三人同时配合好；

7.7 家兔激烈反应时注意保持冷静，因为注射乳酸和气胸实验动物反应较强，可以事先补加麻醉药让家兔深度麻醉状态.