浙大生理学－家兔呼吸运动调节实验

浙大生理学－家兔呼吸运动调节实验 实验报告 课程名称: 生理学实验 实验类型: 验证性实验 实验名称: 实验8.3 家兔呼吸运动调节实验 指导老师: 梅汝焕 本人联系方式: 同组学生姓名: 家兔呼吸运动调节 [摘要] +目的:学习哺乳动物的手术操作，掌握气管插管和神经血管分离术;探讨血液中PCO、PO和[H]22对家兔呼吸运动的影响及机制;探讨迷走神经在家兔呼吸运动调节中的作用及机理。 方法:在气管插管的情况下通过增大无效腔气量、增加吸入PCO、增加吸入N、注射乳酸、剪断迷22走神经、电刺激迷走神经中枢端等方法，用微机生物信号处理系统观察家兔呼吸运动的变化。 结果:增大无效腔气量、提高PCO2、注射乳酸均可使家兔呼吸加深加快，而剪断一侧及两侧迷走神经、电刺激迷走神经中枢端则使其呼吸变浅，频率变慢。 结论:提高吸入气体PCO2，降低PO2可导致呼吸加深加快;迷走神经是呼吸运动调节反射中的传入神经，剪断一侧及两侧迷走神经后，可通过反馈调节使呼吸变浅，频率加快。 [关键词] 呼吸运动、PO、PCO、H+浓度、迷走神经 22 1. 引言 呼吸运动(respiratory movement)是呼吸中枢节律性活动的反映。在不同的生理状态下，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通过不同的感受器反射 性地影响呼吸运动的影响，以了解呼吸调节的原理。 2. 实验材料 2.1 动物:家兔体重2.5,3.0 kg，雌雄不拘，由动物实验中心提供。 2.2 药品试剂:20,氨基甲酸乙酯(尿酯)、N、CO、20 g/L乳酸。 22 2.3 器材: RM6240生物信号处理系统(RM6240 biolgical signal collecting system )(成都仪器厂)、呼 吸换能器(成都仪器厂)、哺乳动物手术器械、兔手术台、Y型气管插管、保护电极。 3. 方法 3.1 手术准备 3.1.1 家兔捉拿称重:右手抓住家兔颈部皮肤，左手托住其臀部，使动物体重主要落在抓取者 的左掌心。 3.1.2 家兔麻醉:将家兔置于兔箱内，按5 ml/kg (1 g/kg)体重耳缘静脉注射20,氨基甲酸乙酯。 注射时，应尽可能从远心端开始注射，以便重复注射。 3.1.3 家兔固定:家兔麻醉完毕后，将家兔仰卧位固定在手术台上。用塑料绳绑在家兔踝关节 上，将两后肢拉直后将塑料绳捆绑于手术台后缘的钩子上，前肢的塑料绳则从躯干下穿 过并压住对侧前肢，后交叉捆绑于手术台两侧的钩子上。最后将家兔门牙捆住并固定在 金属柱上。 3.1.4 家兔剪毛:用剃毛机剃去家兔颈部手术部位的兔毛。 3.1.5 手术: ? 颈前正中作6~8 cm左右皮肤切口，在正中线出用血管钳钝性逐层分离皮下组织、筋 膜和肌肉，使气管分离暴露，并在其下穿一条粗棉线备用。 用玻璃分针钝性分离双侧迷走神经，左侧穿一根，右侧穿两根。 ? ? 用手术剪在甲状软骨下3~4环处剪一“?”切口，插入气管插管，结扎固定。 3.2 系统连接和参数设定:呼吸换能器接生RM6240物信号采集处理系统1通道，时间常数为直流，滤波频率为30 Hz，灵敏度为50 ml;采样频率为800 Hz。 3.3 实验观察 3.3.1 正常呼吸运动:启动生物信号采集处理系统记录按钮，记录家兔正常呼吸曲线，观察家 兔呼吸频率和幅度。 3.3.2 增大无效腔对呼吸运动的影响:在气管插管一侧接上一根胶管，以增加气道长度，记录 并观察家兔呼吸运动的变化。 3.3.3 吸入高浓度N对呼吸运动的影响:待呼吸曲线恢复正常后，将连接N气泵的胶管插入22 倒扣的小烧杯里，再将小烧杯罩于气管插管口处，使家兔吸入高浓度的N。记录并观察2 家兔呼吸运动的变化。大概持续15 s左右，移开胶管和烧杯，使呼吸运动恢复正常。 3.3.4 吸入高浓度CO对呼吸运动的影响:待呼吸曲线恢复正常后，将连接CO气泵的胶管插22 入倒扣的小烧杯里，再将小烧杯罩于气管插管口处，使家兔吸入高浓度的CO。记录并2 变化。大概持续15 s左右，移开胶管和烧杯，使呼吸运动恢复正常。 观察家兔呼吸运动的 +3.3.5 血液中[H]升高对呼吸运动的影响:待呼吸曲线恢复正常后，由耳缘静脉迅速注射入20 g/L乳酸溶液2 ml，记录并观察家兔呼吸运动的变化。 3.3.6 迷走神经在呼吸运动调节中的作用:待呼吸曲线恢复正常后，将右侧迷走神经下的丝线 分别打结，在两个绳结之间将右侧迷走神经剪断，观察呼吸运动是否变化。待呼吸曲线 恢复正常后，剪断左侧迷走神经，观察呼吸运动是否变化。 3.3.7 电刺激中枢端迷走神经对呼吸运动的影响:用波宽2 ms，电压5~10 V，频率15~30 Hz 电脉冲间断刺激迷走神经中枢端，记录并观察家兔呼吸运动的变化。 4. 实验结果 4.1 增大无效腔对家兔呼吸运动的影响 家兔原通气量为980.47?488.36 ml/min，无效腔增大后为1273.05?621.50 ml/min，通气量明显增大，两者有显著差异。家兔原呼吸频率为38.71?7.61次/min，无效腔增大后为47.14?12.51次/min，呼吸频率明显增大，两者有显著差异。见表一: 表1 增加气道长度对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 增加气道长度 处理前 处理后 处理前 处理后 1 654.25 1976.62 43 70 2 1320.24 1462.31 39 43 3 671.31 717.79 32 36 4 303.58 647.61 28 35 5 1203.38 717.3 35 40 6 1758.2 2154.5 44 51 7 952.3 1235.22 50 55 ,x ? s 980.47?488.36 1273.05?621.50* 38.71?7.61 47.14?12.51** P*=0.102;p**=0.018 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.2 吸入高浓度N对呼吸运动的影响 2 家兔原通气量为1087.71?421.59 ml/min，吸入氮气后为1618.74?639.09次/min，通气量明显 增大，二者有显著性差异。家兔原呼吸频率为42.71?5.91次/min，吸入氮气后为57.14?8.57次/min， 呼吸频率明显增大，二者有显著性差异。见表2: 表2 吸入氮气对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 吸入N 2 处理前 处理后 处理前 处理后 1 675.1 984.98 43 64 2 1367.74 2184.95 41 57 3 1238.72 1769.72 35 51 4 516.67 1099.08 36 42 5 1107.32 1327.38 45 58 6 1758.2 2719.3939 48 68 7 950.2 1245.66 51 60 ,x ? s 1087.71?421.59 1618.74?639.09* 42.71?5.91 57.14?8.57** P*=0.001;p**=0.000 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.3 吸入高浓度CO对呼吸运动的影响 2 家兔原通气量为1051.32?426.26 ml/min，吸入二氧化碳后为2181.93?519.18 ml/min，通气量 明显增大，二者有显著差异。家兔原呼吸频率为43.57?6.73次/min，吸入二氧化碳后为72.00? 6.78次/min，呼吸频率明显增大，二者有显著差异。如表3: 表3 吸入二氧化碳对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 吸入CO 2 1 667.24 1557.89 45 63 2 1269.73 2577.42 38 77 3 1282.38 2846.74 42 77 4 485.07 1977.7 32 82 5 943.24 1759.65 50 70 6 1758.2 2719.3939 48 68 7 953.4 1834.7 50 67 ,x ? s 1051.32?426.26 2181.93?519.18* 43.57?6.73 72.00?6.78** P*=0.000;p**=0.001 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 +4.4 血液中[H]升高对呼吸运动的影响 家兔原通气量为1011.66?461.26 ml/min，注射后为1444.87?511.77 ml/min，通气量明显增大。 家兔原呼吸频率为48.57?9.50次/min，注射后为58.57?6.27次/min，呼吸频率增大。如表4: 表4 静脉注射2%乳酸对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 静注射2%乳酸 处理前 处理后 处理前 处理后 1 703.57 1197 44 57 2 1037.09 1245.41 46 57 3 1438.452 1296.49 61 57 4 383.79 872.22 31 65 5 800.39 1305.32 52 65 6 1758.2 2449.2 53 47 7 960.13 1748.43 53 62 ,x ? s 1011.66?461.26 1444.87?511.77* 48.57?9.50 58.57?6.27** P*=0.005;p**=0.046 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.5 切断一侧迷走神经对家兔呼吸运动的影响 家兔原通气量为991.02?479.78ml/min，切断后为1479.50?592.67 ml/min，通气量明显增大，两者差异显著。家兔原呼吸频率为46.86?8.55次/min，切断后为46.71?8.83次/min，呼吸频率略微减少，两者差异不显著。如表5: 表5 切断一侧迷走神经对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 切断一侧迷走神经 处理前 处理后 处理前 处理后 1 747.3 1035.28 43 41 2 822.72 1096.39 45 34 3 1488.65 2274.87 51 44 4 342.35 1062.73 30 60 5 800.68 1287.3 55 56 6 1758.2 2397.8 52 47 7 977.254 1202.13 52 45 ,x ? s 991.02?479.78 1479.50?592.67* 46.86?8.55 46.71?8.83** P*=0.001;p**=0.490 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.6 切断两侧迷走神经对家兔呼吸运动的影响 家兔原通气量为1162.09?222.02 ml/min，切断后为1454.37?538.51 ml/min，通气量增大，但两者差异不显著。家兔原呼吸频率为47.71?10.66次/min，切断后为40.86?8.40次/min，呼吸频率减少。如表6: 表6 切断两侧迷走神经对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 切断两侧迷走神经 处理前 处理后 处理前 处理后 1 975.23 1240.06 41 39 2 1158.22 961.11 31 26 3 1350.11 1774.08 46 51 4 996.89 987.98 65 36 5 1135.26 1399.3 55 42 6 1558.2 2506.7305 47 49 7 960.7 1311.32 49 43 ,x ? s 1162.09?222.02 1454.37?538.51* 47.71?10.66 40.86?8.40** P*=0.038;p**=0.081 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.7 电刺激中枢端迷走神经对呼吸运动的影响 家兔原通气量为1152.38?266.19ml/min，刺激后为927.83?542.42 ml/min，通气量明显减少， 两者具有显著差异。家兔原呼吸频率为42.57?8.28次/min，刺激后为61.00?32.63次/min，呼吸 频率增加。如表7: 表7 5V，30Hz，2ms电刺激右侧迷走神经中枢端对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 切断两侧迷走神经 处理前 处理后 处理前 处理后 1 1527.37 328.02 46 25 2 951.47 190.02 27 127 3 1473.48 1727.92 39 43 4 1117.92 740.35 41 72 5 1200.6 1129.3 51 60 6 834.53 1253.8 43 45 7 961.3 1125.4 51 55 ,x ? s 1152.38?266.19 927.83?542.42* 42.57?8.28 61.00?32.63** P*=0.176;p**=0.128 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 4.8 电刺激外周端迷走神经对呼吸运动的影响 家兔原通气量为1007.19?503.68ml/min，刺激后为1219.09?486.89ml/min，通气量略微增大， 两者没有显著性差异。家兔原呼吸频率为52.00?16.40次/min，刺激后为69.00?10.10次/min，呼 吸频增大。见表8: 表8 5V，30Hz，2ms电刺激右侧迷走神经外周端对家兔呼吸的影响 通气量(ml/min) 呼吸频率(次/min) 切断两侧迷走神经 处理前 处理后 处理前 处理后 1 1160.72 1469.87 69 79 2 175.52 726.03 31 54 3 4 1117.92 740.35 41 72 5 1039.6 1302.9 52 64 6 1542.2 1856.3 67 76 7 ,x ? s 1007.19?503.68 1219.09?486.89* 52.00?16.40 69.00?10.10** P*=0.123;p**=0.008 要求:*p<0.05、**p<0.01 vs处理前 5. 讨论 5.1 本次实验中，由于前期兔子挣扎较剧烈，在注射麻药的过程中，小组成员按压过紧，可能导致家兔气管被压迫而窒息死亡，而本次实验并没有能够顺利地进行下去。因此，在实验过程中应时刻注意家兔的状态，操作过程也应规范化，尽量避免过重地按压家兔颈部，若发现家兔有所异常应及时停止操作并检查以便做出相应的拯救措施。 5.2 从“血液中[H+]升高对呼吸运动的影响”这一实验开始，后续的一系列实验的p值都较大，家兔的通气量、呼吸频率在各组实验前后有变化但是变化并不是十分明显。可能是之前的一系列实验过程中，操作不是十分规范，导致家兔的生理状况发生改变，可能家兔并不能完全恢复至正常呼吸状态而导致实验最终结果产生偏差。但是，实验所得结果的总体趋势符合一般规律。 5.3 实验结论: 5.3.1 增大无效腔对家兔呼吸作用的影响: 无效腔是指未进行气体交换的一部分肺泡容量，包括解剖无效腔和肺泡无效腔。且 肺泡通气量=(潮气量,无效腔气量)×呼吸频率，所以当给家兔气管插管的侧管连接胶 管时，增大了解剖无效腔，使肺泡通气量减少，因此家兔通过调节增大潮气量即呼吸加 深，增加呼吸频率使肺泡通气量保持不变，维持正常呼吸。 5.3.2 吸入高浓度N2对呼吸运动的影响 机体因吸入被惰性气体过度稀释的空气时，由于PaO2过低发生缺氧，称为大气性缺 氧。 PaO2降低可刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性地引起呼吸加快加深， 从而使肺泡通气量增加，肺泡气氧分压升高，PaO2也随之升高 5.3.3 吸入高浓度CO2对呼吸运动的影响 CO2是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素，一定水平的PCO2水平对维持呼吸 和呼吸中枢的兴奋性是必要的。CO2刺激呼吸是通过两条途径实现的:?通过刺激中枢 化学感受器再兴奋呼吸中枢;?刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和迷走神经传入延 髓呼吸有关核团，反射性地使呼吸加深、加快，增加通气量。肺通气量增加可以增加CO2 的排出，肺泡气和动脉血P CO2可重新接近正常水平。 5.3.4 血液中[H+]升高对呼吸运动的影响 动脉血[H，]增加，呼吸加深加快，肺通气量增加;[H，]降低，呼吸受到抑制。H， 对呼吸的调节也是通过外周化学感受器和中枢化学感受器实现的。中枢化学感受器对H ，的敏感性较外周的高，约为外周的25倍。但是，H，通过血液屏障的速度慢，限制了 它对中枢化学感受器的作用。所以以外周化学感受器的途径为主。对家兔静脉注射2%乳 酸后，有的家兔出现通气量和呼吸频率大幅度提高的情况，可能是乳酸未进入血管而被 注射入组织，对家兔造成较大痛觉刺激，使其通气量和呼吸频率大幅度提高。 5.3.5 切断一侧迷走神经对家兔呼吸运动的影响 迷走神经的作用:迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，当吸气运动使肺扩张时， 该神经纤维 兴奋，冲动传入中枢后引起吸气切断机制，吸气神经元活动抑制，吸气停止 转为呼气运动，从而加速吸气?呼气运动的交替。当切断迷走神经后，中断了肺扩张反 射的传入通路，反射作用减弱，从而出现了呼吸程度加深，呼吸速度减慢的现象。 5.3.6 切断两侧迷走神经对家兔呼吸运动的影响 切断另一侧迷走神经，家兔呼吸幅度进一步加深，呼吸频率进一步减小，由于剪断 了双侧迷走神经，机体失去了对呼吸的正常调节机制，所以呼吸速率和强度都无法回到 正常水平。 5.3.7 电刺激中枢端迷走神经对呼吸运动的影响 迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，肺的牵张反射包括:肺扩张后引起吸气活动 的抑制，呼气加强;肺缩小后引起呼气活动抑制，吸气加强的过程。这两种反射传入神 经纤维都经由迷走神经传入中枢，调节呼吸运动。电刺激迷走神经中枢端，引起这两种 纤维成分都同时持续兴奋，故家兔的呼吸运动变得浅快，严重时甚至将导致呼吸运动的 暂停。 5.3.8 电刺激外周端迷走神经对呼吸运动的影响 由于迷走神经已经被切断，电刺激信号不能传递到神经中枢，故对外周端的神经刺 激对家兔呼吸无影响。 5.3.9 实验结果汇总见下表9: 表9 实验结果汇总 实验处理 通气量 呼吸频率 增加无效腔 明显增大 明显增加 吸入氮气 明显增大 明显增加 吸入二氧化碳 明显增大 明显增加 注射乳酸 明显增大 增加 切断一侧迷走神经 增大 略微减少 切断两侧迷走神经 增大 减少 电刺激右侧迷走神经中枢端 减小 增加 电刺激右侧迷走神经外周端 略微增大 增加 【参考文献】 [1] 王会平, 林国华. 新编生理学实验教程. 杭州. 浙江大学出版社. [2] 张志雄等.生理学[M].上海:上海科学技术出版社.2006. [3] 陈季强主编，基础医学教程各论.北京:科学出版社.2004.9.499. [4] 齐瑞芳,吕军,王立军,常燕琴,马宝慧. 家兔呼吸运动调节实验的改进. 中国民族民间医药 [5] 陈宇,孙宇,宋海军,袁艳平,朱河水. 不同处理迷走神经对家兔呼吸、心率的影响. 湖北农业科学. 2008.1(47).