家兔呼吸运动的调节
【实验目的】
1、学习记录家兔呼吸运动的方法
2、.观察迷走神经在家兔呼吸运动调节中的作用
3、观察并分析肺牵张反射及其他因素对呼吸运动的影响
【实验原理】
人体及高等动物的呼吸运动之所以能持续地、节律性地进行,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。体内、外的各种刺激,可以直接作用于中枢或不同部位的感受器,反射性地影响呼吸运动,以适应机体代谢的需要。肺的牵张反射参与呼吸节律的调节。【实验
材料
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、器具和试剂】
家兔、兔手术台,常用手术器械,止血钳、眼科剪、支架、气管插管、橡皮管、Pc-Lab 生物信号采集系统、张力传感器、保护电极、纱布、棉球、细棉线、注射器(20ml)、生理盐水等
【实验步骤】;
1、麻醉:取家兔一只称重,按4-5ml/Kg耳缘静脉注射25%氨基甲酸乙酯进行麻醉。
2、固定剪毛:背位固定在兔手术台上,剪去颈部被毛。
3、手术分离气管与颈部神经:
A、颈部皮肤切口5-7cm:
B、分离肌肉层:钝性分离
C、行气管插管:倒“T”切口,插管固定
D、分离双侧迷走神经
4、手术分离家兔剑突软骨
5、用金属钩钩住游离的剑突软骨,连接至张力换能器上。
6、打开PcLab生物信号采集系统,接通第一通道,输入张力信号、记录正常的呼吸曲线。
7、观察实验项目
(1)记录正常的呼吸曲线,并识别吸气与呼气运动与曲线方向的关系。
(2)增加无效腔对呼吸运动的影响。
(3)CO2对呼吸运动的影响。
(4)缺氧对呼吸运动的影响。
(5)增加气道阻力对呼吸运动的影响。
(6)肺牵张反射
(7)同时结扎双侧迷走神经,观察呼吸运动的变化。
(8)再次观察肺的牵张反射。
(9)剪断双侧迷走神经,分别刺激中枢端和外周端,观察呼吸运动的变化。
(10)缓慢放血20ml观察呼吸运动曲线的变化。
【实验结果】
图1 家兔正常呼吸运动
平静呼吸时,家兔的呼吸肌有节律的收缩和舒张,其波形也是有节律的周期性的移动
文件1
图2 家兔呼吸运动增加无效腔
增大无效腔后,家兔的呼吸加深,呼吸频率加快;
文件1
图3家兔呼吸运动牵张反射(打起)
肺牵张反射吸气过长过深,促使吸气及时转入呼气,呼气加长
图4家兔呼吸运动牵张反射(抽气)
肺牵张反射吸气过长过深,促使吸气时间加长。
文件1
图5注入尼可刹米后的呼吸运动
注入尼可刹米后,使家兔的反射性的呼吸加深加快
文件1
图6双侧剪断迷走神经刺激外周端
双侧剪断迷走神经,神经冲动传递受阻,使得呼吸运动的调节受阻
图7双侧剪断迷走神经刺激中枢端
电刺激一侧迷走神经中枢端后家兔呼吸变浅,频率加快,几乎成一条直线。
文件1
图8气胸对呼吸运动的影响
气胸情况下,家兔的呼吸减弱,接近不呼吸
【分析讨论】
1、正常的呼吸运动,呼吸运动是呼吸肌的舒缩运动,是呼吸肌(胸壁上的肋间肌和膈肌)在神经系统控制下进行的有节律的收缩和舒张造成的。图中升波为吸气期,它主要是由吸气神经元放电产生;而降波为呼气肌,它是由呼气神经元放电产生。膈肌的收缩活动受来自中枢的传出神经支配,传出冲动的节律与频率,影响膈肌的收缩节律、频率与强度.
2、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。所以当给家兔气管插管的侧管连接50cm长的胶管时,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,增加呼吸频率是肺泡通气量保持不变,维持正常呼吸。
3、结扎迷走神经
迷走神经是肺牵张反射的传入神经,将其结扎后,阻断了肺牵张反射的传入通路,使肺的牵张反射作用减弱,出现吸气加深,呼吸频率变慢。阻断迷走神经后,肌肉细胞放电的同
步性下降,有更多的细胞发生电变化,但没有同步性,使得膈肌放电的波群变宽,即完成膈肌整体的一次收缩要经历更长的时间,同时膈肌放电图的另一个变化是波群之间的间隔拉大
4、切断一侧迷走神经后,由于这一侧迷走神经的神经冲动传递受阻,使得呼吸运动的调节受阻;随后由于迷走神经为混合神经,另一侧迷走神经将起到呼吸调节作用,此时发挥负反馈调节作用,加速吸气和呼气活动的交替,即呼吸频率加快。
5、剪断迷走神经
剪断迷走神经后,神经冲动传不到中枢,。因此呼吸频率没有明显变化,但膈肌放电的幅度明显变大。这是因为吸气神经元失去抑制,加强了膈肌放电,随着细胞增多,细胞兴奋的同步性加大,因此造成放电幅度和收缩幅度增大。
6、刺激迷走神经外周端
刺激迷走神经外周端,呼吸运动和膈肌放电的频率和强度都显著加强,因为在剪断的迷走神经外周端刺激,刺激信号直接传输到相关的效应器上,引起生理效应,在这里就
表
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现为呼吸运动的加强、加快和膈肌放电时程的缩短和幅度加大。对比表明,对呼吸运动起正调节运动的神经元主要处于脑神经中枢部位,而在脊神经既有正调节神经元又有负调节神经元存在。迷走神经传出的刺激信号,主要是对呼吸运动起正调节作用。
7、肺牵张反射的肺扩张反射的作用在于阻抑吸气过长过深,促使吸气及时转入呼气。肺扩张反射的感受器位于从气管到细支气管的平滑肌中,当吸气时肺扩张牵拉呼吸道,感受器兴奋,冲动经迷走神经传入延髓,在延髓内通过一定的神经联系是吸气切断机制兴奋,切断吸气,转入呼气。这样便加速了吸气向呼气转换,使呼吸频率增加。所以切断两侧迷走神经后,吸气延长、加深,呼吸变得深而慢。
8、当用5V的电脉冲刺激迷走神经中枢端时,相当于恢复了迷走神经的功能,又由于刺激电压过大,使呼吸频率显著加快,呼吸也由此变浅。
9、增加气道阻力
用夹闭双侧管的方式来增大气道阻力,用这种方法切断了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O
2分压下降,C O
2
分压上升。这是因为O
2
无法供应且在不断的
消耗,C O
2的产生在不断占据肺内环境。C O
2
浓度的上升会降低内环境的PH值,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,频率较正常由略微减弱,在呼吸曲线上,呼吸速率减慢。
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