吸入二氧化碳对家兔呼吸运动的影响

吸入二氧化碳对家兔呼吸运动的影响
吸入二氧化碳对家兔呼吸运动的影响
摘要：目的：观察血液中化学因素（如PCO₂、PO₂和[H+]）改变对家兔呼吸运动（呼吸频率、节律、幅度）的影响，初步探讨其作用部位，并分析机制。

观察减压神经及迷走神经在家兔呼吸运动调节中的作用，初步探讨其机制。

掌握气管插管术和神经血管分离术。

方法：运用气管插管术和颈部神经分离术暴露家兔气管、减压神经和迷走神经，向气管通入CO₂，并用生物信号采集处理系统记录家兔呼吸流量和频率。

结果：持续吸入CO₂10秒钟，家兔呼吸流量由0.298ml/s 增至1.26ml/s，呼吸频率由48次/分增至52.9次/分。

结论：通过增加吸入CO₂浓度，刺激外周化学感受器，家兔呼吸变深变快。

关键词：CO₂浓度；呼吸运动；外周化学感受器Abstract: Objective:To observe the blood chemistry factors (such as PCO₂, PO₂and [H+]) on rabbit respiration (respiration frequency, rhythm, amplitude) effect, discuss its site of action, and analyze the mechanism. To observe the effect of decompression of nerve and vagus nerve in the regulation of respiratory movement
肺心病患者死亡的主要原因，[2]研究CO₂浓度对呼吸运动的影响在临床上具有重要意义，为了探究吸入CO₂对家兔呼吸运动的影响，我们进行了本次实验。

1.材料和方法
1.1 实验对象：
健康家兔，浙江中医药大学动物实验中学提供。

1.2 实验药品和试剂
20%氨基甲酸乙酯，CO₂，2%乳酸，0.9% 生理盐水
1.3 实验仪器
呼吸换能器，铁架台，兔手术台，气管插管，玻璃分针，止血钳，手术刀，手术剪，手术盘，注射器，细线，橡胶管，生物信号采集处理系统，微机。

1.4 实验方法
1.4.1实验系统连接和参数设置
用橡胶管连接呼吸换能器测压口和气管插管，呼吸换能器输出线连接微机生物信号处理系
统。

启动RM6240系统软件，在系统软件窗口设置仪器参数。

点击“实验”菜单，选择“呼吸运动调节”项，调节灵敏度为1m/s，扫描速度为2.5s/div。

设置通道一参数为流量。

1.4.2麻醉固定
耳缘静脉注射麻醉剂，按5ml/kg的量，试验中兔子称重为2.2kg，共注射11ml麻醉剂。

待兔麻醉后，将其仰卧，先后固定四肢及兔头于兔手术台上。

1.4.3气管插管
剪去颈前毛，颈前正中切开皮肤6~7cm，直至下颌角上1.5cm，用止血钳钝性分离软组织及颈部肌肉，暴露气管及与气管平行的左、右血管神经鞘，细心分离右侧鞘膜内减压神经和迷走神经，分别在减压神经和迷走神经下穿线备用。

分离气管。

在环状软骨下约1cm处，做“┷”形剪口，气管插口由剪口处向肺端插入，插入时避免损伤气管黏膜引起出血，用一细线将插管口结扎固定。

1.5实验观察
1.5.1启动生物信号采集处理系统记录按钮，记录一段正常呼吸运动曲线作为对照。

1.5.2打开二氧化碳气体导管，置于气管插管开口前，使家兔吸入纯二氧化碳气体，10秒钟后立即移去二氧化碳气体导管，观察和记录呼吸运动的变化（正常的呼吸频率和流量）。

2.结果
吸入空气，持续10秒钟
吸入CO2，持续10秒钟
3.讨论：
吸入CO2浓度，家兔呼吸流量及频率均增大，呼吸运动加深、加快。

这是由于动脉血中CO2分压升高，CO2的浓度也增高，可使呼吸加深加快，肺通气量增加。

其机制是：二氧化碳刺激呼吸是通过两条途径实现的，一是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呼吸有关核团，反射性得使呼吸加深、加快，增加肺通气[3-4]。

①通过延髓中枢化学感受区兴奋，使呼吸中枢兴奋——由于血液中CO2能迅速通过血-脑脊液屏障，由于脑脊液的缓冲能力差，故PH值下降，从而使中枢化学感受区周围液体中的氢离子浓度升高。

刺激中枢化学感受区，引起呼吸中枢兴奋，呼吸增强。

②通过外周化学感受器兴奋，反射性地引起呼吸中枢兴奋——当血中CO2升高时，可刺激颈动脉和主动脉体，冲动经窦神经和主动脉神经，然后分别并入第九第十对脑神经入延髓，反射性地增强呼吸运动。

吸入气中CO2浓度增加，将导致肺泡气PCO2浓度，动脉血CO2浓度也随之升高，呼吸加深加快。

4.结论：
通过增加吸入CO₂浓度，刺激外周化学感受器，家兔呼吸变深变快。

5.参考文献：
[1] 《机能学实验教程》陆源，林国华，杨午鸣主编第二版科学出版社，2010.6.
[2] 费建琼.浅谈肺心病合并呼吸衰竭的临床护理[J].临床医药文献电子杂志，2015.14.
[3] 解龙昌，黄如训.Ondine’s eulh 综合症与中枢神经损害[J].中国临床神经科学，2003，11（4）：419-421.
[4] Morrel MJ，lIe wl P.M cxavi，et al.Unilateral focal lesions in the togtrolateral medulla Mluenee chemosensitivity and breathing measuredduring wakefulness，sleep and exercise [J].JNerosurgery psychiatry，1999，67
附加实验：
1.实验方法
1.1堵住气管插管开口，使管径减小一半，使气道阻力增大，持续10秒钟后观察和记录呼吸运动的变化（正常的呼吸频率和流量）。

1.2增大无效腔（橡胶管长度是气道的5倍）,使吸入O2减少，呼出CO2减少，气道阻力增大，持续10秒钟，观察和记录呼吸运动的变化。

1.3家兔耳缘静脉快速注射2%乳酸2ml ，观察和记录呼吸运动的变化。

1.4以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激家兔右侧减压神经，观察和记录呼吸运动的变
化。

1.5以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激家兔右侧颈部迷走神经，观察和记录呼吸运动的变化。

1.6点燃艾条，置于气管插管开口前，使家兔吸入10秒钟。

1.7剪断迷走神经后，刺激家兔迷走神经远心端，观察和记录呼吸运动的变化。

1.8剪断迷走神经后，刺激家兔迷走神经近心端，观察和记录呼吸运动的变化。

2.结果
管径缩小一半
增大无效腔
静脉快速注射2%乳酸2ml
以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激右侧减压神经
以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激右侧颈部迷走神经
熏艾
剪断右侧迷走神经后，刺激迷走神经远心端（中枢端）
剪断右侧迷走神经后，刺激迷走神经近心端
3.说明
3.1实验使用同一只家兔，吸入二氧化碳后立即
开始实验，中间无停留，可能会对下一组实验结果产生影响。

3.2耳缘静脉快速注射2%乳酸时部分乳酸流出，未完全注入家兔体内。

3.3刺激右侧迷走神经后剪去家兔腹部兔毛进行熏艾，持续将近四分钟。

3.4每组实验做完未等呼吸运动基本恢复正常后立即开始下一组实验，中间停留时间较短。

4.讨论
4.1管径缩小一半
家兔呼吸频率变慢，深度加深。

管径缩小一半，使气道阻力增加，会引起呼吸肌用力呼吸，兴奋呼吸肌的本体感受器即肌梭和腱器官。

肌梭和腱器官受牵张刺激，冲动分别相应神经传入脊髓，经整合后沿相应传出神经传出，引起对应骨骼肌的收缩。

但本实验进行10s在家兔还未反应之前便已结束，故呼吸频率略有降低。

4.2增大无效腔
家兔呼吸频率略有下降，呼吸深度加深。

其原理为：①通过接上一根是气道五倍长度的橡胶管的方法来增加气道长度，增加气道长度就等于增加兔解剖无效腔，增加无效腔从而减少了肺泡的通
气量，使肺泡气体更新率下降造成动脉血PO2降低，PCO2升高，反射性引起呼吸运动加强;②PO2降低和PCO2升高都可引起呼吸运动加强。

但以PCO2的作用为主，CO2对呼吸的刺激作用主要通过刺激中枢化学感受器，进而引起延髓呼吸中枢兴奋，导致呼吸加快。

也可刺激颈动脉体和主动脉体外周感受器，通过窦神经和主动脉体传入延髓呼吸中枢，使呼吸运动加强，PO2下降主要是通过刺激外周化学感受器，引起呼吸中枢兴奋；③气道加长使呼吸气道阻力增大，反射性呼吸加深加快。

④由于之前家兔刚吸入CO2，停留时间过短，故可能对家兔仍有影响，导致对照组呼吸频率较快，使得实验组家兔呼吸频率反而略有下降。

4.3静脉快速注射2%乳酸2ml
家兔呼吸加深，但程度较小。

这是因为注射乳酸，使家兔血液中的H+浓度升高，刺激外周化学感受器和中枢化学感受器。

中枢化学感受器对H+的敏感教外周的高，但H+不易通过血-脑屏障，因而此时H+的效应主要是刺激外周化学感受器，呼吸加深，但呼吸频率变小使膈肌、肋间外肌收缩，肺通气量增加，呼吸加深加快。

4.4以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激右侧减压神经
家兔呼吸变浅，频率减慢。

兔减压神经是传入神经，其作用是将主动脉弓压力感受器的冲动传入延髓心血管中枢，引起呼吸变化。

4.5以3V，频率5Hz，持续10s的定时刺激刺激右侧迷走神经
家兔呼吸变得浅快。

肺的牵张反射包括肺扩张后引起吸气活动的一直，呼气加强，和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经由迷走神经传入中枢，调节呼吸运动。

电刺激引起这两种纤维成分同时持续兴奋，故家兔的呼吸运动变得浅快，严重时甚至将导致呼吸暂停。

4.6剪断右侧迷走神经后，刺激迷走神经远心端（中枢端）
切断右侧迷走神经，家兔呼吸幅度进一步加深，呼吸频率略微增加。

其原理主要是：①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。

②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。

（另外，迷走神经是外周化学感受性反射的传入神经，切断两侧迷走神经，呼吸中枢将不能感受外周的化学性刺激，失去外周的化学感受器反射调节作用。

）③电刺激迷走神经中枢端，引起肺两种纤维成分都同时持续兴奋，故家兔的呼吸运动改变得浅快，严重时甚至将导致呼吸运动的暂停。

④可能由于前组实验间隔时间过短，而且对家兔进行了熏艾可能略有影响，使数据存在差距，使得本来呼吸频率应该减小，却略微增加。

4.7剪断右侧迷走神经后，刺激迷走神经近心端家兔的呼吸深度加深，频率加快。

其原因为：①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一直，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。

②迷走神经近心端连接的是感受器，不能将电刺激信号传入中枢神经，从而不能将信号传出到效应器产生相应的动作，因此家兔的呼吸本应该不发生明显的改变。

③实验间隔过短，受到前组实验影响，并且可能收到熏艾的影响，使得家兔呼吸数据存在偏差。