不同离子对蛙离体心脏活动的影响

不同离子对蛙离体心脏活动的影响
08科2
摘要：
本次实验采用用蛙类斯氏离心心脏灌流法，采用1%、2%、4%三种不同浓度的钾、钠、钙溶液分别进行灌流实验。

结果表明：高浓度的氯化钠能够使心脏收缩和舒张的幅度均减小，但心脏频率基本山不变；KCl使蛙心活动减弱，甚至停在基线处。

并且浓度越大，减弱越快，基线越往上移动；氯化钙使蛙心收缩力和舒张增强，心率明显加快，且浓度越大影响越明显。

关键字：蛙心灌流不同离子浓度心脏活动影响
前言
蛙心离体后，用理化因素类似于两栖类动物血浆的任氏液灌注时，在一定时间内，仍保持有节律的舒缩活动，而改变灌流液的理化性质后，心脏的节律性舒缩活动亦随之改变，说明内环境理化因素的相对恒定是维持正常心脏活动的必要条件。

心脏的主要功能是兴奋和收缩。

兴奋以离子为基础，因此细胞外或血浆内的离子浓度变化对心脏有重要影响，其中钾钠钙最为重要。

因而，我们设计不同浓度的钾、钠、钙溶液对心脏进行灌流的实验。

初步研究这三种离子对心脏兴奋性的影响，以期加深对心脏正常功能的了解和初步探讨异常功能的形成原理。

1、实验材料和方法
1.1【材料】
1.1.1实验动物：蛙
1.1.2实验器材：生物机能系统或BL-420生物信号采集系统，张力换能器，探针，外科剪，小手剪，烧杯，滴管，蛙心套管，蛙心夹，铁支架，试管夹，眼科镊，丝线，双凹夹，蛙板，蛙足钉等。

1.1.3实验药品：任氏液，氯化钠（1%，2%，4%），氯化钙（1%，2%，4%），氯化钾（1%，2%，4%），生理盐水等。

1.2【方法】
（1）取蟾蜍1只，使头向下，将蛙针于枕骨大孔处向前插入颅腔左右摇动，破坏脑组织，再将针插入脊椎管，以破坏脊髓，动物全身软瘫。

（2）仰位固定于蛙板上，先用普通剪刀将胸部皮肤剪开，再将胸部肌肉及软骨剪去，用虹膜剪剪破心包膜暴露心肌。

（3）于主动脉干以下绕一线，左右放平，备结扎用。

在主动脉右侧分支下，再穿一线，尽量在远心端扎紧，左手提线，右手以眼科剪于左主动脉上向心剪一Ｖ形切口，将盛有任氏液的蛙心套管，通过主动脉球转向左后方，同时用镊子轻提动脉球，向插管移动的反方向拉，即可使插管尖端顺利进入心室，用主动脉干下的线结扎固定。

（4）剪断两根动脉，轻轻提起蛙心套管，再在静脉窦以下把其余血管一起结扎，在结扎下方剪断血管使心脏与蛙体分离，立即以滴管吸去蛙心套内血液，以任氏液反复冲洗数次，直到离体心脏无存血为止。

最后套管内任氏液限定1ml。

（5）将蛙心套管固定于铁柱上，用蛙心夹夹住心尖，连于张力换能器，输入生物机能系统进行信号采集、记录和分析。

（6）用下列药物依次滴入套管内，换药前需用任氏液冲洗数次，并记录一段曲线以作对照。

原液成分
20%氯化钠(ml) 32.5
10%氯化钾(ml) 1.4
10%氯化钙(ml) 1.2
5%碳酸氢钠(ml) 4.0
1%磷酸二氢钠(ml) 1.0
葡萄糖(g) 2(可不加)
蒸馏水加至(ml) 1000
①1%氯化钠②2%氯化钠③4%氯化钠④1%氯化钙⑤2%氯化钙⑥4%氯化钙⑦1%氯化钾⑧2%氯化钾⑨4%氯化钾
2.结果分析
2.1结果
图1.正常情况下哇心搏曲线
正常情况下的心搏曲线。

图2.滴加1%的氯化钠后蛙心搏曲线
滴加1%的氯化钠后，蛙心搏曲线基本上没什么变化。

但基线下移。

图3.滴加2%的氯化钠后蛙心搏曲线
滴加1%的氯化钠后，蛙心搏曲线基本上没什么变化。

但基线下移。

图4.滴加4%的氯化钠后蛙心搏曲线
4%的氯化钠溶液对蛙心进行灌流时，心脏收缩和舒张的幅度均减小。

图5.滴加1%的氯化钾后蛙心搏曲线
滴加加1%KCl蛙心活动减弱，变化需要经历一段时间才发生，最后逐渐恢复。

图6.滴加2%的氯化钾后蛙心搏曲线
滴加加2%KCl蛙心活动减弱，甚至停在基线处。

图7.滴加4%的氯化钾后蛙心搏曲线
滴加加2%KCl蛙心活动减弱，甚至停止，且基线下移。

图8.滴加1%的氯化钙后蛙心搏曲线
滴加1%的氯化钙之后，蛙心收缩力和舒张出现轻微的增强。

很不明显。

图9.滴加2%的氯化钙后蛙心搏曲线
加2%氯化钙蛙心收缩力明显增强，心率明显加快。

图10.滴加4%的氯化钙后蛙心搏曲线
加4%氯化钙蛙心收缩力明显增强，心率明显加快。

2.2分析
2.2.1图1为蛙心正常心搏曲线：
心肌细胞与骨骼肌细胞类似，其动作电位也具周期性：0期的去极化、1期的快速复极化初期、2期的平台期、3期的快速复极化末期和4期的静息期。

心肌细胞兴奋后，通过兴奋-收缩偶联机制使心肌细胞内粗、细肌丝滑行，与骨骼肌收缩不同的是虽然两者都中介与钙离子，但心肌收缩需要胞外的钙离子进入胞质后触发肌质网膜的钙离子通道打开而使大量的钙离子进入胞质从而产生收缩。

2.2.2图2、图3和图4为滴加不同浓度氯化钠之后的心搏曲线：
滴加1%和2%的氯化钠心脏的收缩和舒张频率不变化，心率不变化，但基线下移。

而用4%的氯化钠溶液对蛙心进行灌流时，心脏收缩和舒张的幅度均减小。

心脏频率基本山不变。

原因是用氯化钠溶液进行灌流，会在短时间内降低细胞外的钙离子浓度，钙离子内流受阻，胞内的钙离子浓度也会相应减小，至少小于正常生理状态的钙离子浓度。

由于钙离子的胞内浓度和肌肉的收缩能力正相关，所以这种降低胞外钙离子浓度的影响因素会降低心肌的收缩能力。

使收缩的幅度减小。

2.2.3图5、图6、图7为滴加不同浓度氯化钾之后的心搏曲线：
滴加加KCl蛙心活动减弱，甚至停在基线处。

并且浓度越大，减弱越快，基线越往上移动，原因是滴加KCl后，细胞外钾离子浓度增加，一方面钾离子对钙离子的内流有竞争性抑制作用，导致内流的钙离子显著减少，因此钙离子的兴奋-收缩偶联作用减弱而使心肌收缩减弱;另一方面，当胞外钾离子浓度增加时，膜对钾离子的通透性增加，膜内外钾离子浓度差减小，静息电位的绝对值减小，接近阈电位，使细胞的兴奋性增加。

但当胞外钾离子很高时，由于静息电位过低，钠离子通道失活，钠离子无法内流而影响膜的去极化使心肌丧失兴奋和收缩的能力而停止于舒张状态。

2.2.4图8、图9和图10为滴加不同浓度氯化钙之后的心搏曲线：
滴加1%的氯化钙之后，蛙心收缩力和舒张出现轻微的增强。

加2%和4%氯化钙蛙心收缩力明显增强，心率明显加快。

且4%的氯化钙比2%的氯化钙变化更为明显。

原因是滴入氯化钙后，细胞外钙离子浓度增加，一方面由于钙离子对钠离子的内流有竞争性抑制作用，因此心肌细胞动作电位0期钠离子内流被抑制，导致0期去极化的速度和幅度都减小。

另一方面由于兴奋过程中内流的钙离子增加，而心肌细胞的兴奋-收缩偶联依赖于胞外内流的钙离子，肌钙蛋白结合了更多的钙离子，所以心肌收缩力增强，但舒张不彻底故曲线的基线上移。

3、实验讨论
由于实验条件所限，我们不能准确做出蛙心舒张期上每一点的刺激域强度，但通过查找有关资料及向老师请教，同一种溶液在不同浓度对心肌的作用下，期待阈刺激强度随时间变化的曲线不相交，因而我们用引起蛙心发生期前收缩所需要的最小刺激强度做比较，则可比较同种溶液不同浓度下舒张期兴奋性的变化。