呼吸生理

实验十八兔呼吸运动的调节与胸膜腔内压的观察

［目的］学习直接描记呼吸运动曲线及测定胸膜腔内压的方法，

观察各种因素对呼吸运动的影响，并了解其作用的机理。

［原理］呼吸运动是呼吸中枢节律性活动的反映。其节律性活

动主要来源于延髓与脑桥，呼吸的深度和频率随机休活动水平而

变化，受神经和体液因素的调节。体内、外各种刺激有的作用于

呼吸中枢，有的则作用于不同的感受器，反射性地影响呼吸运动。

平静呼吸时，胸膜腔内压力虽然随着呼气和吸气而升降，随着呼

吸深度的变化而变化，但其始终低于大气压力而为负值，故胸膜腔内压也称为胸内负压。胸内负压主要由肺的弹性回缩力所产生，是保证呼吸运动正常进行的必要条件，破坏胸腔的密闭性，则胸内负压消失，肺萎缩。

［实验对象］家兔

［实验材料］20％氨基甲酸乙酯溶液、3%乳酸溶液、生理盐水。生物信号采集处理系统（或二道生理记录仪、刺激器）、呼吸换能器（或张力换能器）、压力换能器、胸内插管或粗穿刺针头、刺激电极、手术台、兔用手术器械一套、气管插管、50 cm橡皮管、注射器（20 ml）、CO2球胆、空气球胆、钠石灰瓶、纱布、棉线等。

［实验方法与步骤］

1．手术

（1）麻醉、固定动物

取家兔一只，称重，用20%氨基甲酸乙酯溶液按5 ml/kg体重耳缘静脉注射，麻醉后，仰卧位固定于手术台上，剪去颈部、剑突和右侧胸部的兔毛。

（2）插气管插管沿颈部正中做3～4 cm长的皮肤切口，用止血钳钝性分离颈部肌肉，暴露气管，在甲状软骨以下剪开气管，进行气管插管，用线结扎固定，气管插管的两个侧管各连接一3cm长的橡皮管。分离颈部两侧的迷走神经，穿线备用。

（3）游离剑突软骨切开胸骨下端剑突部位的皮肤，并沿腹白线作2cm切口，沿腹白线剪开约2cm小口，打开腹腔。暴露出剑突内侧面附着的两块膈小肌，仔细分离剑突与膈小肌之间的组织，并剪断剑突软骨柄（注意止血），使剑突完全游离（图8.2-1）。此时可观察到剑突软骨完全跟随膈肌收缩而上下自由运动。用一弯钩勾住剑突软骨，弯钩另一端与张力换能器相联。由换能器将信息输入生物信号采集处理系统，以描记呼吸运动曲线。或将呼吸换能器（流量式和热敏式）安放在气管插管的侧管上，以记录呼吸运动。

（4）安装胸内套管将胸内套管尾端的塑料套管连至压力换能器（无需充满生理盐水），在兔右胸腋前线4~5肋骨之间，沿肋骨上缘作一2cm长的皮肤切口，用止血钳将插入点处的表层肌肉稍作分离。将胸内插管的箭头形尖端从肋间插入胸膜腔后，此时在记录仪上可见记录曲线向零线下移位，并随呼吸运动升高和降低，说明胸内套管已插入胸膜腔内，将胸内套管迅速旋转90，并向外牵引，使箭头形尖端的后缘紧贴胸廓内壁，将套管的长方形固定片同肋骨方向垂直，旋紧固定螺丝，使胸膜腔保持密封而不致漏气。

目前使用较多的是有粗穿刺针头（或9号粗针头）代替胸内套管，操作更为简便，

无须切开皮肤及分离表层

肌肉。将穿刺针头尾端的

塑料套管连接至压力换能

器（不要充生理盐水），

再将穿刺针头沿肋骨上缘

顺肋骨方向斜插入胸膜

腔，调整好方向和插入深

度，出现上述曲线变化后，

有胶布将针尾固定在胸部

皮肤上，以防针头移位或

滑出。

2．仪器连接：

（1）在张力换能器和压力

换能器都连接至生物信号

采集系统或二道生理记录

仪的基础上，按仪器使用

说明书或计算机项目提示

进行呼吸运动调节实验项目。刺激电极与刺激插孔相连（图8.2-2）。

3．观察项目

（1）平静呼吸：记录呼吸运动和胸膜腔内压曲线，观察正常平静呼吸运动与曲线的关系，并区分心搏波、呼气波、吸气波和梅耶氏波（图8.2-3）。比较吸气和呼气时的胸膜腔内压，读出其数值。

（2）用力呼吸：夹闭气管插管套管的1/2～2/3，持续10～20秒，观察和记录呼吸运动和胸膜腔内压曲线的最大幅度，注意用力呼气时胸膜腔内压是否高于大气压。

（3）增加吸入气中CO2浓度：将充满CO2的球胆开口对准气管插管一侧管，松开球胆夹子，缓慢增加吸入气中CO2浓度，呼吸运动发生明显变化后，夹闭球胆，观察呼吸运动和胸膜腔内压曲线的变化。

（4）缺氧：将一侧气管套管夹闭，呼吸平稳后，另一侧套管通过一只钠石灰瓶与盛有空气的球胆相连，使动物呼吸球胆中的空气。经过一段时间后，球胆中的氧气明显减少，但呼出

的CO2被钠石灰吸收，但CO2含量并没有增多，观察呼吸运动和胸膜腔内压的变化情况。（5）增大无效腔：夹闭一侧气管套管，呼吸平稳后，另一侧套管接一段约50 cm长的橡皮管，动物通过此橡皮管呼吸，观察呼吸运动和胸膜腔内压的变化，结果明显后去掉橡皮管恢复正常呼吸。

（6）牵张反射：将事先装有空气(约20ml)的注射器(或用洗耳球)经橡皮管与气管套管的一侧相连，在吸气相之末堵塞另一侧管，同时立即向肺内打气，可见呼吸运动暂时停止在呼气状态。当呼吸运动出现后，开放堵塞口，待呼吸运动平稳后再于呼气相之末，堵塞另一侧管，同时立即抽取肺内气体，可见呼吸暂时停止于吸气状态，分析变化产生的机理。

（7）迷走神经的作用：

①切断一侧迷走神经，呼吸运动和胸膜腔内压有何变化?再将另一侧迷走神经结扎后在离中端剪断，呼吸运动和胸膜腔内压又有何变化?

②重复第6项实验，比较呼吸和胸膜腔内压变化有什么区别。

③以中等强度重复脉冲刺激迷走神经向中端，观察在刺激期间呼吸运动和胸膜腔内的变化情况。

（10）增加血液中H+浓度：经耳缘静脉快速注入3％乳酸1～2ml，观察呼吸运动和胸膜腔内压的变化情况。

（11）膈肌运动的观察：沿腹中线打开腹腔，暴露膈肌，观察膈肌缩舒与呼吸运动的关系。（12）气胸观察：用一支粗针头，穿透右侧胸壁使胸膜腔与大气直接相通，即成气胸。观察气胸时胸内负压和呼吸运动的变化。

[注意事项]

1．气管插管时应注意止血，内壁分泌物必须清理干净后才能进行插管。

2．每项观察项目前均应有正常描记曲线作对照。出现效应后，观察时间不宜太长，及时去除施加因素，待呼吸正常后进行下一项观察。

3．经耳缘静脉注射乳酸要避免外漏，引起动物燥动。

[思考题]

1．增加吸入气中CO2浓度、缺O2刺激和血液pH下降均使呼吸运动加强，机制有何不同？2．在平静呼吸时，胸膜腔内压为何始终低于大气压？在什么情况下胸膜腔内压可高于大气压。

3．迷走神经在节律性呼吸运动中起何作用？