实验二 理化因素对离体心脏活动的影响讲解学习

实验二理化因素对离体心脏活动的影响

实验二理化因素对离体心脏活动的影响

【实验目的】学习离体心脏灌流法。观察Na+,k+,Ga2+三种离子、肾上腺素、乙酰胆碱及温度、酸碱度对离体心脏活动的影响。

【实验原理】心脏的自律细胞能自动地产生有节律的兴奋。离体心脏在适宜的环境和条件下能较长时间保持心脏的舒缩活动。心脏的正常节律活动有赖于内环境的相对稳定，改变离体心脏灌流液的理化成分，会影响心脏的舒缩活动。细胞外爷中的离子浓度、温度、酸碱度、激素及相应药物都可以影响心肌细胞的兴奋性、自律性、传导性及收缩性。

【实验对象】蟾蜍

【实验药品和器材】任式液，0.65%NaCl溶液，2%GaCl2溶液，1%KCl溶液，0.001%乙酰

胆碱溶液，0.01%肾上腺素溶液，3%乳酸溶液，2.5%NaHCO3。BL-420 生物信号分析系统，张力换能器，铁支台，试管夹，蛙类手术器械，蛙心插管，滴管，大烧杯，棉线，双凹夹，滑轮。

【实验步骤】1.离体蛙心制备

(1)暴露心脏

（2）心脏插管

（3）摘取心脏

2.连接实验装备

3.观察项目

(1) 记录正常心搏曲线并分析其疏密、规律性、幅度、顶点及基线的含义。

(2) 观察Ga2+、K+离子浓度对离体心脏收缩的影响。

(3) 观察肾上腺素和乙酰胆碱对离体心脏收缩的影响。

(4) 酸碱的影响。

【实验结果与分析】

1.（1）Na+浓度对离体心脏收缩的影响

结果：当把全部任式液换成等量0.65%NaCl溶液时，心脏收缩曲线幅度明显降低。之后换以任式液恢复正常。

分析：加入Na+心室收缩能力显著减弱，这是因为细胞外Na+浓度上升，Na+平衡电位升高，导致整体平衡电位升高，当静息电位减少到一定程度时，会有一部分Na+通道不经激活而直接进入失活状态，引起兴奋阈值的升高和兴奋性的降低，最终导致心室收缩幅度减小。洗脱Na+后，心肌细胞静息电位恢复正常，Na+通道恢复活性，兴奋阈值降低，兴奋性升高，心室收缩恢复原来强度。

（2）Ga2+浓度对离体心脏收缩的影响

结果：加入一两滴2%GaCl2时，心脏收缩曲线幅度升高，甚至出现强直。

分析：加入Ga2+后心室收缩能力增强，原因是心肌细胞的肌质网不如骨骼肌发达，储Ga2+量较少，在收缩过程中依赖细胞外Ga2+的内流。在心肌动作电位的平台期，细胞外的Ga2+通过L型Ga2+浓度上升，从而触发肌质网释放大量的Ga2+，从而发动心肌收缩。在一定范围内增加细胞外Ga2+浓度，可以使心肌收缩增强。

（3）K+对离体心脏收缩的影响

结果：在灌流液中加入一两滴1%KCl时，收缩曲线幅度降低，变疏。用任式液洗涤，基本恢复。

分析：加入K+后心室收缩能力显著减弱，这是因为细胞外K+浓度上升，K+平衡电位升高，导致整体平衡电位升高，当静息电位减少到一定程度时，会有一部分Na+通道不经激活而直接进入失活状态，引起兴奋阈值的升高和兴奋性的降低，最终导致心室收缩幅度减小。洗脱K+后，心肌细胞静息电位恢复正常，Na+通道恢复活性，兴奋阈值降低，兴奋性升高，心室收恢复原来强度。

2.（1）肾上腺素对离体心脏收缩的影响

结果：加入一两滴0.01%肾上腺素，收缩曲线变密，幅度增高，换以适量任式液，曲线基本恢复。换用任式液，曲线恢复。

分析：加入肾上腺素后心室收缩能力明显增强，这是因为肾上腺素作用于心肌膜上的β肾上腺素能受体，从而激活腺苷酸环化酶使细胞内cAMP的浓度升高，继而激活蛋白激酶和细胞内蛋白的磷酸化过程，使心肌膜上的Ca2+通道开放概率增加，所以在心肌动作电位平台期Ca2+的内流增加，细胞内肌质网释放的Ca2+也增加，最终效应是心肌收缩能力增强。另外，肾上腺素与心肌膜上的β肾上腺素能受体结合引起的正性变传导作用还可使心室各部分肌纤维的收缩更趋同步化，也有利于心室肌收缩的加强。洗脱肾上腺素后，与β肾上腺素能受体结合的肾上腺素逐渐消失，被激活的腺苷酸环化酶逐渐失活，肾上腺素引起的正性变传导作用也消失，心室收缩能力逐渐下降直至恢复正常。

（2）乙酰胆碱对离体心脏收缩的影响

结果：加入一两滴0.001%乙酰胆碱，曲线变疏，幅度降低。换用任式液，基本恢复。

分析：加入乙酰胆碱后心室收缩能力明显减弱，心率明显减慢，这是因为乙酰胆碱作

用于心肌膜上的M型胆碱能受体，从而抑制腺苷酸环化酶使细胞内cAMP的浓度降低，使细胞内肌质网释放的Ca2+浓度降低，从而使心肌收缩能力减弱。对于窦房结细胞，乙酰胆碱与M型胆碱能受体结合后，通过Gk蛋白激活细胞膜上的K+通道，使胞内的K+流向胞外，于是最大复极电位降低，故去极化到达阈电位所需的时间更长，窦房结的自律性频率降低，心率减慢。此外，乙酰胆碱能抑制4期的内向电流If，也可导致心率减慢。乙酰胆碱还能抑制Ca2+通道，减少内向Ca2+流，使房室交界处的慢反应细胞动作电位0期的上升幅度减小，上升速率减慢，故房室传导速度减慢。洗脱乙酰胆碱后，与M型胆碱能受体结合的乙酰胆碱逐渐消失，被抑制的腺苷酸环化酶逐渐复活，肌质网释放的Ca2+浓度升高，心室收缩能力逐渐上升直至恢复正常。而与乙酰胆碱结合的窦房结细胞自律性恢复，被乙酰胆碱抑制的内向电流If恢复，房室交界处的慢反应细胞动作电位也恢复正常，心率也恢复正常。

3. 酸碱的影响

结果：先加入3%的乳酸溶液一到两滴，收缩曲线幅度变小，再加入1~2滴2.5%碳酸氢钠，曲线频率和幅度逐渐恢复。

分析：加乳酸使心肌收缩力减弱。加入酸溶液，H+浓度增加，可竞争性抑制钙离子与肌钙蛋白结合；使肌凝球蛋白ATP酶活性降低；使钙离子从肌浆膜释放减少，抑制钙离子释放；降低钙离子通道活性，使钙离子内流减少，所以抑制心脏收缩活动，幅度降低，心率减慢，基线下降。加入碳酸氢钠后，解除了H+对钙离子的竞争作用，心肌收缩活动恢复。加入碱性溶液，可使细胞内氢离子外逸。与胞外钾离子进行H+—K+交换，钾离子外流减少，细胞膜电位减小。另外碱也使细胞液中钙离子浓度减低，内流的钙离子减少，心肌收缩力降低。

【思考题】

1.此实验说明心肌有哪些特性？

答：说明了心肌具有自动节律性、传导性、兴奋性和收缩性的特性

2.以本实验说明内环境相对恒定的意义？

答：正常机体通过调节作用，维持内环境的包括水、无机盐、各种营养物质、代谢产物、pH值、渗透压、温度等多个方面的相对稳定。从本实验可知，离子浓度、激素、pH值、温度都对心脏收缩有很大影响，维持内环境的相对恒定，才能保证心脏正常收缩。因此，维持内环境相对稳定，才能使机体有正常的生命活动。